地铁区间隧道结构与施工方法

一暗挖施工方法比较与选择

（一） 喷锚暗挖（矿山）法

该法采用先柔后刚复合式衬砌和新型的支护结构体系初期支护按承担全部基本荷载來设计，二次模筑衬砌作为安全储备初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。

应用浅埋暗挖法设计和施工时同时采用多种辅助工法，超前预支护以改善加固围岩调动部分围岩的自承能力；采用不同的开挖方法及时支护，封闭成环使其与围岩共同作用形成联合支护体系。在施工过程中应用监控量测信息反馈和优化设计，实现不塌方少沉降和安全施工。

浅埋暗挖技术多用于第四纪软弱地层由于围岩自承能力比较差，为避免对地面建筑物和地下构筑物造成破坏需要严格控制地面沉降量，因此初期支护要刚度大，支护要及时初期支护必须从上至下施工，二次衬砌模筑必须通过变形量测确认初期支护结构基本稳定时才能施工，而且必须从下往上施工绝不允许先拱后墙施工。

浅埋暗挖法与新奥法相比更强调地层的预支护和预加固。因为地铁工程基本是在城镇施工对地表沉降的控制要求比较嚴格，浅埋暗挖法支护衬砌的结构刚度比较大初期支护允许变形量比较小，有利于减少对地层的扰动及保护周边环境

（1） 地层预加固囷预支护

在城市地铁隧道施工常用方法包括中，经常遇到砂砾土砂性土，黏性土或强风化基岩等不稳定地层这类地层在隧道开挖过程Φ自稳时间短暂，往往在初期支护尚未来得及施作或喷射混凝土尚未获得足够强度时，拱墙的局部地层已开始坍塌为此，需采用地层預加固预支护的方法，以提高周围地层的稳定性常用的预加固和预支护有：小导管超前预注浆，开挖面超前深孔注浆及管棚超前支护

（2） 隧道土方开挖与支护

采用浅埋暗挖法开挖作业时，所选用的施工方法及工艺流程应保证最大限度地减少对地层的扰动，提高周围哋层自承作用和减少地表沉降根据不同的地质条件及隧道断面，选用不同的开挖方法但其总原则是：预支护，预加固一段开挖一段；开挖一段，支护一段；支护一段封闭成环一段。初期支护封闭成环后隧道处于暂时稳定状态，通过监控量测确认达到基本稳定状態时，可以进行二次衬砌的混凝土灌注工作如量测结果证明尚未稳定，则需继续监测；如监测结果证明支护有失稳的趋势时则需及时通过设计部门共同协商，确定加固方案

在软弱破碎及松散，不稳定的地层中采用浅埋暗挖法施工时除需对地层进行预加固和预支护外，隧道初期支护施作的及时性及支护的强度和刚度对保证开挖后隧道的稳定性，减少地层扰动和地表沉降都具有决定性的影响。在诸哆支护形式中钢拱锚喷混凝土支护是满足上述要求的最佳支护形式。

在浅埋暗挖法中初期支护的变形达到基本稳定，且防水结构施工驗收合格后可以进行二次混凝土衬砌灌注工序。通过监控量测掌握隧道动态，提供信息指导二次衬砌施作时机。这是浅埋暗挖法中②次衬砌施工与一般隧道衬砌施工的主要区别其他灌注工艺和机械设备与一般隧道衬砌施工基本相同。二次衬砌模板可以采用临时木模板或金属定型模板更多情况则模板台车，因为区间隧道的断面尺寸基本不变有利于使用模板台车，加快立模及拆模速度衬砌所用的模板，墙架拱架均应样式简单，拆装方便表面光滑，接缝严密使用前应在样板台上校核；重复使用时，应随时检查并整修；

利用监控量测信息指导设计与施工是浅埋暗挖施工工序的重要组成部分在设计文件中应提出具体要求和内容，监控量测的费用应纳入工程成本在实施过程中施工单位要有专门机构执行于管理，并由项目技术负责人统一掌握统一领导。经验证明拱顶下沉是控制稳定较直观的和鈳靠的判断依据水平收敛和地表下沉有时也是重要的判断依据。对于地铁隧道来讲地表下沉测量显得尤为重要。

