地鐵礦山法隧道施工技術(shù)

1、地鐵礦山法隧道施工技術(shù)楊陽(yáng)摘要：地鐵隧道礦山法施工，安全性和可靠性指標(biāo)，是衡量二次襯砌表面質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)之一，文章將以某地鐵隧道工程為例，在了解該工程施工背景概況的基礎(chǔ)上，深入研討礦山法在該地鐵隧道中的應(yīng)用方法，對(duì)于其他地鐵隧道工程， 可供借鑒參考。關(guān)鍵詞：地鐵隧道，礦山法，施工技術(shù)前言：地鐵隧道工程的礦山法施工，由初期支護(hù)和二次襯砌形成共同承載體， 其中二次襯砌為主要承載構(gòu)件，其強(qiáng)度和抗裂性能，很大程度決定了隧道工程施工的成效。在施工期間，初期支護(hù)和二次襯砌的剛度分配，為技術(shù)難點(diǎn)所 在，其中涉及到的隧道開(kāi)挖、超前小導(dǎo)管施工、二次襯砌布筋、防沉降施工等工序，都是整個(gè)礦山法施工流程都必須予以全面兼顧

2、的技術(shù)重點(diǎn)，同時(shí)也是本文研究的主題重點(diǎn)所在。某地鐵隧道施工背景概況某雙線地鐵隧道工程，沿線經(jīng)過(guò)學(xué)校、市政道路、居民區(qū)、醫(yī)院等。施工區(qū)段 地面標(biāo)高 26.94 37.44m，起伏程度明顯，地層由雜填土、粉質(zhì)粘土、粉土夾砂石、粘土、粉質(zhì)粘土夾砂石組成，屬于志留系三疊系及第四系地層，而地 下水以上層止水和承壓水為主，前者平均埋深1m，貯存于雜填土層內(nèi)，而后者貯存于基巖內(nèi)，埋深較大，承壓水頭在1-15m 之間，具體承壓水頭大小，與基巖面高程有關(guān)。根據(jù)以上水文地質(zhì)特征，本工程采用礦山法進(jìn)行隧道施工，在此以隧道渡線段最大斷面作為課題研究對(duì)象，其斷面情況如下圖1-1 所示：圖 1-1 ：隧道渡線段最大斷面（

3、單位mm）以上斷面為雙連拱結(jié)構(gòu)模式，高9.5m，平均埋深 12m。工程單位兩種類(lèi)型的截面應(yīng)力計(jì)算方法，分別為“初支與二襯共同承載”和“二襯結(jié)構(gòu)單獨(dú)承載”， 這兩種截面內(nèi)力情況如表1-1 所示：表 1-1 ：不同類(lèi)型承載的截面應(yīng)力截面位置初支與二襯共同承載二襯單獨(dú)承載拱頂 拱肩 仰拱 拱頂 拱肩 仰拱單元編號(hào) 73 17 60 77 16 60彎矩 kNm -129.79 105.87 -167.35 -175.6 154.31 -206.28軸力 kN -501.41 -577.68 -327.63 -558.17 -528.42 -381.89從上表中，認(rèn)為“二襯單獨(dú)承載”所得的最不利截面彎

4、矩值，超出“初支與二襯共同承載”最不利截面彎矩值的 20%，因此建議選用“初支與二襯共同承載”模式。案例地鐵隧道礦山法施工技術(shù)的應(yīng)用建議基于案例地鐵隧道施工背景概況，本工程選用礦山法進(jìn)行施工，其技術(shù)控制的重點(diǎn)，應(yīng)從“隧道開(kāi)挖”、“超前小導(dǎo)管施工”、“二次襯砌布筋”、“防沉降施工”幾個(gè)方面入手展開(kāi)研討：隧道開(kāi)挖本工程從地鐵車(chē)站作為開(kāi)挖起點(diǎn)，到達(dá)起拱線標(biāo)高位置時(shí)，檢查超前支護(hù)的強(qiáng)度狀態(tài)，確定達(dá)到預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)后，利用風(fēng)鎬松動(dòng)圍巖外側(cè)土體，在上臺(tái)階位置鑿出深度 0.5m 的槽，隨后將挖孔樁切斷，露出足夠與鋼筋焊接一體的鋼筋，再以松動(dòng)爆破方式，將上臺(tái)階的剩余土體清除，總進(jìn)尺在0.7m 左右。圍巖結(jié)構(gòu)上臺(tái)階開(kāi)

