城市地铁区间隧道暗挖施工技术分析

城市地铁区间隧道暗挖施工技术分析

谭应

中铁三局广东建设工程有限公司  广东广州  510000

摘要：本文对城市地铁区间隧道暗挖施工技术进行了深入研究和分析。首先，介绍了城市地铁区间隧道暗挖施工的概述和工法，同时分析了该工法所面临的难点。接着，详细讨论了城市地铁区间隧道暗挖施工技术的要点，包括地层预加固与预支护、土方开挖、初期支护和二次衬砌。进一步探讨了城市地铁区间隧道暗挖施工的控制策略，包括超挖与欠挖控制、初支钢格栅连接控制、监控测量和工法转换控制。最后，对整篇论文进行了总结和结论，提出了未来研究的方向和建议。

关键词：城市地铁；区间隧道；暗挖施工；技术要点；控制策略

城市地铁系统是现代城市公共交通的重要组成部分，隧道是地铁系统中最基础的建设工程之一。在城市地铁隧道的建设中，暗挖施工技术已经成为了一种普遍采用的施工方法。隧道暗挖施工具有施工周期短、对周边环境影响小等优点，但同时也存在着较高的技术门槛和难度。

一、城市地铁区间隧道暗挖施工概述

1、施工工法

城市地铁区间隧道暗挖施工是指在不破坏地面和地下管线的情况下，采用掘进机和人工作业相结合的方式进行地铁隧道的开挖和支护。隧道暗挖施工可以分为两种类型：盾构法和钻爆法。其中，盾构法适用于软土、泥质土和粉砂岩等地质条件，而钻爆法适用于岩石和半岩石等地质条件。

2、施工难点

首先，地层复杂多变，需要进行地质勘探和分层预测，并采用合适的地层预加固和预支护技术。其次，开挖过程中需注意土体塑性变形、地表沉降和裂缝的控制，避免对周边建筑物和地下管线造成影响。同时，支护体系的设计和施工质量的控制也是难点之一，需要充分考虑不同地层的特点和工程实际情况，选择合适的支护方式和材料[1]。此外，地铁隧道施工期间的安全监控和质量检验也是难点之一，需要配备专业的技术人员和设备，及时发现和解决问题。

二、城市地铁区间隧道暗挖施工技术要点   

1、超前地质预报

隧道开挖前必须进行超前地质预报。超前地质预报方法主要有地质雷达、TSP、超前探孔、加深炮孔、地质素描等。地质雷达每30米进行一次，搭接长度不小于5米。超前长探孔每30米进行一次，每个导洞不少于5个钻孔，搭接长度不小于5米。超前短探孔每5米进行一次，每次3个探孔，孔深5米，搭接长度不少于2米。

2、地层预加固与预支护

（1）小导管超前注浆

小导管超前注浆是通过在掘进机前端装置小口径的注浆管，将水泥浆注入土层中，加固土层并提高其承载力，以保证隧道开挖的稳定性和安全性。该技术可以有效地防止地层塌陷和下沉，避免对地表建筑物和地下管线的损害。小导管超前注浆的具体施工流程包括以下几个步骤：首先在掘进机前端装置小口径注浆管，将注浆管插入土层中；然后开启注浆泵，将水泥浆注入土层中，直至形成充分的注浆带；接着停止注浆泵，待水泥浆凝固后，拔出注浆管，使其与掘进机齐平。需要注意的是，小导管超前注浆需要根据不同的地层情况和工程要求进行合理的设计和施工。注浆管的数量、直径和间距等参数应根据地质勘探数据和预测计算结果进行优化。同时，注浆浆液的配合比和注浆压力也需要精确控制，以确保注浆效果和施工质量。单孔注浆压力达到设计要求值，持续注浆10-15min。若注浆量超限，未达规定压力，则仍需继续注浆，并调整浆液，直至浆液充满钢管及周围的空隙并密实，确保管棚与围岩固结紧密，增强其整体性。

为便于超前小导管插入围岩内，钢管前端做成尖锥状，外插角为5~10度，钢花管设置φ10mm注浆孔，间距150mm，梅花形布置，预留止浆段长度为100mm，尾部焊上φ6mm加劲箍，防止打设小导管时端部开裂，影响注浆管连接。小导管超前注浆参数如表1所示。