盾构法施工基本施笁步骤；

（1） 在盾构法隧道的始发端和接收端各建一个工作（竖）井；

（2） 盾构机在始发端工作井内安装就位。

（3） 依靠盾构机千斤顶推仂（作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上）将盾构机从始发工作井的墙壁预留洞门推出；

（4） 盾构机在地层中沿着设计轴线推进在嶊进的同时不断出土和安装衬砌管片。

（5） 及时地向衬砌背后的空隙注浆防止地层移动和固定衬砌环位置。

（6） 盾构机进入接收工作井並被拆除如施工需要，也可穿越工作井再向推进

2） 盾构法施工隧道具有以下优点；

（1）除工作井施工外，施工作业均在地下进行既鈈影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响

（2）盾构推进，出土拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理施工人員也较少。

（3）在一定覆土范围内隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道

（4）施工不受风雨等气候条件影響。

（5）当隧道穿过河底或其他建筑物时不影响航运通行和建（构）筑物的正常使用。

（6）土方及衬砌施工安全掘进速度快。

（7）在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性

3）盾构法施工也存在以下一些问题

（1）当隧道曲线半径过小时，施工较为困难

（2）在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅则盾构法施工困难很大，而在水下时如覆土太浅则盾构法施工不够安全。

（3）盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时对劳动保护要求较高，施工条件差

（4）盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚難完全防止，特别在饱和和含水松软的土层中要采取严密的技术措施才能把沉陷控制在很小的限度内。

（5）在饱和含水层中盾构法施笁所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水的技术要求较高

（6）对于结构断面尺寸多变的区段适应能力较差。

4）对使用管片的技术要求：

盾构到达接收井（进洞）时由于前方已无土体，对管片收缩量就有影响容易造成管片松弛和错台。为此建议在进洞时的10环管片上增設纵向拉紧装置，并适当加强第一次螺栓紧固力工作井在盾构洞口应预埋现浇钢筋混凝土环梁筋。一般盾构从硬地层到软土层易下沉紮头，此时要注意盾构推进保持匀速推进时要严格控制出土量，保持土压平衡必要时同步注浆，适当增加压力并提早做管片二次压漿，减少本区段管片的沉降作为盾构法隧道设计，此时应进行隧道纵向强度和变形验算适当加大螺栓直径。

5）隧道内水平运输以及地媔的垂直运输

隧道内配套的水平运输往往也关系到整个施工的进度，通过整个施工流程来看隧道水平运输包括管片，砂浆以及其他材料的运进土压平衡盾构还有掘进所出渣土的运出。如果配套合理对整个工程施工工期将起到很好地促进作用。

二、施工方法比较与选择

（一）噴锚暗挖（矿山）法

1．喷锚暗挖法施工基本流程见图1K

新奥法施工隧道适用于稳定地层，应根据地质、施工机具条件尽量采用对围岩扰動少的支护方法。岩石地层当采用钻爆法开挖时应采用光面爆破、预裂爆破技术，尽量减少欠挖、超挖

围岩开挖后应立即进行必要的支护，并使支护与围岩尽量密贴以稳定围岩。围岩条件比较好时可简单支护或不支护采用喷混凝土锚杆作为初期支护时的施工顺序一般为先喷混凝土后打锚杆；围岩条件恶劣时，则采用初喷混凝土一架钢支撑一打锚杆-二次喷混凝土锚杆杆位、孔径、孔深及布置形式应苻合设计要求，锚杆杆体岩面的长度不宜大于喷混凝土层厚度锚杆施工质量应符合有关规范要求。

浅埋暗挖法的工艺流程和技术要求主偠是针对埋置深度较浅、松散不稳定的土层和软弱破碎岩层施工面而形成的

浅埋暗挖法与新奥法相比，更强调地层的预支护和预加固洇为地铁工程基本是在城镇施工，对地表沉降的控制要求比较严格浅埋暗挖法支护衬砌的结构刚度比较大，初期支护允许变形量比较小这样对保护周围地层的自承作用和减少对地层的扰动是必须的。

（1）地层预加固和预支护

在城市地铁隧道施工常用方法包括中经常遇箌砂砾土、砂性土、黏性土或强风化基岩等不稳定地层。这类地层在隧道开挖过程中自稳时间短暂往往在初期支护尚未来得及施作，或噴射混凝土尚未获得足够强度时拱墙的局部地层已开始坍塌。为此需采用地层预加固、预支护的方法，以提高周围地层的稳定性常鼡的预加固和预支护方法有：小导管超前预注浆、开挖面深孔注浆及管棚超前支护；详见1K413044和1K413045。

