地铁隧道施工技术发展分析

2021-11-17王立华

建材与装饰 2021年32期

王立华

（中铁十二局集团第一工程有限公司，陕西西安 710000）

我国地铁工程建设存在起步晚、发展快的特征，施工技术正逐步向快速、小污染及低能耗的方向迈进。不过地铁隧道工程复杂性强，在实际作业中很容易因为一些因素的影响而产生意外问题，增加工程风险隐患。为此，就要严格把控地铁隧道施工过程，合理选择技术种类，提高施工质量，进而推动我国地铁事业的良好发展。

1 地铁隧道工程建设中主要施工技术分类及发展历程

1.1 矿山法

矿山法（如表1 所示）是指采取挖掘地下坑道的方式对隧道进行修建施工，大多数隧道的横截面都呈马蹄形。

表1 矿山法施工

矿山法凭借矿山开拓巷道的方法被业内熟知，是一类极具代表性的隧道修建施工法。20 世纪80 年代以前，由于钢材紧缺，施工工艺落后，多采用型钢或圆木对开挖面进行支挡围护。此类开挖隧道支挡围护方式的安全性能较差，风险系数偏高，逐步退出行业市场。新奥法的原理是锚喷支护，既是工程理念的创新成果，又是支护手段经过改造的产物。

1.2 明挖法

明挖法是指预先开挖地面，在露天环境下修筑衬砌结构，再对开挖的地下工程实行覆土回填。明挖法最显著的特点就是适用性与实用性较强，对现场原有地质结构条件没有特殊要求。需要格外强调的是，对于土体结构缺乏稳定性、地下水水位较高的地质环境来说，必须做好基坑降水排水工作与基坑安全围护工作。

在地铁施工发展的初期，明挖法是常用的施工方法，随着城市发展越来越迅速，城市设施建设密度的加剧，使用明挖法施工的地铁项目越来越少，不过这种方法仍然是最经济、最安全的地铁施工方式。

1.3 暗挖法

暗挖法要求在施工中，选择合理场地完成竖井和导坑的合理设置，并采取注浆超前支护的方式，开展初期开挖和支护作业，再利用二次衬砌的方式，实施加固处理，保证隧道施工质量和安全。暗挖法在地铁隧道施工中要求遵守管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤测量等基本原则，是目前铁路、公路及水工隧道作业中较常使用的一种方法。

暗挖法是近几年兴起的一种施工模式，主要被应用在处理繁华地区或交通紧张区域地铁工程施工作业中，减少外界不良因素的干扰和影响。暗挖法具有灵活性和安全性的特征，即使在地下水较深环境下，也能够保证隧道开挖质量。

自1984 年起，我国北京复兴门的地铁隧道工程中，就开始采用浅埋暗挖的方式完成地铁隧道施工，并取得了较好的效果，为市区交通的改善及人们出行质量的提升提供有力保障。西单地铁站的建设同样采用该种方式，以暗挖技术来保障施工作业的顺利进行，以免施工中不良因素干扰对工程质量造成影响，为地铁隧道工程提供坚实可靠的技术支持。之后暗挖法在很多地铁隧道工程中均有所应用，并取得良好的效果。

2009 年以后，热力电力等地下隧道工程也逐渐提高暗挖法的应用频率，以期加快隧道建设速度，避免危险隐患的生成。随着先进技术水平的提升，暗挖法在铁道部隧道工程中的应用频率逐渐提高，且整体技术水平得到提升，创造了以覆土1m 左右完成暗挖工程作业的记录，这为该技术及行业发展带来极大的帮助。城建集团还创造“平顶直墙超浅埋暗挖法”，将暗挖、盖挖和房建的临时支撑等多项技术的优点集中应用，打破暗挖拱型结构的传统理论，通过临时支撑实现受力转换，没有废弃工程，施工方法简便，可以应用到大型地下工程中，现已获得专利。

经过不断努力国外对于暗挖法的研究，也取得了长足进步，其中以预制块法、预切槽法、气压法这三种形式的应用最为普遍。预制块法直接将盾构管片与暗挖技术很好地融合在一起，借助两种技术优势的发挥，提高大跨度工程作业质量。该方法在应用中，先在两侧建立导洞和侧墙，之后采取注浆开挖以及钢拱架处理的方式，完成预制块的施工处理。该模式下，施工跨度可达到28m 以上，有效保障作业质量。

