城市轨道交通工程中的浅埋暗挖机械化施工工艺

高远

（中国建筑第五工程局有限公司，长沙 410000）

1 施工工艺的应用优势

浅埋暗挖法在技术研究持续深入以及工程实践活动逐步开展的情况下已经取得突出的发展成果，其施工技术日益成熟，常应用于城市轨道等工程的建设中。初期支护用于承受基本荷载，并修筑合适规格的二次衬砌，增强支护效果。在应用浅埋暗挖法时，常辅以超前支护等相关方法，用于加固围岩，连同支护结构共同受力。

在及时支护、尽快封闭成环的施工方法下，构成完整的联合支护体系。实际施工中，依托于全方位的监控量测手段，及时掌握施工现场的实际情况，采取针对性的控制措施，以免发生塌方、沉降等异常情况，或是将突发事件造成的影响降到最低[1-3]。相比于明挖施工方法，浅埋暗挖施工具有更为突出的应用优势，主要体现在如下几方面。

1）穿越现状道路以及桥梁时，不会造成明显的扰动性影响，地面车辆能够正常通行，规避施工期间的地面交通拥堵问题。

2）土方开挖量相对较小，减轻员工的工作强度，通常仅需完成竖井和隧道断面两部分的开挖即可。

3）地表和管线得到有效的防护，可避免异常沉降、受损等情况。

4）对于埋深较大的隧道，应用浅埋暗挖法后具有更为突出的经济效益优势。

2 施工工艺方案及基本流程

2.1 施工装备功能要求

结合浅埋暗挖施工现场的实际施工条件进行综合考量，具体包括施工装备的使用功能、设备动力、施工效率需求、作业范围、移动条件以及地质条件适用性等。从整体造型上来说，施工过程中使用的机械化施工装备应具有简单灵活的特点；从使用功能上来说，该装备应同时具有挖、装、铣、锚、支护等各项功能。由于在狭小的空间内很难实现长距离作业，因此，为了满足长距离作业的需求，还应对该设备开发新型的臂架系统技术。新型的臂架系统技术不仅能实现全面覆盖，还具有良好的伸缩性，具备多种使用功能。为了防止长锚杆受力弯曲，锚杆推进夹紧装置的研究也很有必要。

除此之外，该装备还应具备格栅辅助架设功能和土方装运功能。前者通过机械臂辅助提升格栅拱架，降低安装难度，后者通过传送带将土方运送至运输车中。由于传送带为纵向通长布置，提升了运送到机械尾部的便利性。浅埋暗挖法施工的各道工序有相应的机械装备进行操作，但这些装备之间相互独立。浅埋暗挖机械化施工装备应将这些独立的功能整合起来，真正实现一台设备多项功能，能根据施工要求灵活作业。

2.2 工艺原理

浅埋暗挖法施工中的各道工序由人工完成转变为机械化施工需要遵循以下原则：（1）不突破现有的暗挖施工理论；（2）施工工艺流程不发生改变；（3）施工安全质量仍按原来的控制要求控制，不得降低要求。

浅埋暗挖机械化施工装备的设计充分借鉴了山岭隧道工程机械化施工技术的先进经验，将包括凿岩台车、扒渣机以及悬臂掘进机等多种隧道施工机械在内的设备功能整合在一起，全方位地满足了施工需求。

2.3 施工方案

本项目左右线间距17.2 m，全线均为直线布线形式，规定埋深约29～35 m，两端均为暗挖车站。结合现场施工条件，经过可行性分析后，选择的是矿山法，中间区域设临时施工竖井以及横通道，以满足施工要求。在掌子面开挖施工中，适度预留核心土，开挖施工选用的是上下台阶开挖的方法。考虑到现场的稳定性和安全性要求，设初期支护，采取拱背后背注浆回填措施，力争在较短的时间内封闭成环。从现场勘察情况来看，地下水对施工的扰动作用较强，同时水位特殊，即高于隧道底板，为此采取降水和堵水双重方法，并在此基础上辅以注浆处理措施，有效加固地层[4]。

2.4 施工工艺流程

考虑到施工安全、施工质量、施工便捷性等多重要求，此处采用浅埋暗挖机械化施工技术，其作业流程与人工开挖并无明显差异，主要区别在于施工模式的升级，即不再采取人工作业的方法，取而代之的是机械化施工，具体的作业流程如图1 所示。

图1 浅埋暗挖施工工艺流程

3 施工工艺的具体应用

3.1 超前小导管施工

根据施工要求，搭建超前预支护结构，通过采取花管注浆的方式有效固结地层，提高稳定性。小导管搭设施工采用顶进法，环向间距300 mm，倾角22°～25°，小导管外露长度控制在20 cm。注浆材料选用的是水泥水玻璃或其他满足工程要求的浆液，注浆压力稳定在0.3～0.5 MPa，具体根据实际注浆情况在该区间内做合理的调整。

