浅谈城市地铁施工技术中浅埋暗挖技术

浅谈城市地铁施工技术中浅埋暗挖技术

王鹏

中铁九局集团第七工程有限公司

摘要：我国进入社会经济发展的新阶段，走到了城市化发展的中后期，为服务经济发展，推动社会进步，提升人民生活质量，需要进行更多的工程建设，工程建设规模不断扩大，建设高度不断提升，城市地铁工程难度不断增强。浅埋暗挖技术在市政隧道施工中的合理应用，可以提供良好的支护，并且由于该技术有着良好的灵活性，与断面处的锲合度较高，因此市政隧道工程中应用十分广泛。基于此，本文对市政隧道施工浅埋暗挖技术的应用进行详细分析，希望可以使浅埋暗挖技术在市政隧道施工中更好的应用，减少安全事故的发生，保障市政隧道的正常使用。

关键词：城市地铁；施工技术；浅埋暗挖技术

引言

近年来，城市地铁快速发展，地铁车站一般采用浅埋暗挖法进行施工，车站往往具有大断面、浅埋、地质状况复杂和自稳能力差的特点，施工过程中选择合适的施工工法，保证施工过程中隧道结构的安全及周边建筑的稳定性是当前的热点问题。

1浅埋暗挖技术介绍

浅埋暗挖技术是一种新奥地利施工方法，英文简称为“NATM”，浅埋暗挖技术合理的应用，围岩使用多种收单进行加固处理，可以促使围岩负载能力的提升，之后对隧道进行挖掘，并快速进行支护围岩操作，支护结束之后对围岩做封闭处理，从而使围岩形成一个环并和支护共同的支护系统，最大化减少围岩变形情况的出现。浅埋暗挖技术既有显著的应用优势，同时也存在一定的问题，即该技术的施工较为复杂。浅埋暗挖技术在具体施工时，施工人员经常会应用复合式衬砌方式，即内外两层。在实际的隧道挖掘时，外层衬砌的支护会运用到钢筋网、钢架等，并需要在支护结束后对稳定性进行实验，在合格之后则开始进行内层衬砌支护。在内层衬砌时，一般会使用到模筑混凝土，同时也需要做好内外层的防水工作。若隧道地层是无水情况，则在应用浅埋暗挖技术进行支护时，需要采用水泥砂浆实现防水。在市政隧道施工中采用施工技术不同，施工造成的影响和费用也会有所不同。

2城市地铁施工技术中浅埋暗挖技术

2.1模型简介

以某工程为例：隧道毛洞开挖最大跨度15 m，埋深约7．7 m，隧道与省道S229平面斜角．本次计算模型按1:1全尺寸考虑进行数值模拟模型的建立，综合考虑数值计算的边界效应，模型的整体尺寸为X方向156 m，Y方向140 m，Z方向60 m．为保证计算精度，掌子面中心处进行网格细化与加密．隧道支护形式:初期支护及二次衬砌采用板单元模拟并按照抗弯刚度(EI)相等的原则将钢拱架强度折算到初期支护中，模型不考虑系统锚杆．隧道超前支护的模拟通过对初期支护参数进行加强来实现．隧道开挖方式，根据围岩条件及周边环境，综合考虑采用三台阶法进行隧道的开挖施工，坚持“少扰动、短进尺，勤测量，紧封闭”的原则，中台阶滞后上台阶8 m，下台阶滞后中台阶8 m，仰拱滞后下台阶8 m，二次衬砌滞后仰拱8 m．逐步开挖至模铸二次衬砌通过原省道S229位置后，恢复交通至原位。

2.2土方开挖

需以土质情况为依据，结合超前加固形式与现有机械设备类型来确定土方开挖方法。目前常用的开挖方法包括：（1）当隧道断面相对较小且土质良好时，可采用全断面法进行开挖；（2）当隧道为单线或双线且土质良好时，可采用台阶法、短台阶法或预留核心土法开挖；（3）当隧道的断面和跨度均相对较大时，可采用中隔墙台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法开挖；（4）对于单层且多跨结构形式的地下结构，应采用柱洞法、侧洞法、中洞法开挖。另外，如果起拱有困难，可考虑平顶直墙工法。无论采用何种开挖施工方法，都应严格遵循从上到下和相互错开的基本原则。通常情况下，土层每次开挖时的步距在0.75m左右，实际施工中要结合具体情况与实时检测结果适当调整。当遇到地下管线、软弱土层与上层积水等实际情况时，应提前调整开挖步距。

2.2围岩变形量的合理控制

围岩变形量不单纯的指隧道开挖时的围岩下沉情况，同时也指受到围岩影响而出现的支护体系变形情况。与此同时，每个施工流程的基础施工也会受到下沉变位因素的影响，进而导致整体结构偏移的问题。因此，这就需要施工工作人员做好地中和地表下沉变形量的控制工作，这样不仅可以保障地面建筑物和地层的线路管网的安全，而且还可以减少破坏地面自然景观情况的发生，进而减少对地上交通造成的影响。

