大跨度矿山法地铁隧道快速施工技术

宋喜辉

摘要：地铁建设已经成为了当前我国城市发展建设中主要的建设项目，在地铁施工中，部分城市由于城市地质条件的复杂性，常需要使用大跨度矿山法进行地铁隧道的开挖施工。在大跨度矿山法地铁隧道快速施工中，需要使用支护对隧道进行保护，以保障施工安全性，避免施工危险问题的发生。本文对大跨度矿山法地铁隧道快速施工技术的技术原理进行剖析，并通过实际工程案例，对快速施工技术的技术难点及要点进行研究，以推动我国城市地铁建设发展。

Abstract： Subway construction has become the main construction project in the current urban development and construction in China. In the construction of subways， due to the complexity of urban geological conditions， large-span mining methods are often used to excavate subway tunnels. In the rapid construction of a large-span subway tunnel， it is necessary to use support to protect the tunnel to ensure the safety of construction and avoid the occurrence of dangerous problems in construction. This paper analyzes the technical principles of the rapid construction technology of large-span subway tunnels， and studies the technical difficulties and points of rapid construction technology through actual engineering cases to promote the development of urban subway construction in China.

關键词：大跨度矿山法;地铁隧道;快速施工技术;难点;要点

0  引言

矿山法施工也称之为喷锚暗挖法施工，主要就是指通过地下坑道开发的作业形式来实现隧道构建施工的一种传统施工方法。矿山法施工的基本技术原理就是隧道开挖以后在爆破的影响下，使隧道的岩体出现破裂情况，隧道岩体整体呈现为松弛状态。根据松弛荷载理念基础，通过喷锚支护的方式，对隧道岩体按照顺序采取分割式开挖的方式。由于隧道岩体松弛，矿山法施工中常会存在岩体坍落的可能，因此在开挖过程中必须通过开挖与支撑同步进行的施工方式，以充分保证其施工安全性。

1  矿山法的主要类型

在当前我国城市化发展进程中，城市人口数量激增，虽然为城市发展奠定了充足的人力资源保障基础，但也给城市交通运营事业的发展带来了巨大压力。为了缓解当前我国城市发展中存在的严重交通拥堵问题，人们对城市地铁轨道交通线路建设的重视程度逐渐上升，成为了城市发展中民生工程建设的重点项目。由于城市位置的差异性，部分城市的地质环境和水文条件较为复杂，在城市地铁隧道施工中，常会使用大跨度矿山法。矿山法是当前城市地铁施工建设中常见的一种隧道开挖技术方式，对于城市地铁施工建设具有重要意义[1]。矿山法根据施工过程中衬砌施工顺序的不同可以分为先拱后墙法以及先墙后拱法两大类，而先墙后拱法有分为漏斗棚架法、台阶法、全断面法和上下导坑法等等，而在大跨度隧道的矿山法应用中，也常会辅以另一种特殊的先墙后拱法，称之为侧壁导坑先墙后拱法，同时，通过先拱后墙法和漏斗棚架法的特点结合应用，还能够形成一种居于两者之间的蘑菇型法。这些方法在城市地铁隧道挖掘中都具有较高的使用价值，是提升特殊地质环境和水文条件下地铁隧道开挖速度的重要施工技术方式，对于我国城市地铁建设发展有着重要的推动意义，并且不同的方法是对应不同的地质岩层环境的，实现了对我国大部分地质岩层环境的覆盖，保证了矿山法能够在地铁隧道施工中得到广泛应用。

