浅埋暗挖法修建地铁区间隧道施工技术及安全管理

浅埋暗挖法修建地铁区间隧道施工技术及安全管理

前  言

北京地铁采用的浅埋暗挖法，是以加固、处理软弱地层为前提，采用足够刚性的复合初砌为基本支护结构的一种用于软土地层近地表隧道的暗挖施工方案。它以施工监测为手段，知道设计与施工，控制地表沉降，保证施工安全。

地铁四号线简介

地铁四号线是贯穿北京市中心城区西侧的南北走向线路，南起丰台区马家楼，沿马家堡西路、菜市口南大街、宣武门外大街、宣武门内大街、西单北大街、西四南大街、西四北大街、新街口南大街至新街口，由新街口向西转弯，沿西直门内大街、西直门外大街至首都体育馆，由首都体育馆向北转弯，沿中关村南大街、中关村大街、中关村北大街至清华西门，由清华西门沿清华西路、颐和园路、北宫门至龙背村，线路全长28.163km，全部为地下线，设车站24座，其中地下站23座、地面站1座；全线设车辆基地2处，在马家堡设车辆基地，在龙背村设停车场。

（1）车站布设及修建方法

全线设车站24座，其中采用浅埋暗挖法修建的车站有5座，它们是：菜市口站、宣武门站、西四站、动物园站、黄庄站和苏州街站；采用明挖或盖挖与浅埋暗挖法相结合修建的车站有5座，它们是：石榴庄路站、陶然亭站、西单站、双榆树站、成府路站：采用明挖或盖挖法修建的车站有12座，它们是：马家楼站、角门北路站、西庄站、灵镜胡同站、平安里站、新街口站、白石桥站、学院南路站、中关村站、圆明园路站、颐和园站及北宫门站；地面站1座，为龙背村站；改造利用车站1座，为西直门站。

（2）区间隧道修建方法

地面区间线路长0.203km；采用浅埋暗挖法修建的区间隧道长7.331km；采用盾构法修建的区间隧道长14.341km（需盾构机9台）。

北京正远监理公司地铁四号线第五总监办共监理四个标段。其中4个车站：马家楼站、石榴庄路站、角门北路站、陶然亭站。6个区间工程：马家楼站～出入段线区间、马家楼站～石榴庄路站、石榴庄路站～角门北路站、陶然亭站～菜市口站、菜市口站～宣武门站。

一、浅埋暗挖法的前提条件

选用浅埋暗挖法应考虑的基本条件有：首先，浅埋暗挖法不允许带水作业，如果含水地层达不到疏干，带水作业是非常危险的，开挖面的稳定性时刻受到水的威胁，甚至发生塌方。把地下水，尤其是上层滞水处理好是非常关键的环节，它直接影响到浅埋暗挖法的成败。第二，采用浅埋暗挖法要求开挖面具有一定的自立性和稳定性。 二、浅埋暗挖的基本经验

铁道部隧道工程局就复兴门折返线工程总结的十八字决，即管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测，基本上概括了浅埋暗挖法的施工工艺要求施工经验。

二、浅埋暗挖的基本经验

铁道部隧道工程局就复兴门折返线工程总结的十八字决，即管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测，基本上概括了浅埋暗挖法的施工工艺要求施工经验

（1） 开挖面土体稳定是采用浅埋暗挖法的基本条件。当土体难以达

到所需的稳定条件时，必须通过地层预加固和预处理来提高开挖面土体的稳定性和自立性。降低地下水位一方面可达到无水施工，另一方面可以改善土体的物理力学特性，经常采用的预加固和预处理的措施有超前小导管注浆，工作面前方深孔注浆和大管棚超前支护。视具体情况可以单独使用，也可以配合使用。

（2） 隧道开挖面初期支护

把“隧道开挖”和“初期支护”写成一个小标题，就是想强调“随开挖，随支护”的基本原则。如何利用土体有限的自立时间进行开挖和支护作业，使土体开挖后暴露的时间尽可能短，使初期支护尽早封闭成环，就这一意义上说，选择适当的开挖方法就显得十分重要。

