谈浅埋暗挖隧道施工技术

刘永浩

(上海建科工程咨询有限公司，上海 200031)

0 引言

随着经济的发展，尤其是随着汽车工业的发展，私家车已经得到很大的普及，特别是在一些大中城市中尤为普及。私家车的普及方便了百姓出行的同时，也对城市的交通造成了严重的考验，尽管各级政府也采取了各种措施来缓解城市道路的拥堵，但有一个不争的事实就是无论城市道路增长速度有多快，始终无法赶上车辆的增长速度，特别是一些大城市的交通压力更是日益严重。因此加快发展公共交通便很自然的提上各级政府的日程。城市公共交通中，轨道交通以运载量大、快速、准点等优点，受到了各级政府的青睐，因此近些年来轨道交通在我国的一些大城市中发展迅速。目前在城市地铁施工中常用的施工方法有明挖法、暗挖法、盖挖法及盾构法，各种施工方法各有优缺点，通常是在施工前，根据施工现场的实际情况加以确定。在繁华地段的闹市区(地铁车站多数位于这种路段)明挖、盖挖等方法受到地理条件的限制，因此必须采用暗挖法。在繁华的城市中利用暗挖法修建车站，不可避免的要穿越地上地下各种构筑物，并且往往会遇到地质分布不均、变化万千，给工程带来很多的不确定因素。如控制不当会对地面建(构)筑物造成安全影响，甚至造成较大的安全质量事故，特别是一些埋深较浅的地铁车站。经过很多工程的成功实例，浅埋暗挖法施工已经在重庆地区的地铁施工中得到了比较普遍的应用。

本文以重庆市轨道交通6号线二期北段的终点车站五路口车站的暗挖施工为实例，结合浅埋暗挖车站施工特征，介绍浅埋暗挖车站的施工工艺。

1 工程概况

重庆市轨道交通六号线二期五路口站位于北碚老城区步行街，其范围内原始地貌属于构造剥蚀丘陵地貌，后经改造，原始地貌已经发生显著变化，形成城市居民建筑区和城市道路，地形较平缓;施工通道位于胜利路侧，沿胜利路和步行街接入车站底部，进行车站和区间下部开挖;同时，设置三个支通道，支通道一和三分别接入小里程端区间大跨断面和单渡线，进行小里程端区间施工，满足复合式TBM调头工期需要;支通道二接入车站中板，进行车站和区间上部开挖。

1.1 工程地质与水文地质

五路口车站内分布的地层为第四系全新统及侏罗系中统沙溪庙组地层，岩层倾向285°，倾角一般为55°。出露的地层由上而下依次可分为第四系全新统(Q4)和侏罗系中统沙溪庙组(J4s)沉积岩。各地层沿途特征如表1所示。

表1 各地层地质情况

车站为原始地貌属丘陵斜坡地貌，无统一地下水位。场地地下水主要为松散层孔隙水以及基岩裂隙水，地下水主要受大气降水以及城市给排水管网渗漏水补给。孔隙水在填土厚度小的地段水量有限，填土厚度较大段水量相对较大，而且随季节有所变化，在雨季松散层孔隙水量相对较大。裂隙水水量中等，主要受大气降水补给，水量较稳定。

1.2 工程特点、难点

1)环境差。

地上为车水马龙、高楼林立的繁华闹市。地下管线密集、纵横交错。

2)埋深浅。

车站埋深为14 m～16 m。

3)断面大(特大断面)。

车站开挖断面20.59 m(宽)×18.09 m(高)，面积320 m2。

4)防水等级高。

车站主体及机电设备集中区段的防水等级为一级，不允许渗水，结构表面无湿迹。

5)钻爆开挖要求严。

车站及其附属工程全部穿越城市道路与高层建筑之下，对钻爆设计与开挖方法要求十分严格。

6)工期紧。

受外部环境干扰，有效作业时间短。

7)结构复杂。

车站为曲墙+仰拱的五心圆马蹄形断面结构的地下双层岛式车站。

2 施工顺序

施工由施工通道进入TBM调头段、单渡线、车站、折返线展开作业面，其中施工通道分为主通道、支通道一、支通道二、支通道三:支通道一在TBM调头段中心里程位置接入其上部，而后相背掘进，完成TBM调头段上部施工;支通道三由单渡线接入，而后相背掘进，完成单渡线施工和TBM调头段下部、核心土施工及车站部分上导坑与下导坑、核心土施工;支通道二在车站中心里程位置接入其上部，而后相背掘进，完成车站上部施工;主通道接入车站下部，而后相背掘进完成车站下部、核心土及折返线施工; TBM调头段、单渡线、车站、折返线二次衬砌在初期支护后紧跟施作。开挖示意图见图1。