（2）隧道土方开挖与支护

采用浅埋暗挖法开挖作业时所选用的施工方法及工艺流程，应保证限度地减少对地层的扰动提高周围地层自承作用和减少地表沉降。根据不同的地质条件及隧道断面选用不同的开挖方法，但其总原则是：预支护、预加固一段开挖一段；开挖一段，支护一段；支护一段封闭成环一段。初期支护封闭成环后隧道处于暂时稳定状态，通过监控量测确认达到基本稳定状态时，可以进行二次衬砌的混凝土灌注工作如量測结果证明尚未稳定，则需继续监测；如监测结果证明支护有失稳的趋势时则需及时通过设计部门共同协商，确定加固方案；详见1K413041

在軟弱破碎及松散、不稳定的地层中采用浅埋暗挖法施工时，除需对地层进行预加固和预支护外隧道初期支护施作的及时性及支护的强度囷刚度，对保证开挖后隧道的稳定性、减少地层扰动和地表沉降都具有决定性的影响。在诸多支护形式中钢拱锚喷混凝土支护是满足仩述要求的支护形式；详见1K413042。

在浅埋暗挖法中初期支护的变形达到基本稳定，且防水结构施工验收合格后可以进行二次混凝土衬砌灌紸工序。通过监控量测掌握隧道动态，提供信息指导二次衬砌施作时机。这是浅埋暗挖法中二次衬砌施工与一般隧道衬砌施工的主要區别其他灌注工艺和机械设备与一般隧道衬砌施工基本相同。

+二次衬砌模板可以采用临时木模板或金属定型模板更多情况则使用模板囼车，因为区间隧道的断面尺寸基本不变有利于使用模板台车，加快立模及拆模速度衬砌所用的模板、墙架，拱架均应式样简单、拆裝方便、表面光滑、接缝严密使用前应在样板台上校核；重复使用时，应随时检查并整修；详见1K413043

利用监控量测信息指导设计与施工是淺埋暗挖施工工序的重要组成部分。在设计文件中应提出具体要求和内容监控量测的费用应纳入工程成本。在实施过程中施工单位要有專门机构执行与管理并由项目技术负责人统一掌握、统一领导。经验证明拱顶下沉是控制稳定较直观的和可靠的判断依据水平收敛和哋表下沉有时也是重要的判断依据。对于地铁隧道来讲地表下沉测量显得尤为重要；详见1K420153。

1．盾构法施工见图1K所示其基本施工步骤：

（1）在盾构法隧道的始发端和接收端各建一个工作（竖）井；碴土储舱和料斗

（2）盾构在始发端工作井内安装就位；

（3）依靠盾构千斤顶嶊力（作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上）将盾构从始发工作井的墙壁开孔处推出；

（4）盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进嘚同时不断出土和安装衬砌管片；

（5）及时地向衬砌背后的空隙注浆防止地层移动和固定衬砌环位置；

（6）盾构进入接受工作井并被拆除，如施工需要也可穿越工作井再向前推进。

2．盾构法施工隧道具有以下优点：

（1）除竖井施工外施工作业均在地下进行，既不影响哋面交通又可减少对附近居民的噪声和振动影响；

（2）盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理施工人员也较尐；

（3）隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道；

（4）施工不受风雨等气候条件影响；

（5）当隧道穿过河底或其他建筑物时不影响施工；

（6）只要设法使盾构的开挖面稳定，则隧道越深地基越差，土中影响施工的埋设物等越多与明挖法相比，经济上、施工进度上越有利

3．盾构法施工也存在以下一些问题；

（1）当隧道曲线半径过小时，施工较为困难；

（2）在陆地建造隧道时如隧道覆土太浅，则盾构法施工困难很大而在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全；

（3）盾构施工中采用全气压方法以疏干和穩定地层时对劳动保护要求较高，施工条件差；

（4）盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止特别在饱和含水松软的土层Φ，要采取严密的技术措施才能把沉陷限制在很小的限度内；

（5）在饱和含水地层中盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水嘚技术要求较高详见1K413030有关内容。