根据土体的稳定性隧道断面大小可以选用短台阶法开挖，或带临时仰拱的长台阶法开挖。对于断面较大的隧道，考虑分部开挖，分部支护和封闭成环的需要，选择中隔壁法（cd法）、交叉隔壁法（crd法）、和侧壁导坑法（眼镜法）等。每次开挖循环，以“短尺”为原则。为了保持开挖面的稳定，采用弧形导坑留核心土的开挖方法，使开挖面得到核心土的支撑。 浅埋暗挖法常用的初期支护形式是钢筋格栅，钢筋网和喷射混凝土，浅埋暗挖法要求初期支护具有足够的强度和刚度。在技术、经济的合理范围内，尽可能减小初期支护的变形量，目的

是控制土体位移，减小地表沉降。之所以广泛采用钢筋格栅，其原因一方面是钢筋格栅与喷射混凝土能紧密结合，另一方面是因为钢筋格栅在拼装成环后，具有一定的强度和刚度，在喷射混凝土尚款具备足够强度之前，钢筋格栅可以单独承担来自土层的一部分荷载。有的施工指南要求钢筋格栅能承担2-4米的土柱压力，也是基于这方面的考虑。 （3） 二次衬砌

（4） 浅埋暗挖法通常采用模筑混凝土作为二次衬砌材料它既是提高

初期支护强度和刚度增加初期支护安全储备的需要，也是支撑中间的防水隔离层，承受水压力的需要，一般通过监控量测，证明初期支护基本稳定，防水层铺设完毕隐蔽工程检查合格后，可以开始灌注二次衬砌，如果隧道断面较大，等待初期支护变形达到基本稳定需要很长时间，也可提前施作二次衬砌，这时的二次衬砌将要承受初期支护变形传来的压力。 三、暗挖区间隧道标准断面施工方法及需注意的几个问题 1、暗挖区间标准断面

地铁区间隧道除个别特殊地段外，一般均采用单线马蹄形曲墙断面形式

2、超前支护施工

结合具体地质条件和开挖面的稳定情况，一般选择小导管注浆作为主要超前支护手段。

小导管采用直径42mm，长2.5-3.5mm，外插角10-15度，环向间距为25-32cm，搭接长度1.5米。

注浆浆液需根据具体地质条件选用，或用单液水泥注浆，或用水泥水玻璃注浆，或用改性水玻璃浆注浆。注浆浆液的选择，配比 ，压力的确定必须经过现场试验决定。 目前工程中经常出现的问题有：

（1）注浆浆液配比及参数既无控制，注浆效果又不作严格检查，甚至只设管不注浆，结果影响开挖后开面的土体稳定。

（2） 外插角过大，沿拱架内缘斜插下一拱架外缘，但外插角近30-40

度，小导管下方土体坍塌，影响开挖面的稳定。

3、短台阶法开挖与支护

隧道净高6米，净宽5.6米，对于一般地层常采用短台阶开挖，上台阶长不超过1倍洞径，并留有2米以上核心土。后方开挖中层土，并施作仰拱。

（1） 留核心土的目的，一方面可以抑制开挖面的变形，保持土体稳

定，另一方面可以压缩拱部开挖土方时间，尽早在有限空间架设拱部格栅拱架，并喷射混凝土，尽早完成拱部初期支护。

（2） 采用台阶法目的，一方面利用台阶的土压力支挡前方工作面，

保持开挖面开挖稳定，另一方面利用台阶便于人工开挖。

（3）采用短台阶的目的，一方面便于人工翻碴，另一方面可以尽快开挖中层土方，便于尽早施作边墙支护和封闭仰拱，尽早使初期支护形成封闭的稳定结构。

但是目前有些工地施工存在的问题是：（1） 格栅拱架制作不合规范要求]

在开挖以后，土体自承稳定的时间极短，在喷射混凝土达到设计强度以前，格栅拱架是主要支撑结构，因此规范要求拱架能单独承受2-4米土体荷载并密贴土体，最早由德国引进的图纸，在四根钢筋之间用8字结连接，以后为了简化作成斜向连接，再以后斜向连接钢筋便点焊上，把拱架作为构造钢筋处理，这是非常危险的，正是因为如此，规范对拱架作出严格要求，除此之外，拱架基础必须支牢，必要时设置斜向支撑注锚管。 （2） 喷射混凝土不密实

钢筋密集地段实施喷射混凝土是一件比较困难的事，回弹大，而且钢筋背后不密实，所以规范对双层钢筋网喷混凝土必须喷完一层再挂第二层网喷第二层，挂 在格栅表面喷混凝土要清除后再喷，不然钢筋背后是无法喷实的。不密实的初期支护存在严重隐患，而且地下水锈蚀钢筋，影响初期支护的寿命。 （3） 短台阶过长