2  工程概况分析

W市地铁27线建设项目是为了缓解W市城市交通运营压力而最新规划的城市地铁线路，由于W市本身的地质条件特色和城市地质水文环境，在该线路的地铁施工规划中，地铁出入场线区间的工程施工段分为U型槽段、明挖段以及暗挖段三大部分。而27号线路中的暗挖段全长1.3km，工程中设计的起点里程为RDK0+074.2，而线路终点里程设计为RDK1+366.5，实现了对工程暗挖段的全程设计。在W市的27号线地铁工程线路施工建设中，以工程竖井为界限，工程隧道分为单洞双线隧道和单洞单线隧道建设两个部分，并且隧道线路穿越W市一条主干街道、一座实验中学、部分居民区域以及人流量较大的城市森林公园，并且施工时间正处于学校上学时间，主干道车流量以及森林公园的日人流量都比较大，对施工速度有严格要求。而施工技术人员联合城市地质管理局，对该工程的地质水文条件进行了分析，得出了如下结论：27号线地铁隧道埋深最浅处为45.5m，最深处为62.5m，隧道所经过的地层为中风化灰岩的岩体结构，属于Ⅲ级围岩，硬度较高，工程的地下水主要为基岩裂缝水和岩体融水。隧道施工地段的基岩埋深较浅，基岩裂隙发育，具有良好的入深条件，并且中风化基岩的富水程度一般，部分灰岩基岩及溶洞富水工程较高。根据施工技术人员的详细分析，拟定在本工程中摒弃传统隧道施工的CRD和CD施工方法，以矿山法的双侧导坑法配合调台阶法施工，以全面提升施工速度，节约施工周期，降低对路面主干道、学校、城市森林公园以及居民的施工影响。

3  工程中大跨度矿山法地铁隧道快速施工技术要点

在W市27号线地铁隧道开挖施工中，地铁隧道的外轮廓为纵向直径10.4m、横向直径为13.7m的椭圆形隧道设计，以矿山法中的双侧导坑法和台阶法配合施工应用，根据工程的实际施工情况，将隧道分为六个部分，上中下分为三部分，左右两部分，由左到右、由上而下分别编号为1-6号施工横断面，分别在1号横断面和2号横断面上方支设拱部超前长管棚和超前小导管，在隧道中间位置架设临时钢架支撑架构，并分别在3-6号横断面施工位置以注浆锚杆进行支护，然后根据根据隧道开挖的施工顺序结构逐一畸形钢架支护，以充分保障施工的安全性。在隧道横断面施工中，以“弱爆破、强支护”辅以“早封闭、勤测量”的施工技术原则为基础进行分段开挖，以矿山法中的台阶法由上而下进行三台阶横断面土方开挖，并根据随挖随支的技术方式对隧道开挖施工进行安全保护。并且在隧道横断面开挖过程中，1-4号导坑横断面的开挖施工高度要控制在4m以内，以充分保证其施工便利性，5-6号导坑横断面土方开挖高度控制2.7m以内，最终实现对隧道的开挖施工。并且在开挖前，还需要对1号导坑进行注浆加固，以保证隧道围岩结构的稳定性，并对隧道围岩的溶洞进行处理，然后开始1号导坑的横断面开挖工作，并根据上述设计的开挖顺序，以此进行开挖及支护。并且在工程施工实际中，1-4号导坑进行了5-6m的开挖与支护距离错开，为挖掘土方的运输提供了必要的通道;而导坑4与导坑5则将开挖与支护错开60m，以保证开挖施工的操作空间需要。在该工程的大跨度矿山法施工应用中，其施工技术要点主要在以下几个方面：

第一，该工程施工中地铁隧道穿越区域岩溶状态较为活跃，容易对施工产生影响。因此，在該工程的隧道横断面土方施工开挖前必须要预先作为精确的地质岩溶情况分析与预报，并在施工过程中，关注隧道围岩破损情况以及与隧道紧密相连的溶洞问题，并需要预先对隧道周围的围岩进行注浆加固处理，在加固施工完成后，才能够进行隧道开挖施工，以确保隧道开挖工作的整体安全性。

第二，在隧道横断面土方开挖施工工前，必须高质量落实隧道拱顶超前支护施工。在矿山法的隧道拱顶支护施工中，主要是采用超前长管棚和小导管进行施工，并且必须严格控制施工精度和拱顶支护的搭接长度[2]。并且在拱顶支护超前施工中，必须严格保证超前长管棚与小导管不能侵入隧道内部，以免影响隧道工程开挖施工的安全性。

