浅埋暗挖法施工技术的发展

浅埋暗挖法施工技术的发展•贺长俊1，蒋中庸2，刘昌用3，邹彪4•(1.北京城建集团，北京100088；2.中铁隧道集团，洛阳471009；3.中铁隆工程有限公司.成都6100004.北京市市政工程研究院，北京100037)•摘要：本文从三个方面叙述浅埋暗挖法施工技术的发展，首先着重介绍了双侧壁导坑法、中洞法以及洞桩法等已成熟发展的大跨度地下空间暗挖技术，并介绍了平顶直墙施工方法的应用，最后陈述了浅埋暗挖法施工中辅助施工技术的发展。•关键词：浅埋暗挖法；大跨度地下空间暗挖技术；平顶直墙施工法；辅助施工技术；发展•Developmentofshallowtunnelconstructionmethod•HeChang-jun1，JiangZhong-yong2，LiuChang-yong3，ZouBiao4•(1.BeijingurbanconstructiongroupCO.LTD,Beijing100088;2.ChinarailwaytunnelgroupCO.LTD,Luoyang471009;3.Rankenrailwayconstruction.LTD,Chengdu610000;4.BeijingMunicipalEngineeringResearchInstitute，Beijing100037)•Abstract：Thedevelopmentofshallowtunnelconstructionmethodisindroducedinthreeaspects，first，theexcavationtechnologyofundergroundspaceinlargespan，whichhasalreadymaturelydeveloped，isillustrated，suchasdoublesidedriftsconstructionMethod，centraldriftconstructionmethodandPile-Beam-ArchconstructionMethod(PBA)；then，theapplicationofhorizontalroofstraightwallconstructionmethodispresented；finally，thedevelopmentofauxiliaryconstructiontechnologyofshallowtunnelconstructionmethodisstated.•Keywords：shallowtunnelconstructionmethod(STCM)；horizontalroofstraightwallconstructionmethod；excavationtechnologyofundergroundspaceinlarge-span；auxiliaryconstructiontechnology；development•20世纪80年代军都山铁路双线隧道进口段在黄土地层首次应用新奥法原理进行了浅埋暗挖法施工技术的研究和试验。随后在北京地铁复兴门折返段开发应用这种新技术获得成功，同时修建了北京地铁西单站。20世纪90年代在北京地铁复八线全面推广修建了十多公里的地铁区间段及天安门西，王府井、东单三座地下暗挖车站。复八线的成功建设，开创了我国地下工程暗挖施工的新纪元。在这之后，开工建设的广州、深圳等地铁以及城市的浅埋热力隧道、电力隧道、过街通道、地下停车场以及南水北调工程都广泛采用。•国家科委于1987年8月25日召开科研成果鉴定会，与会专家对这种新施工技术给予了很高的评价，认为该技术方法为在繁华地段修建地铁开拓了一条新路，是具有中国特色的能带动我国产业经济发展的地下工程建设方法，经过论证正式取名为“浅埋暗挖法”。•浅埋暗挖方法是在第四纪软弱地层中修建隧道的方法，其基本原理是通过对地层的适当加固和处理，合理调动围岩的自承能力，采用短进尺开挖，及时施作初期支护结构并封闭成环，使围岩和初期支护结构形成联合支护体系以共同承担施工阶段荷载，在变形基本稳定以后施作二次模筑衬砌，完成隧道建设。