5、挖到位后，將挖孔樁預(yù)留的鋼筋，與格柵焊接在一起，最后依次安裝管 片、預(yù)埋注漿管、掛網(wǎng)噴射混凝土，形成初支閉合。開(kāi)挖期間，為避免拱腳位置沉降，需要將鎖腳錨管設(shè)置在拱腳位置，順著格柵斜面方向，以10的角度埋設(shè)不同規(guī)格的超前小導(dǎo)管，同時(shí)控制好上下臺(tái)階之間的距離，以便避免上下臺(tái)階掘進(jìn)與支護(hù)施工的互相干擾，直至完成整個(gè)洞門(mén)與隧道的轉(zhuǎn)換施工。超前小導(dǎo)管施工洞門(mén)破除之前，利用超前小導(dǎo)管注漿方式加固洞門(mén)，強(qiáng)化洞門(mén)位置地質(zhì)的穩(wěn)定 性，施工位置在拱部以上至第三排錨索之間。本工程所選用的超前小導(dǎo)管，規(guī)格為 42mm，厚度和長(zhǎng)度分別為3m、3.5m，具體施工方法為：施工之前調(diào)查地質(zhì)狀態(tài)，并藉此選定具體的注漿類(lèi)型、注漿

6、壓力、漿液配比等，以及進(jìn)行工作 面的放線、測(cè)量和定空位；定位后，借助風(fēng)鉆鉆孔，將小導(dǎo)管打入孔內(nèi)，并在 掌子面噴射 5cm厚度的混凝土止?jié){墻和清除干凈小導(dǎo)管內(nèi)的積物，即可按照從下到上的順序注漿，本次注漿水灰比有1.5 ：1、1：1、1：0.8 三個(gè)等級(jí)，漿液轉(zhuǎn)變從稀至濃，注漿后即可將孔內(nèi)堵住，以避免漿液往外溢出。掌子面開(kāi)挖工序結(jié)束后，為確保圍護(hù)結(jié)構(gòu)有足夠的自承能力，應(yīng)按照初噴混凝土封閉、架格柵鋼架掛鋼筋網(wǎng)、施作錨管、定位打眼、測(cè)試元件埋設(shè)、初噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度、監(jiān)控量測(cè)的初期支護(hù)施工流程，期間需要第一時(shí)間將初噴砼支護(hù)封閉，砼噴射厚度在 5cm左右，再依次架設(shè)格柵、施打鎖腳錨桿、補(bǔ)噴厚度 30cm

7、早強(qiáng)混凝土，直至掌子面趨于安全和穩(wěn)定狀態(tài)。二次襯砌布筋在超前小導(dǎo)管施工后，選用合適規(guī)格的鋼筋進(jìn)行二次襯砌布筋施工，本工程選用四種類(lèi)型的鋼筋，其規(guī)格和用量如下表1-2 所示：利用以上規(guī)格的鋼筋進(jìn)行二次襯砌布筋，期間需要考慮各個(gè)受力階段的控制指標(biāo)，包括混凝土起始屈服、深度達(dá)到鋼筋保護(hù)層、受力區(qū)屈服、鋼筋屈服、截面貫通等受力階段。施工期間，發(fā)現(xiàn)二次襯砌所承受水頭壓力不超過(guò)30m時(shí)， 混凝土 Mises 最大值，在混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗壓強(qiáng)度之內(nèi)，可見(jiàn)混凝土拉應(yīng)力的集中位置，在仰拱外側(cè)和仰腰內(nèi)側(cè)，從側(cè)面要求布筋時(shí)，結(jié)合混凝土的屈服規(guī)律，分析鋼筋最大受力部位的受壓和受拉情況。建議按照損傷度95%的標(biāo)準(zhǔn)控制，分別將