第三，隧道横断面土方开挖施工中，需要遵循弱爆破原则，采用弱爆破法进行爆破施工，并且根据由上而下的划分，上中下三个施工断面进行交替是爆破施工，并要充分保证炮眼的开挖深度以及装药量符合施工需求，避免出现不合理开挖炮眼或装药过量、不足的情况，导致施工中出现不确定的危险因素，隧道挖掘施工埋下不安全隐患。

第四，在隧道横断面的开挖施工过程中，也需要以“短进尺”作为施工基础要求，并且在每一个断面开挖施工时都要对开挖进尺和开挖高度进行把控。在W市27号线地铁隧道暗挖段工程进行矿山法施工时，根据工程的实际情况，施工技术人员将开挖循环进尺设计为2.5m，开挖的高度设计为3.5-4m，根据实际施工情况进行小幅度的高度调节，以充分保证施工过程中的安全性，并降低对地面交通运行、学校工作以及森林公园的影响。

第五，严格落实隧道开挖过程中的围岩初期封闭以及临时支护、初期支护等工作。在工程施工开展中，施工设计技术人员根据27号线地铁隧道穿越地质的实际地质条件，在每一步开挖施工后都需要立即喷射3-5cm砼封闭，然后进行外挂网以及临时钢结构支护等支护施工的跟进。与此次同时，还要落实锁脚锚杆以及系统锚杆的保护施工，并要根据隧道围岩状态，在隧道下台阶墙体上对拱脚进行加固，以避免出现拱脚落空的危险施工情况。

第六，保证隧道初支工作面的互通性。这一点主要是方便与施工中开挖土渣的外运工作，充分保证装载机或者运送车辆具有充足的操作空间，还要在隧洞中配以栈桥结构，以充分保证渣土运输工作的顺利开展。并且在施工过程中，还要以30m为界限进行10m中隔壁拆除，为运输设备的操作、通行等创造有利条件，实现初支施工中左右两侧施工作业面的相通。

第七，灌注二次衬砌施工。灌注二次衬砌施工作为城市地铁线路暗挖段施工矿山法应用的重要环节，在施工过程中必须严格按照施工标准执行，对中隔壁临时支护进行拆除操作，并要在临时支护的拆除过程中跟随进行测量，以保证灌注二次衬砌施工的科学性[3]。在中隔壁临时支护拆除施工中，每次的拆除长度要控制在15m 以内，并且在中隔壁临时支护拆除后，及时落实仰拱施工，保证隧道开挖的施工安全性。

第八，隧道开挖施工中施工监测制度落实的要点。在城市地铁隧道暗挖段施工中应用矿山法施工时，需要对一些关键部位落实严格的施工监测工作，对部分施工关键点进行实测，一旦发生监测部位的实测值与设计值不符的施工情况时，就要及时进行支护格栅和钢架支护施工，以避免隧道施工中出现位移甚至变形，提升隧道开挖施工的整体质量。

4  结束语

现阶段城市地铁建设已经成为了城市发展中的基础民生工程建设项目，在施工过程中，必须根据城市地质情况信息以及地质水文情况对暗挖施工段的施工方案进行科学化设计，合理化应用矿山法进行隧道开挖，全面提升隧道挖掘施工的质量和速度，推动城市地铁建设事业的发展。

参考文献：

[1]王登平.浅谈地铁矿山法区间隧道施工测量控制技术[J]. 建筑，2017（24）：114-115.

[2]杨陈.盾构法和矿山法在地铁隧道施工中的研究[J].四川水泥，2017（3）：47.

[3]郑军，朱斌，张伯林，等.南京东部山区矿山法施工的地铁隧道水文地质灾害及对策研究[J].城市轨道交通研究，2017，20（12）：50-53.