图1 开挖示意图

3 主要工程项目施工方法及技术措施

3.1 施工通道与车站主体及大断面TBM调头段交叉段转换通道施工

施工通道与车站主体及TBM调头大断面隧道正交，由于车站隧道断面大，施工通道与车站主体的墙部与拱脚处相交，受力复杂，须精心组织，确保施工安全。

通道施工至车站边墙与拱部相接处时，设3榀Ⅰ25b组合门架，以支撑车站隧道开口处的初支型钢架。为确保安全，从车站衬砌内轮廓往外5 m范围的通道采用40 cm厚二次衬砌进行加强。通道进入车站交叉口处结构形式见图2。

图2 施工通道与车站交叉口施工示意图

施工通道进入车站采用转换通道逐渐爬高至主洞拱顶外，将主洞拱部范围开挖出来，采用φ42小导管超前支护，导管长度L= 4.5 m，搭接长度1.5 m，环向间距35 cm，然后往车站两端分步开挖上部导坑、主洞底部、下部导坑、中部核心土，待开挖长度达到运输车辆调头，以施工通道中心线为对称轴施工主洞开挖及初期支护，然后即可转入车站正常施工。

交叉口5 m衬砌加强段通道采用C—C断面(见图3)，施工通道开挖至车站主体初支外轮廓后，采用人工方式扩挖门柱基础、门柱及门架横梁(尺寸见图4)，扩挖完成后及时喷射5 cm厚C20混凝土封闭岩面，门柱坑壁岩面施作φ25药卷锚杆，间距2.0 m，长度3.5 m带0.3 m弯折。门架横梁由3根型钢拼装而成，每根工字钢分为2.4 m+2.7 m+2.4 m三段，接头采用钢板及M16高强螺栓连接，门架横梁端部采用钢板与M30预埋地脚螺栓与门柱连接。门架横梁采用装载机提升安装，钢梁安装完成后，喷射10 cm的C25混凝土封闭。

交叉部位的受力状态复杂，为危险性较大的施工部位，应严格按照设计进行施工。初支完成后需做二衬的加强段要及时施作，以降低风险。同时加强安全管理和加大监测频率。

图3 C—C断面图

图4 门柱基础、门柱及门架横梁图

3.2 车站隧道与大断面TBM调头段双侧壁导坑法

五路口站区间大断面TBM与主车站设计为双侧壁导坑法开挖，施工步序如下:

左导洞上台阶的开挖及支护→左导洞临时支护及立柱钢支撑施工→右导洞上台阶的开挖及支护→右导洞临时支护及立柱钢支撑施工→左导洞中台阶的开挖及支护→左导洞中台阶临时支护→右导洞中台阶的开挖及支护→右导洞中台阶临时支护→左导洞下台阶的开挖及支护→左导洞下台阶临时支护→右导洞下台阶的开挖及支护→右导洞下台阶临时支护→上台阶临时支撑钢立柱的拆除→核心土中、下部开挖→隧道中部仰拱施工→二衬钢筋混凝土浇筑。

隧道双侧壁导坑开挖施工步序见图5。

图5 隧道双侧壁导坑开挖施工步序图

1)开挖左右上导洞1部土体，施作初期支护(锚杆、钢架、喷射混凝土、临时仰拱)。

2)开挖左右导洞2部土体，施作初期支护(锚杆、钢架、喷射混凝土、临时仰拱)。

3)开挖左右下导洞3部土体，施作初期支护(锚杆、钢架、喷射混凝土、临时仰拱)。

4)开挖核心土4部土体，施作初期支护(锚杆、钢架、喷射混凝土、临时仰拱)。

5)开挖核心土5部土体，施作初期支护(锚杆、钢架、喷射混凝土、临时仰拱)。

6)开挖核心土6部土体，施作初期支护(锚杆、钢架、喷射混凝土、临时仰拱)。

大断面的双侧壁开挖的核心内容是将浅埋条件下的大跨度断面的隧道分解成小断面的隧道开挖，以减少开挖的风险。但此工法施工同时也降低了功效，增加了成本，延长了工期。故可根据围岩的具体状况，及时联系设计、地勘等部门对开挖的工艺进行动态的管理和调整，适当的调整各开挖断面的大小。围岩状况比较好且埋深较深时，可适当扩大开挖部的断面，这样可以节省成本，提高功效。但当围岩条件较差，埋深较浅时，切不可擅自扩大开挖断面，盲目冒进造成安全隐患。围岩条件较差时，应及时联系监测单位，增大监测频率，严密关注围岩的变形情况。本工程在围岩条件较好时，就曾扩大过开挖断面，适当扩大1，3部分的开挖，将2部分省略掉，大大加快了施工的进度，提高了功效。前提是围岩状况较好，征得了设计、地勘、监理、业主及监测单位的同意的前提下进行的。