表1  小导管超前注浆

（2）管棚超前支护

在地铁隧道暗挖施工中，为了保证隧道施工安全，管棚超前支护技术是一种常用的措施。管棚是由特种钢板、橡胶水泥等材料构成的一个圆形钢模板，通过钢模板的拼接组成了一个完整的管状结构。管棚超前支护技术的主要作用是提高施工效率，减少事故发生的风险，同时也有利于减小对周围环境的影响[2]。首先，需要进行土层的预掏和支护，以便于后续的隧道开挖工作。其次，按照设计要求，将管棚与地面相接，然后将管棚顶部按照设计要求固定在隧道壁顶部。随后，将管棚下部与隧道壁进行固定，以保证管棚的稳定性。然后，将管棚内部用混凝土进行灌浆加固，以提高管棚的承载能力。最后，随着隧道开挖的深入，管棚也会随之向前移动，直至隧道开挖完成。管棚超前支护技术具有以下几个优点：一是支护系统结构简单，易于施工；二是施工效率高，能够快速进行；三是管棚超前支护能够减少地表沉降和地面塌陷的风险，同时也能够减少周围建筑物和地下管线等设施的损坏风险。因此，在地铁隧道暗挖施工中，管棚超前支护技术得到了广泛应用。

管棚钢管宜分节连接顶入钻孔，节段长度不宜小于2m，相邻钢管的接头错开距离应大于1m，各节段间应采用丝扣连接或套管焊接连接，连接长度不应小于50mm。钢管前端制作成尖锥型，尾部焊接Φ10加劲箍，管壁四周钻2排Φ20mm压浆孔(靠孔口2.0m处的棚管不钻孔)，呈梅花型布置。管棚超前支护参数如表2所示。

表2  管棚超前支护

开孔前施作φ42超前小探孔，探孔深度超出围护结构0.5m;出现少量清水流出，现场采用木塞+水泥砂浆进行封堵；如小探孔出现涌水、涌砂，应立即采用木塞封堵，并采用掺有速凝剂砂浆进行封闭，封闭后确保无泥水流出，然后对前方土体进行注浆加固处理，加固效果满足施工要求后方可进行下一道工序。遵循隔孔打设原则，钻孔的外插角允许偏差为1°，钻孔应由高孔位向低孔位进行，钻孔孔径应比钢管直径大30mm～40mm。钻机转速30r/min,开始钻孔时应低速低压,每顶进2m，停下钻机机，采用激光测试仪进行角度测量。孔口管自带球阀，若出现涌水、涌砂或大量泥水流失应及时封闭阀门。开始钻孔时应低速低压，遇卡钻、坍孔时应注浆后重钻；钻进过程中应测量钢管的偏斜度。

3、土方开挖

土方开挖严格执行暗挖隧道施工严格遵循“明地质、管超前、严注浆、优爆破、智装备、短开挖、强支护、快封闭、勤量测、控变形”三十字方针。

为了确保开挖质量，需要针对不同地层进行不同的开挖方法。对于软弱地层，常采用挖孔注浆或者锚喷等方法进行加固，然后进行开挖，在开挖过程中，应逐步提高挖掘深度，同时注意不要超过地质勘探时确定的最大允许开挖深度。台阶法应根据地质和开挖断面跨度等确定开挖台阶长度，土质隧道台阶长度不宜超过隧道宽度的1倍，台阶不宜多于3级。施工至下台阶时，最多允许2榀格栅悬空

，下部台阶应在拱部达到设计文件规定强度的70%后，方可进行开挖。对于坚硬地层，可以采用炸药爆破的方式进行开挖。在施工前，需要进行充分的爆破设计和爆破参数计算，以确保爆破的效果和安全。在爆破后，需要进行坑面整理和坑底平整，以保证后续的支护和衬砌施工顺利进行。

横通道施工完成进入区间正线时，大小里程均有作业面，大小里程方向作业面错开距离不应小于30m。在初期支护未封闭成环区段内，各工序同时作业人员总数原则上不能超过9人，同一条隧道相对开挖时，当两掌子面相距20m时应停挖一端并封闭掌子面，继续开挖另一端，并应提前做好测量工作，并应及时纠偏。在土方开挖中，还需要考虑到土方的处理和运输。对于大量的土方，可以采用机械挖掘和运输的方式，而对于较小的土方则可以采用人工运输或者小型机械运输。在运输过程中，需要注意道路的平整和斜度，以保证土方的顺利运输。同时还要注意避免运输过程中的交通事故和人员伤害等问题的发生[3]。

4、初期支护

初期支护是指在土方开挖后，为了保护周围的建筑物和地下管线，减小土体变形，防止土层失稳而采取的一系列支护措施。常见的初期支护形式包括钢支撑、锚杆喷锚、锚索喷锚、拱形钢架等。其中，钢支架是最为常用的初期支护形式，通过将钢支架立在隧道两侧的钢梁上，使其与隧道墙面紧密接触，起到支撑土体、保护地表、减小变形的作用。

5、二次衬砌

二次衬砌是在初期支护之后，为了进一步加固隧道结构和保证隧道的稳定性而采取的一种措施。其作用是加强隧道的承载能力，减小隧道结构变形和破坏风险，提高隧道的安全性和可靠性。常用的二次衬砌材料包括混凝土、钢筋混凝土和钢板等。其中，混凝土二次衬砌是最为常用的形式，其优点是施工方便、成本低廉、效果显著，而且具有很好的防火、防水、隔音、保温等性能。