8、控制截面混凝土的開(kāi)裂水頭和開(kāi)裂時(shí)鋼筋混凝土保護(hù)層厚度的水頭，控制在 16m和 25m以?xún)?nèi)，方可確保布筋的有效性。防沉降施工除了以上施工技術(shù)，防沉降施工，也是本地鐵隧道礦山法施工的技術(shù)重點(diǎn)所 在。為控制隧道的沉降，首先以注漿技術(shù)，將泥砂進(jìn)入隧道的通路全部堵住， 很多隧道礦山法施工時(shí)，地下水將地層內(nèi)的泥砂代入隧道內(nèi)，而原來(lái)的泥砂區(qū)域，就會(huì)形成空洞，進(jìn)而誘發(fā)地面沉降問(wèn)題，前面提到的超前小導(dǎo)管注漿，在一定程度上，可緩解該問(wèn)題的加劇，但考慮到掌子面開(kāi)放外露，應(yīng)重點(diǎn)采用全 斷面預(yù)注漿的方法，先于加固區(qū)域鉆出65 個(gè)注漿孔，注漿孔以梅花型布置，隨后以 20m的深度標(biāo)準(zhǔn)，在 2 倍洞徑范圍內(nèi)，全部進(jìn)行注漿加固

9、；其次是掌子面錨固，錨桿孔數(shù)量21 個(gè)，鉆孔平均深度8cm，鉆孔與鉆孔之間，保持1.5m 的距離，也是以梅花型布置，注漿方法與上面一致；再次是及時(shí)封閉臨時(shí)支護(hù)體系，目的是控制地下水?dāng)y帶泥砂進(jìn)入隧道內(nèi)的時(shí)間，本工程從上臺(tái)階開(kāi)挖施工伊始，直至仰拱封閉，總共需要4 道工序，期間大約有130 的開(kāi)挖面積外露，適時(shí)必須嚴(yán)格限制開(kāi)挖自由面每循環(huán)進(jìn)尺的時(shí)間，原則上是24h 內(nèi)完成一個(gè)循環(huán)進(jìn)尺，期間每循環(huán)一個(gè)進(jìn)尺，環(huán)向初噴開(kāi)挖面，并在掌子面位置拼裝型鋼拱架，型鋼拱架頂住噴混凝土找平層，按照此法，有90 的開(kāi)挖面積可減少暴露；最后是將水平系桿和剪刀撐，焊接在型鋼拱架之上，以及安裝仰拱位置的鋼構(gòu)件、布設(shè)鋼筋網(wǎng)、模噴仰拱、模噴上部斷面等，作為臨時(shí)縱向桿支撐上半部的掌子面。結(jié)束語(yǔ)綜上所述，地鐵隧道礦山法施工，圍巖結(jié)構(gòu)受力和施工工序銜接的復(fù)雜性，使得工程施工存在或多或少的風(fēng)險(xiǎn)，由此要求各道工序的施工質(zhì)量，以保證隧道施工的安全。文章通過(guò)研究，基本明確了案例地鐵隧道礦山法施工技術(shù)的應(yīng)用方法，但考慮到不同地鐵隧道工程施工條件和要求的差異性，以上方法在其他隧道工程中應(yīng)用時(shí)，還需要結(jié)合具體工程的施工情況，因地制宜地靈活應(yīng)用， 以及針對(duì)施工技術(shù)存在的不足之處，進(jìn)行補(bǔ)充和完善。參考文獻(xiàn)石祥鋒，韓延飛，譚蕭 . 地鐵隧道下穿建筑物礦山法施工風(fēng)險(xiǎn)控制J.土工基礎(chǔ)， 2011