4 爆破开挖

主体大跨隧道采用双侧壁导坑法开挖，爆破施工。采用控制爆破开挖方法，爆破震速控制在1.5 cm/s之内。

4.1 设计原则

1)采用微差减震控制爆破。

2)以地面建筑物基础底部(或地面)于爆源中心距离R为安全半径，借助于经验公式:

并以设计质点震动波速度限值作为控制标准，进行反算各部分所允许的单段用药量，并进行试爆试验，取得合理的爆破参数。

其中，v为建筑物质点垂直震动速度，mm/s;Qm为炸药重量，kg，齐发爆破按总装药量计算，分段爆破按最大一段药量计算;R为自爆源到被保护建(构)筑物的距离，m;K为与岩石性质，地势高低、爆破方法和爆破条件有关的系数，在岩石中为300～700，在土中为1 500～2 500;a为爆破地震波随距离衰减的系数，一般为1.5～2.0，较远距离取1.5，近距离取2.0，实际变化在0.88～2.80之间。

3)采用分部开挖，以创造多临空面条件，每部分又分多段起爆，控制爆破规模和循环进尺，以达到控制质点震动速度不超标为目的。

4)炮眼按浅密原则布置，控制单眼装药量，使有限的装药量均匀地分布在被爆破岩体中，采用非电毫秒不对称起爆网络降低隧道爆破的地震动强度。

5)上部掏槽眼位尽量布置在开挖部位的底部，以加大掏槽部位的爆源至地面建筑物基础底部(或地面)的距离，减小掏槽眼爆破对周围建筑物的震动影响。

6)拱部开挖断面周边眼间均布设密排减震空眼。

7)地面、洞内均配合爆破震动监测，及时调整爆破参数，满足施工环境需要。

4.2 爆破器材的选择

炸药:在无水地段，采用二号岩石硝铵炸药;在有水地段，采用乳化炸药，周边炮眼采用小药卷，φ25 mm，其他炮眼采用标准药卷φ32 mm(乳化)、φ35 mm(销铵)。雷管:孔外采用电雷管起爆，连接件及孔内均采用非电毫秒微差雷管(1段～15段)，15段以上雷管采用不同的段别串联。导爆索:电雷管采用电引爆，周边炮眼间隔装药采用传爆线传爆。

4.3 钻爆参数的选择

爆破参数的确定采用理论计算方法、工程类比法与现场试爆相结合，在保证爆破震动速度符合安全规定的前提下，提高隧道开挖成型质量和施工进度。

5 初期支护与二次衬砌

初期支护采用水泥砂浆锚杆加钢筋网片、格栅拱架和喷射混凝土组成，局部围岩等级较差时，采用φ42超前小导管进行超前支护。二次衬砌采用大型组合式衬砌台架作为模板支架体系，隧道衬砌混凝土采用商品混凝土，混凝土输送罐车运输至浇筑点，混凝土输送泵泵送入模，插入式振捣器振捣，喷淋养护。

隧道防水、隧道通风、排水、照明供电等本文从略。

6 结论与建议

1)双侧壁法开挖工法适合浅埋的大断面隧道，将大断面分割成若干个小断面进行开挖，降低风险。

2)每一步开挖工作面的大小可根据围岩的具体状况，隧道的埋深，以及工期、施工机具等因素进行适当的调整，以达到最佳的施工状态，既要保证开挖断面的安全，又要保证工期与功效。

3)浅埋的大断面隧道施工坚持的原则是:短进尺、弱爆破、紧封闭、强支护、勤量测。

4)地面建筑物复杂的闹市区严格控制爆破震速。

5)施工通道进车站施工工序转换的部位，结构受力复杂。应严格按照设计及批准的施工方案进行施工。

［1］ 重庆市轨道交通六号线二期工程施工图设计［Z］.

［2］ GB 50299-1999，地下铁道施工及验收规范(2003版)［S］.

［3］ GB 50108-2008，地下工程防水技术规范［S］.

［4］ TB 10417-2003，铁路隧道工程施工质量验收标准［S］.

［5］ TB 10108-2002，铁路隧道工喷锚构筑法技术规范［S］.

［6］ GB 6722-2003，爆破安全规范［S］.

［7］ 王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术［M］.北京：人民交通出版社，2010：275-286.

［8］ 黄宏伟.隧道及地下空间建设中的风险管理研究进展［J］.地下空间与工程学报，2006(1)：13-20.