初期支护承担全部基本设计荷载，二次衬砌作为安全储备，由初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。这种先柔后刚的复合式新型支护结构体系很好的克服了隧道工程中的不可预知性。由于地层条件以及周围环境的复杂多变，应用浅埋暗挖法施作隧道必须对地层、支护材料、周围建构筑物进行施工过程的监测，根据监测信息及时修正设计和施工方法，以确保施工的安全。•根据浅埋暗挖法施工技术数十年的工程经验，该施工技术具有灵活多变、不拆迁、不影响交通、不破坏环境、综合造价较低、隧道支护结构强度高等优点，特别适合中国国情。浅埋暗挖法二十多年的实践是一个不断发展和完善的进步过程，特别是大跨度暗挖技术得到长足发展，是浅埋暗挖法成为一个成熟的技术，得到广泛的应用。1大跨度地下空间暗挖法技术的发展•1.1双侧壁导洞法暗挖技术•在北京地铁复兴门折返段单洞大跨及北京地铁西单三联拱车站等大跨度隧道的建设中，采用了单侧壁导洞结合双侧壁导洞法，应用了大管棚、小导管注浆加固地层等预加固技术以及多导洞开挖完成内力转换，实现了中国城市地铁暗挖技术的突破，为中国地铁隧道施工奠定了基础，该工法到今天已经是大跨度隧道施工的基本方法之一，实践中总结出的“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的十八字方针，是我们地铁隧道浅埋暗挖法施工所应该遵守的基本原则。•双侧壁导洞法也称眼镜工法，是变大跨度为小跨度的施工方法，其实质是将大断面分成多个小断面进行作业，即两侧导洞和中部导洞，导洞尺寸以满足机械设备和施工条件为准，其施工示意和顺序分别如图1和图2所示。采用双侧壁导坑法施工时，在导洞内按正台阶法施工，当地质情况较差时，上台阶应考虑采用中隔墙法（如图1中的虚线所示）或者环形留核心土法开挖，在施工过程中左右侧导坑开挖时错开的距离不应小于15m（以15m～20m为宜）以降低两洞在开挖过程中的相互影响，中洞与侧洞开挖时错开的距离不应小于20m（以20m～30m为宜），而上下台阶之间的距离，可视具体情况而定，一般为3m～5m。由于开挖多个导洞，地层多次被扰动，会引起地层过大沉降，导洞断面不规则更加大了开挖引起的沉降，所以采用该工法施工时如何控制沉降和及时完成支护是地铁工程施工应多多关注的问题。图1双侧壁导坑法施工示意图图2双侧壁导坑法施工顺序图•1.2中洞法暗挖技术•在总结以往的施工经验的基础上，吸取国外隧道建设的经验，在北京地铁五号线大跨度暗挖车站和渡线隧道，采用中洞法施工技术。•中洞法是先开挖整个隧道的中间部分，由于中洞的跨度一般较大，施工中一般采用CD法、CRD法等工法进行施作并应该遵守“小分块、短台阶、早成环、环套环”以及“竖向留坡、纵向错台”的施工原则。在完成中洞的隧道初支后，立即施作该部分的二次衬砌，实现对地层的刚性支撑。，施工二衬可以采用洞内逆做法，能较好控制初支沉降变形及保护邻近构筑物，完成中洞施工后再用侧洞法施作其余部分,两侧洞应该对称施工，这样比较容易解决从中洞初期支护转移到梁柱上时产生的不平衡压力问题，且比较容易控制施工引起的地层沉降。•如图3所示为中洞法的施工示意，其施工工艺流程为：(a).中洞拱部大管棚及超前小导管注浆预加固拱部土体，采用CRD工法按图中顺序开挖中洞并及时施作初期支护→(b).铺设底部防水层，底纵梁→(c).施作钢管柱→(d).铺设顶部防水层，施作顶梁，拆除部分竖向初支以施作顶拱和仰供→(e).侧洞拱部大管棚及超前小导管注浆预加固拱部土体，按图中顺序对称开挖两侧洞并及时施作和封闭初期支护→(f).施作两侧洞二衬→(g).分步拆除所有临时支撑，施作站台板和内部结构，完成全部主体结构。由于中洞已经实现刚性支撑且成型封闭，在侧洞开挖时可以大大减少中洞的沉降，以达到控制地层沉降的目的。