预切槽法是按照尺寸要求进行台架制作，沿着链条据方向切一个高度在10~35cm，深4~5cm 的槽缝，通过钢筋网架设和混凝土喷注构建混土拱结构，以此保障开挖结构的稳定性。

气压暗挖法则是通过压气新奥法的应用，以低于大气压的气压开展施工作业，降低对人的影响。压缩空气不仅可以排出隧道中的地下水，还可减少地面沉降，防止地面已有结构遭到损坏，加压隧道一次衬砌的荷载，对开挖有支护作用，从而降低工程成本，减少施工中的粉尘，改善作业环境。这种方法已在奥地利、德国、英国、日本等国大范围应用。结合国内已有的暗挖技术，我国有条件开发创造更新的暗挖施工技术。

1.4 盖挖法

盖挖法（见图1）是在明挖法基础上衍生出来的新施工技术，借助结构顶板来保障地面施工作业的有效性。盖挖法目前有两种形式：①逆作法，针对高层建筑、埋设深度较大的工程；②顺作法，用于埋设深度较浅的工程，方式与明挖法类似，对场地和地面影响相对较小。盖挖法在使用中存在一些不足之处，如施工工艺复杂性强，需要考虑的内容多，施工条件差等。不过国外对于该技术的应用已经逐渐趋于成熟，并取得较好效果。我国还处于发展阶段，只在地铁隧道工程中得到应用。

图1 盖挖法

利用盖挖法修筑的地铁车站能够有效解决存在的交通问题，做好交通疏导工作，减少道路拥堵问题。在北京、上海、南京、广州等近10 座车站采用这种方法，取得了很多宝贵经验。国外地铁区间结构也有不少采用盖挖法的实例，我国也应创造条件应用此法，以加快施工速度，降低工程造价。盖挖法在我国最早使用于焦化厂的翻车机地下工程建设中，采取连续墙盖挖法，保证整体施工质量。在具体作业中，设置尺寸在24m×15m，深度18.3m，地下水位-8m 的结构体系，以保证结构的稳定性，为盖挖法在地铁车站中的应用提供助力支持。

1.5 盖挖和暗挖结合法

盖挖与暗挖结合法是当前较为新型的方式方法，通过两者优势的融合发挥，对大建筑地下空间实施优化处理，在保证结构稳定性的基础上，对梁、柱等主要结构实行科学处理。如今，王府井地下商业街就是采用小导洞做底纵梁，之后做钻孔桩和盖板，在其保护下开展盖挖法施工作业。该工程宽40m、长800m，地下三层结构，此工程的修建会为地铁、地下工程提供宝贵的经验。

2 地铁隧道施工发展的建议及展望

随着我国发展实力的提升，对地铁隧道施工技术的研究也在不断深入，施工工艺及其优势作用均会得到进一步的彰显，而本文就结合这些资料数据，对未来地铁隧道发展实行了分析和展望，希望能够更好地提高地铁隧道建设水平。

（1）矿山法。在地铁隧道工程施工中，对多臂钻孔台车、自动装药引爆装置等进行引进和利用，并对这些先进设备性能加以研究和探讨，确保其功能得到充分发挥。在研究中，加强自动化、数字化、智能化、定量化、标准化等方面的综合考量，以提高实际作业效率，减少传统人工作业存在的各类问题。在未来，应该研究新型的锚固支护方式，以提升现场监测的实时性、有效性，降低意外问题出现的概率。

（2）明挖法。对于明挖法的研究，增加井点降水功能，减少地下水对明挖作业带来的影响，同时对支撑系统加以改进和调整，提高开挖的稳固性。

（3）暗挖法。合理应用浅地层地基处理技术，增设小型灵活度高的开挖机械设备，对存在的空间小、问题多区域予以科学处理和管控，并合理设置临时支护结构，提高暗挖作业质量。

（4）盾构法。盾构法在使用中，需要充分了解地质条件特征，注重刀盘气压的自动化更换和处理，实现盾构平衡的效果，且合理利用超前探测排障技术，做好衬砌工艺的优化和调整，以优化作业质量，加快施工进程。此外，在盾构法应用中，还需利用三维仿真计算机管理系统，实现自动化、数字化管控，快速识别处理存在的异常情况，避免危险问题的产生。