北京铁城建设监理有限责任公司 刘卫涛 461500
摘要：地铁轨道交通的施工建设包含了土建施工、隧道施工、爆破技术等风险系数较高的施工内容,暗挖地铁隧道施工常常受到选区土层结构不均衡、外界自然环境不稳定、地下水渗漏严重等因素的影响,因此,在地铁隧道工程的前期规划与后期评估中需要引起足够重视。目前暗挖技术在地铁隧道施工中的应用较为广泛,该技术的运用可以使地铁隧道的施工难度降低,提高施工效率,提升地铁隧道施工的质量。本文围绕暗挖地铁隧道施工技术的主要原理展开,探讨了暗挖地铁隧道施工流程及施工特点,并重点分析了施工过程中存在的风险因素,提出具有针对性的解决措施,从而保障暗挖地铁隧道的顺利施工,提升地铁隧道施工的质量。
关键词：暗挖;地铁隧道;施工技术;风险;
1.暗挖技术的主要原理
地铁隧道施工过程中,为减少地面的下沉量,保证隧道施工过程中的开挖效率,确保隧道自身的安全性,需合理运用开挖、支护、注浆、降水等施工技术。目前,地铁隧道开挖技术主要使用新奥法,而隧道施工中使用较为广泛的暗挖技术正是来源于新奥法。施工中的暗挖技术可满足地铁隧道施工要求,体现加固围岩、提升围岩承载力等优势,可以形成一个完整的地铁隧道支撑防护体系,这有利于沙层和黏土层的开挖。因此,暗挖技术有效解决了地铁隧道施工中的支撑防护问题,提高了隧道施工效率,保证了地铁隧道施工的质量,解决了整个施工中的不安全和不稳定问题,避免引发重大隧道坍塌事故。
暗挖技术主要基于摩尔理论、岩石三项刚性压缩实验、岩石二项锁应力应变特性等基本原理,实施时重点考虑了隧道空间和施工时间等因素,从而为地铁隧道的施工提供支撑防护。此外,再根据实际情况采用超前支护技术,保障隧道施工时的安全性。因此,暗挖技术有效提高地铁隧道开挖效率,提升相关企业的经济效益。随着科技的进步,暗挖技术已经成为地铁隧道施工的主要技术。掌握暗挖技术的主要原理,在地铁隧道施工中合理运用暗挖技术,提高其应用效果是当前相关企业与技术人员应该考虑的问题。
2.暗挖施工技术
2.1大管棚法
为解决地铁隧道横截面施工过程中的一系列潜在风险,例如塌方等不可抗力导致的安全生产事故,可以采用超前管棚支撑防护工艺打通施工横通道。大截面隧道施工中大管棚一般采用平交段形式,通过拱形结构设计给地铁隧道暗挖施工工程提供有力的支撑。
大管棚设计需按照特定的工艺要求来分批次建构:
(1)施工材料选择薄厚均匀、长短适中的无缝钢管。
(2)采用矩形螺纹焊接法对大管棚进行加固。
(3)管棚间距0.3 m以上,管棚中央与地铁隧道设计外部划线相距0.15 m。
(4)管棚的倾斜角度必须和地铁隧道顶端走向始终保持平行,同时,管棚的建造工艺水平要与整个地铁隧道施工暗挖技术水平一致,以避免由于管棚设置误差导致人工大截面隧道开挖,降低过度抬升对地铁上层表面破坏的危害。
(5)管棚制作过程中允许误差范围在1%以内,以规避管棚在下设时与地铁隧道设计外部划线相撞,延误工期。
(6)在管棚与管棚之间设置隔断防护,管棚建设时使用了大量水泥作为底部支撑,需防止各个管棚之间注入的隔断水泥“空心化”,水泥灌注量应约为理论灌注量的1.5倍。
(7)按泥土与砂石1∶1的比例搅拌混制用于填补空隙的注浆原料。
2.2双侧壁导坑法