2.3套拱施工

在进行套拱混凝土施工前，要加工支撑套拱混凝土浇筑的拱架和模板，支撑钢架采用I18工字钢。开挖完毕，精确放样套拱钢架拱脚位置，安放钢拱架。钢架用冷弯机加工成型，分三节制作，确保尺寸准确，随后进行编号，将编好号的钢拱架运送至施工现场组装。钢架连接钢板采用220mm×230mm×14mm钢板，钢板预留孔，各节钢架用M24mm×60mm螺栓连接。套拱预留变形量15cm。确保钢架定位准确，采用C25混凝土施做15cm混凝土套拱基础，在垫层上面安装I18钢架，间距50cm。并在钢架拱脚处绑扎钢筋，钢架拱脚两端各施打3根长6mφ42mm超前小导管，间距50㎝。为保证拱架的稳固，两榀拱架间设置φ22mm连接筋，“八字形”布设，与水平方向成30°。采用竹胶板立模泵送浇筑C25混凝土，人工振捣，由于护拱左右不对称，先浇筑右侧，待两侧平齐后再两侧均匀浇筑。

2.4初期支护

初期支护主要是喷射混凝土，内部采用环形钢结构，这样能为隧道暗挖掘进提供有效支撑。初期支护的钢筋结构主要分为4部分，即上拱架、左立墙拱架、右立墙拱架和底部闭环钢筋，各部分之间通过焊接相连。接头主筋间使用相同型号的钢筋焊接，并用螺栓加固焊接于主筋的所有三角铁，以提高整体承载能力。土体经注浆达到稳固后，方可在设计路径上开始掘进，具体的掘进方式和机械设备都应根据土质情况确定。首先对上台阶土方实施开挖，上台阶实际上就是拱顶，在开挖过程中应预留核心土，避免坍塌。在掘进达到0.6m后，方可安装上拱架，并在两榀拱架之间挂设钢格栅，然后进行锚喷。待上台阶的进尺达到洞径的1.5倍后，方可对下台阶实施开挖。在开挖下台阶的过程中也要预留好核心土，同时每掘进0.6m就进行一次立墙拱架安装。最后依次焊接上拱架、地面封闭钢筋，同时连接好纵向钢筋，挂设钢筋格栅，再喷射墙体和仰拱混凝土，以形成完整且封闭的初支结构。混凝土的喷射应分段和分片实施，按照从下到上的顺序进行，先喷射格栅钢架和拱壁间的空隙部分，再喷射钢架间的部分。在喷射时应做好分层，每次的喷射厚度都要以具体的喷射部位与设计厚度为依据，拱部的喷射厚度为5~6cm，边墙的喷射厚度为7~10cm，上一层喷射的混凝土凝固后方可喷射下一层。一般是先喷射墙脚再喷射墙顶，同时先喷射拱脚再喷射拱顶，以此防止产生死角。

2.5衬砌受力分析

由喷射混凝土最大主应力云图可知:①喷射混凝土最大主应力均为正值，表现为拉应力，呈现左右对称分布，其中拱顶和仰拱处由于变形量相对较大，因而这两点最大主应力值相对较大;②从拱顶到墙角喷射混凝土呈先减少后增加的趋势进行;③三种工法条件下，三台阶法拱顶的最大主应力为4.37 MPa，仰拱的最大主应力为5.56 MPa，CＲD法拱顶的最大主应力为3.59 MPa，仰拱的最大主应力为4.70 MPa，双侧壁导坑法拱顶的最大主应力为1.91 MPa，仰拱的最大主应力为3.27 MPa;④双侧壁导坑法喷射混凝土最大主应力相对最小，更有利于结构的稳定性。由二衬应力云图可知:①二衬的最大主应力在仰拱和拱顶处表现为拉应力，其他位置主要为压应力，主要是拱顶的竖向变形和仰拱的隆起较大造成的;②三台阶法仰拱的最大主应力为1.11 MPa，拱顶的最大主应力为0.86 MPa，CＲD法仰拱的最大主应力为0.62 MPa，拱顶的最大主应力为0.35MPa，双侧壁导坑法仰拱的最大主应力为0.16 MPa，拱顶的最大主应力为0.15 MPa;③双侧壁导坑法二衬的最大主应力相对最小，各点处的受力值均较小，二衬主要是作为安全储备。

2.6支护结构内力状态对比分析

双侧壁导坑法和CＲD法开挖在临时支护和初期支护连接处均出现应力集中。施工时，应加强临时支护与初期支护连接处的节点设计，确保施工安全。开挖过程中，CＲD法开挖引起的最大弯矩为541．73 kN·m，最大轴力为1 300．0 kN。双侧壁导坑法引起的最大弯矩为387．84 kN·m，为CＲD法的72%，最大轴力为1 160．0 kN，为双侧壁导坑法的0．89%;由此可知，双侧壁导坑法的支护结构的内力分布对称，其内力状态优于CＲD法。

结语

综上，在采用浅埋暗挖法进行隧道施工时，可根据隧道具体的地理位置与所处环境情况，在严格遵循各项施工原则的前提下，对各项技术措施进行适当的改进与调整，以适应不同的外部环境，使工程实现预期的功能要求。

参考文献

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