现场施工条件复杂，存在诸多技术细节。

1）钻孔前落实准备工作，由专员深入现场做详细的勘察，掌握地质、水文等基础条件，选定合适的钻孔位置，形成孔位标记。

2）钻孔全程由专员指挥，避免误操作；钻孔过程中，加强对孔深的检测，若满足要求，则随即调整为慢速运行状态，将钻头缓慢撤出。

3）小导管安装必须在钻机完全停机的前提下进行，以保证施工安全。

4）右臂工作的过程中，车体应与下台阶接近；同时应将滑台移动到最前端，并通过锥形销轴对其进行固定。

5）施工过程中，应尽量避免管路受大臂的挤压而靠在核心土或洞壁上，同时做好相应的保护措施，避免液压管路遭到挤压和损坏。通常情况下，施工人员不能使用快换油缸旋钮，只有在更换打锚杆机构和铣刨装置时才能进行操作。

6）打设完小导管后，利用夹紧装置将其夹紧，并利用反转打锚杆机构使超前小导管和打锚杆机构分离。

7）小导管的打设采取的是先拱顶、后两侧的基本流程，每打设1 根后，随即安排注浆，以此类推。施工现场存在粉土层，针对此类地质条件，可采用静压的方法将导管打设到位；对于卵石以及其他硬度较大的地层，较为合适的是采用振动自转式设备进行施工。

3.2 土方开挖

台阶长度不小于4 m，由专员在现场指挥，左右机械臂协同运行，高效挖土、掏槽。适度预留核心土，长度≥1.5 m，高度≥1.5 m，目的在于利用此部分稳定支撑掌子面。土方开挖施工环节，统一要求步距≤750 mm。

土方开挖施工的关键要点如下：

1）遵循因地制宜的原则，根据现场的地质条件，对台阶法做灵活的调整，使成型台阶的长度可以满足要求。

2）按照自上而下的顺序依次开挖土方，拱顶部位则先处理中间区域、再向两侧开挖，仰拱采取与之相反的顺序。结合现场地质条件，以妥当的方法开挖上台阶，若现场为豁土粉土地层，则适配铣刨头，以便有效切割土体；若现场为砂卵石地层，为保证开挖效果，采取以人工为主、机械设备为辅（机械臂配合出土）的方法。

3）施工现场存在大石块时，及时将该部分清理干净，在此前提下继续开挖。开挖时，操作人员精细化控制铲斗，保证姿态的合理性，以免碰触壁面；对于粉细砂地层，为避免土体滑塌问题，需要根据施工进程及时施作卸力槽（在下台阶施工时进行），但需要在卸力槽与核心土间留充足的空间，以满足施工人员的正常通行需求[5]。

3.3 管棚支护施工

浅埋暗挖隧道施工复杂度较高，必须合理采用预支护技术，以保证施工安全。现阶段，超前预支护工法在浅埋隧道工程中取得了广泛的应用，在该技术体系中，以管棚法最为突出，兼具操作便捷、经济高效等多重优势。根据管径的不同，可分为3 种形式：管径＜129 mm，属于小管棚；管径129～299 mm，属于中管棚；管径＞300 mm，属于大管棚。

通常选用的是大直径的管棚，其有足够的刚度，并在两端适配支撑梁，可有效避免因开挖而引发的变形问题。为了最大限度地减小施工变形量，需要将提高管棚与支撑梁的刚度作为工作着力点，建立完整可靠的管棚体系，以便发挥如下作用：（1）在管间的软弱围岩中建立微拱；（2）通过大量杆件的共同作用，有效减小围岩的压力。纵观现阶段的管棚施工，常采用的是锚固岩体法。为了合理设计并有效落实管棚设计方案，需要准确探明管棚支护体的受力特点，控制好管径、管间距、初支厚度、注浆量、注浆压力几项关键的参数。

3.4 双侧壁导坑法施工

针对豁性土层以及其他性质与之相类似的地层，较为合适的是采用双侧壁导坑法，为了顺利推进施工进程，将大断面划分为6 个小断面，按照顺序依次掘进，并根据实际进度适时安排混凝土浇筑施工。优先施工两侧导坑上部，基本流程为：超前小导管注浆→开挖→初喷（厚度5～6 cm）→搭设格栅钢架→挂网→复喷→下一循环施工。

随后，施工两侧下部，此处的基本流程为：开挖→初喷（厚度5～6 cm）→搭设格栅钢架→挂网→复喷→下一循环施工。

再施工中间上部区域，此处的基本流程为：超前小导管注浆→土石方开挖→初喷（厚度5～6 cm）→搭设格栅钢架→挂网→复喷→下一循环施工。

按照前述顺序施工后，全方位检查现场的各类支撑装置，判断收敛程度。最后，安排中间下部区域的施工，此处的基本流程为：土石方开挖→搭设格栅钢架→挂网→封闭底部仰拱（此部分采用的是喷射混凝土的方法，加强对混凝土性能、喷射量、喷射速度等方面的控制，保证喷射效果）→下一循环施工。

4 结语

综上所述，城市轨道建设的环境相对复杂，受特殊地质、水文等多重因素的影响，容易出现质量问题甚至诱发安全事故。随着技术水平的提升，当前浅埋暗挖法常被应用于轨道交通工程建设中，具有安全条件良好、效率高、整体质量可靠等多重优势。作为施工单位，需遵循因地制宜的原则，正确选择机械设备并合理操作，依托于机械化施工的模式，达到提质增效的效果。