但是由于中洞施作二次衬砌是先要把顶部防水层做好，在浇注混凝土时，因施工条件较差及混凝土的收缩，很难做到顶紧初衬结构，采用二衬背后注浆也因结构不封闭，难以达到注浆饱满，因此中洞在侧洞开挖时仍有叠加沉降。图3中洞法施工示意图•1.3洞桩法暗挖技术(PBA工法)•在总结隧道施工经验的基础上，我国设计人员提出了先做多个分离导洞，在小导洞内先做支护桩再加拱的暗挖技术，即洞桩法（简称PBA工法，“pile、beam、arch”），此施工方法已获国家专利，并被广大设计人员在设计中采用。•该工法首先是在北京地铁复八线天安门西站应用，随后在北京地铁十号线，特别是经过立交桥的极度复杂的环境下应用，北京地铁四号线海淀黄庄站、沈阳地铁一号线的青年大街站两座地下暗挖换乘车站均被采用。一般三跨双层车站采用六导洞或八导洞法施工，采用六导洞时，边桩可以用机械成孔，中桩人工挖孔，八导洞时均采用人工挖孔，由于有桩做围护，再加上桩顶冠梁便成为一个很好的围护体系。又由于每个导洞断面较小（一般在20m2左右），且每个导洞相互之间有一定的距离，相互独立，相互之间影响较小，较好的缩小了对地层的扰动范围，很好的控制了地表沉降和地层塑性区的发展。•如图4所示为洞桩法法的施工示意图，其施工工艺流程为：(a).超前小导管并注浆加固小导洞拱部土体，开挖小导洞并施工初期支护，在小导洞(5)、(8)内施工基础，在小导洞(1)、(4)内施工钻孔灌注桩、桩顶冠梁→(b).(2)、(3)、(6)、(7)导洞内做底、顶纵梁及中柱→(c).开挖车站顶部土体并施作顶拱初期支护→(d).凿除小导洞(1)、(2)、(3)、(4)部分初期支护结构，施工顶拱防水层及结构二衬→(e).开挖车站中部土体并施作车站侧墙以及中楼板→(f).开挖车站底部土体，凿除小导洞(5)、(6)、(7)、(8)部分初期支护结构，施工底板以及侧墙，最后完成车站内部构件施工。图4洞桩法施工示意图•1.4分离式岛式车站结构的应用•为减少地铁线路对城市主要桥梁桩基的影响，常常加大两线间距，一种新型的分离式岛式车站应运而生，这种新型车站采用两个双层单洞作为车站主体，两洞间增设横向通道，仍保留乘客的岛式车站乘车习惯。北京地铁十号线的团结湖站、呼家楼站、金台夕照站、国贸站等地铁车站均采用该结构形式，如图5所示为分离式岛式车站结构示意：图5分离式岛式车站结构示意图•1.5双连拱隧道•因地铁线间距的形态及停车线的设置，等跨式、不等跨双连拱隧道已被广泛运用于地铁区间及折返线。只要认识到等跨双连拱隧道单工序作业及开挖、二衬的对称性特点，其技术难度是不大的。而不等跨双连拱隧道施工则应在完成中洞后，按照先小后大的原则，增加内撑并注意保持受力平衡，其施工步骤及结构形式。如图6所示为不等跨双连拱隧道施工步骤示意图：图6不等跨双连拱隧道施工步骤示意图2平顶直墙暗挖施工技术的应用•地铁建设过程中，总会遇到各种地下构筑物，如新建地铁要下穿既有地铁线、地下热力、电力、燃气管沟、各种直埋水管等。过去设计一般采取加大新建线路纵坡以加大新旧二线之间的距离，但这样往往加大隧道埋深，在遇到地下水位较高时，会增加降水难度。新线施工也同样会引起既有结构的下沉，必须增加过多的辅助措施，即使这样也难以保证既有线结构的安全使用。考虑到以上的诸多不便以及经济因素，在起拱条件得不到满足的时候，平顶直墙暗挖施工技术得到了应用，如图7所示为平顶直墙下穿既有线示意图：图7平顶直墙下穿既有线结构示意图•如北京某房建工程，在修建下穿北京地铁2号线的联络通道时，由于上部有构筑物，通道断面较大，且结构净空高度被限制，暗挖通道无法起拱，只能做成平顶直墙型式，由设计、施工人员共同努力，安全建成。北京长安街地下通道，由于控制高度等限制，在12条通道施工中采用了此技术安全建成了7条通道。在北京地铁五号线雍和宫站与地铁2号线的换乘节点处，由于两站埋深的控制，大胆的采用了大断面平顶直墙施工技术，联接节点结构宽度达32m，施工采用横九竖三共27个联体矩形导洞，安全建成该联接节点。•北京地铁五号线崇文门站下穿既有的二号线崇文门站时，两站结构净距为1.9m，施工中采用φ600mm的管棚支护一系列措施，即使这样