三、城市地铁区间隧道暗挖施工控制策略

1、超挖与欠挖控制

在地铁隧道的暗挖施工中，对于土方的开挖，必须根据设计要求进行超挖或欠挖，以确保隧道的几何形状和轴线位置的准确度。超挖和欠挖控制是控制隧道几何形状和轴线位置的关键因素之一。在施工过程中，如果超挖或欠挖过度，会对隧道的几何形状和轴线位置产生不良影响，导致施工质量下降。因此，超挖和欠挖应该根据设计要求进行严格控制，并在开挖过程中进行及时的调整。

2、初支钢格栅连接控制

隧道初期支护是确保隧道稳定和安全的关键措施之一。在初期支护中，钢格栅是一种常用的支护形式。钢格栅的连接控制是确保初期支护质量的关键之一。连接不良或连接不紧密会导致初期支护质量下降，甚至出现塌方等安全事故。因此，格栅（拱架）连接应使接头板密贴，并拧紧连接螺栓，格栅（拱架）接头存在缝隙时应采用钢板垫塞并满焊，并进行必要的监测和检测，确保连接质量达到要求。格栅钢筋连接焊缝采用单面焊焊缝长度不小于10d，采用双面焊焊缝长度不小于5d。型钢与钢筋、型钢与型钢之间连接焊缝采用采用双面焊接，焊缝满焊，焊缝高度不小于8mm。钢架加工后应放在水泥地面上试拼装，其允许误差为：沿格栅钢架周边轮廓拼装偏差不应大于±30mm;格栅钢架由拱部、边墙、底部各单元拼装而成，各单元间采用螺栓连接，螺栓孔眼中心间距公差不超过±0.5mm;格栅钢架平放时平面翘曲应小于±20mm；其倾斜度不大于2度，格栅钢架的任何部位偏离铅垂面不宜大于50mm。在连接钢格栅的同时，还应注意操作人员的安全，避免操作不当导致安全事故的发生。

3、监控测量

在城市地铁隧道的暗挖施工中，为了保证施工质量和安全，需要进行监控和测量。监控和测量可以帮助工程人员了解施工过程中的变化和可能出现的问题，及时采取措施进行调整。监控测量主要包括隧道的位移、地表沉降、地下水位、应力等方面的测量[4]。位移和地表沉降是衡量隧道施工影响范围的主要指标，地下水位和应力则是影响隧道稳定性的重要因素。针对不同的监测指标，需要选择不同的测量设备进行监测。如位移和地表沉降可以使用全站仪、水准仪等进行监测，地下水位可以使用压力式水位计进行监测，应力可以使用应变计进行监测。同时，需要注意监测数据的及时处理和分析。只有及时处理和分析监测数据，才能发现问题并采取措施，从而保证隧道施工的质量和安全。

4、工法转换控制

在城市地铁隧道的暗挖施工中，随着隧道的深度增加和地层变化，施工工法也需要进行相应的转换。因此，需要制定相应的工法转换方案，并对转换过程进行控制，以保证施工的顺利进行。工法转换需要考虑多个因素，如隧道深度、地质情况、地下水情况等。在制定工法转换方案时，需要充分了解施工地质条件和隧道设计要求，并进行详细的施工计划编制和施工方案制定。在工法转换过程中，需要严格按照工法转换方案进行操作，并进行相应的检查和控制。同时，需要及时处理和分析出现的问题，确保工法转换的质量和安全。

结语：

    在城市地铁建设中，采用暗挖施工技术具有优势，但也存在一定的施工难点和风险。为了确保隧道施工的顺利进行和质量安全，需要采取一系列的控制策略和技术要点。本文系统地分析了城市地铁区间隧道暗挖施工技术，从地层预加固、土方开挖、初期支护、二次衬砌、控制策略等方面进行了阐述。通过对技术要点的掌握和控制策略的实施，可以有效避免施工过程中的各种风险，确保地铁隧道的安全施工和质量建设。

参考文献：
[1]王力.城市地铁特殊地段暗挖隧道施工技术分析[J].工程技术研究,2022,7(21):228-230.DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2022.21.076.

[2]唐喜奎.暗挖区间隧道下穿地铁施工技术分析[J].运输经理世界,2020，(13):43-44.

[3]肖育斐,孙荣.城市地铁区间隧道暗挖施工技术研究[J].中国水运(下半月),2019,19(12):215-216.

[4]吕知睿.城市地铁隧道区间浅埋暗挖施工地表沉降控制施工技术[J].四川水泥,2020，(09):38+44.

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