双侧壁导坑法是一种新型的支撑防护方法,它采用锚喷技术作为前期支撑防护的主要修筑技术,将每个侧壁隔开的导坑进行自我封闭并连点成线,形成闭环,同时利用地下土层周围岩石的稳定性,减少地铁隧道大截面暗挖施工过程中的土壤下沉量,确保施工质量和生产安全。本文参照的地铁隧道暗挖截面包含6个双侧壁导坑,开挖时可同时将各个小导坑单独成环进行支撑防护,最终连线成片,形成大范围的地铁隧道支撑防护体系。此外,还采用了大面积的挂网喷锚在地表土层构建紧密的人工壁垒结构,利用导坑侧壁支撑,分担来自地表上方土体对隧道壁垒的重大压力。
3暗挖技术施工风险分析
3.1横截面过大
某些地铁隧道选址区间上方覆盖的土层厚度可达到6～8 m,地质土层类型也可能有3～4种,地铁隧道暗挖的横截面尺寸较大,因此将大大提升施工难度,而应用双侧壁导坑工艺技术可以降低其潜在的风险。
3.2交叉管道过多
许多地铁路线区间会与城市地下管道相互交叉,例如燃气管道、下水管道等。当地铁隧道平行于其他管道时,则应在施工开始前进行相应的风险预估,并做好安全生产指导意见与风险等级预案。特别是当暗挖隧道经过高压燃气管、雨水排放管、污水处理管等重要管道的区域范围时,需及时加强安全管控,降低风险。
3.3土层错综复杂
部分地铁隧道选址路线需要经过粉质黏土层与粉质砂砾层,这将给暗挖隧道中下部分的施工带来困难,因为粉质黏土层和粉质砂砾层是地下水的理想储存地带,拥有丰富的地下水资源,且难以进行人为抽调或人为排水。此外,充足的地下水往往会导致黏土过硬的饱和状态。如果支撑防护工作不到位,极有可能导致隧道塌方,引发安全事故。
4.较低施工风险的解决措施
4.1前期应对方案
(1)施工前的地质勘探工作落到实处,做到充分了解土层状况并尽早采取相应措施,规避风险;(2)前期的支撑防护工作极为重要,必需保障暗挖施工前的准备工作质量;(3)将排水工作落实到位,保证无水生产,且要做好管棚之间的水泥间隔灌注;(4)施工前查漏补缺,摸排空洞,做好加固,防止隧道壁垒及其支撑结构脆弱化;(5)精确定位各地下管道与地铁隧道路线的交叉、平行节点,监测管线的排布工作,防止地下污水泄漏或燃气管道爆炸事故;(6)落实安全生产的权责主体,制定施工监管切实可行方案,保障施工人员的生命安全。
4.2注浆工艺支撑
需做好机械设备运转的能源运输和储备工作,铺设所需的水源管道、燃气管道,保证能源供应与建筑材料的安全运输,并按照梅花阵形排列管道。管道铺设后要迅速压注水泥浆进行定位、加固,注浆选用的原材料要严格按照泥土与砂石1∶1的比例进行搅拌混制,对地下水渗漏严重的路段采用注浆工艺加固支护结构。
4.3马头门技术支撑
作为工序衔接时的关键节点,马头门施工技术是一项隧道受力点相互转化的复杂工艺。首先,应切实做好地铁隧道暗挖横截面的大管棚和小导坑注浆工作,为加固隧道壁垒与周边土层奠定好基础;然后,做好隧道导洞的马头门下设和受力点相互转化工作。
4.4节点工艺管控
地铁隧道暗挖大截面工程施工进行至隧道断点及尾部时,必须建墙作为围堵。首先要熟练运用小导管技术,检验水泥注浆是否做到去“空心化”,严格把控水泥注浆质量;其次,在断点及尾部建墙时建议采用钢管结构,按照施工前设计的钢管、钢筋连接图纸进行水泥架构与钢管铺设;最后应注意把控好各个衔接点的工序问题,落实督查工作,实时汇报工程进展中存在的问题。
5.结束语
地铁隧道大截面暗挖施工因各方面因素的制约,如处置不当将影响施工进行。采用超前管棚支撑防护工艺、双侧壁导坑暗挖技术,注浆时利用拱部深孔与背后回填的技术方法,既能高效完成地铁隧道施工,同时又能保证施工质量。
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