廣州地鐵車站、區(qū)間暗挖隧道開挖施工技術(shù)【摘　要】　針對廣州地下鐵道部分車站、區(qū)間暗挖隧道施工開挖技術(shù)采用情況,分別采用不同的隧道施工方案和施工技術(shù)。　　【關(guān)鍵詞】　暗挖隧道;施工技術(shù);方案　　地鐵的埋深受不良地質(zhì)現(xiàn)象、技術(shù)條件、地下管線、建筑物基礎(chǔ)及其地下工程等制約,一般以20m左右為界劃分淺埋和深埋兩種。地鐵修建的方法和技術(shù)主要分為明挖法、蓋挖法、淺埋暗挖法等。其中蓋挖法又分為蓋挖順作法、蓋挖逆作法、蓋挖半逆作法等;淺埋暗挖法根據(jù)工程結(jié)構(gòu)和覆蓋層地質(zhì)條件又分為礦山法、管棚法、盾構(gòu)法、頂管法、冷冰法等。 廣州地鐵車站、區(qū)間的暗挖隧道施工技術(shù)大致可分為兩種型式或階段,一種是早期采用的明挖法、蓋挖法及淺埋暗挖法中礦山法的噴錨支護、控制爆破鉆爆開挖施工;第二種是近幾年采用的明挖法、蓋挖法及淺埋暗挖法中依據(jù)新奧法設(shè)計原理的噴錨支護、微震動控制爆破鉆爆開挖和無鉆爆機械開挖施工。下面就這二種型式或階段所采用的施工方案、技術(shù)的適用條件及施工實例進行淺析。1 明挖法、蓋挖法及淺埋暗挖法中礦山法的噴錨支護、控制爆破鉆爆開挖施工1.1 適用條件1.1.1 明挖法 在埋深較淺、場地以及交通環(huán)境允許的情況下,廣泛采用明挖法施工。該法先從地表向下沿設(shè)計輪廓線施工周邊圍護結(jié)構(gòu),然后由上而下分層開挖基坑至設(shè)計標(biāo)高,再依序由下而上施工結(jié)構(gòu)物,最后覆土恢復(fù)。1.1.2蓋挖法 埋深較淺、場地狹窄及地面交通不允許長期占道施工情況下采用蓋挖法施工。依據(jù)主體結(jié)構(gòu)施工順序分為蓋挖順作法、蓋挖逆作法、蓋挖半逆作法。該法是在既有道路上先完成設(shè)計周邊圍護擋土結(jié)構(gòu)及設(shè)置在擋土結(jié)構(gòu)上代替原地表路面的縱橫梁和路面板,在此遮蓋下由上而下分層開挖基坑至設(shè)計標(biāo)高,再依序由下而上施工結(jié)構(gòu)物,最后覆土恢復(fù)為蓋挖順作法;反之先行構(gòu)筑頂板并恢復(fù)交通、再由上而下施工結(jié)構(gòu)物為蓋挖逆作法。1.1.3礦山法又稱鉆爆法 對于硬、軟巖層中各類地下工程,特別對于中硬巖石,礦山法具有其它施工方法無法比擬的優(yōu)越性。采用鉆眼爆破法開挖城市地下工程,必須采用光面爆破技術(shù)嚴(yán)格控制對圍巖的擾動。1.2 施工實例1.2.1 廣州地鐵一號線農(nóng)講所站 該站為單柱雙層雙跨島式站臺,結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段凈寬19.8m,覆土厚1.13m,穿越雜填土、海陸交互相沉積淤泥、中細(xì)砂層、淤泥質(zhì)粘土及粉紅色砂巖、泥質(zhì)砂巖層,是一號線唯一采用全蓋挖逆作法施工的車站。施工時采用Φ1250圍護鉆孔樁-Φ400懸噴樁聯(lián)合圍護,正循環(huán)旋轉(zhuǎn)鉆機及MT-1500全套管鉆機“跳二鉆一”順序施工鉆孔樁,高噴臺車“三重管法”工藝施工懸噴樁,防水帷幕及頂板形成后依序展開基坑開挖和結(jié)構(gòu)施工。結(jié)構(gòu)施工采用雙摻技術(shù)、微膨脹技術(shù)及中心鋼管樁施工、軟弱淤泥上施作大面積地膜等施工技術(shù)。1.2.2廣州地鐵二號線海公區(qū)間 海珠廣場至公園前的區(qū)間用礦山法暗挖隧道方案,線路沿規(guī)劃的起義路下由南往北延伸,區(qū)間地形為珠江北岸階地,地面高程8.4～12.4m,覆土厚14～17.8m,穿越強～微風(fēng)化巖層,軟質(zhì)巖層,裂隙發(fā)育,軟硬互層,裂隙水部分為承壓水。礦山法暗挖施工時采用短臺階法人工配合機械、光面及預(yù)裂控制爆破開挖,小導(dǎo)管支護注漿止水,噴錨臨時支護。2 礦山法、管棚法、盾構(gòu)法、頂管法、冷凍法和無鉆爆機械開挖施工2.1適用條件 淺埋暗挖法是依據(jù)新奧法基本原理,強調(diào)地層的預(yù)支護和預(yù)加固,采用多種輔助措施加固并抑制圍巖過大變形的綜合配套施工技術(shù),也是新奧法在我國城市地下工程施工方法中的發(fā)展。適用于不宜采用明挖施工且含水量較小的各種地層,尤其是建筑物密集、交通運輸繁忙、地下管線密布、地面沉降有嚴(yán)格要求的情況,對于含水量較大的松軟地層采取堵水或降水措施后也能適用。2.1.1管棚法 在自穩(wěn)能力差、場地沉降要求高的情況下依據(jù)施工需要和斷面形狀沿外輪廓線縱向設(shè)置一定間距、管徑的鋼管,形成棚護以支擋輪廓線以外圍巖壓力的施工方法。2.1.2盾構(gòu)法 質(zhì)構(gòu)法是在地表以下土層或松軟巖層中暗挖隧道的施工方法。自1818年法國工程師Brunel發(fā)明此方法以來從氣壓盾構(gòu)到泥水加壓盾構(gòu)以及土壓平衡盾構(gòu),已能適用任何水文地質(zhì)條件的暗挖隧道施工。2.1.3頂管法 是直接在松軟土層或富水松軟地層中敷設(shè)中小型管道的一種施工方法。適用于富水松軟地層等特殊地層和地表環(huán)境中中小型管道工程的施工。主要由頂進設(shè)備、工具管、中繼環(huán)、工程管、吸泥設(shè)備等組成。2.1.4凍結(jié)法 是城市地下工程施工方法中的一種特殊施工技術(shù)和輔助施工手段,適用于涌水,流沙淤泥等松散含水復(fù)雜地層條件的施工,結(jié)構(gòu)物形狀靈活,可以與其他方法聯(lián)合運用。該法除常規(guī)鹽水凍結(jié)外,還有液氮深冷凍結(jié)地層和液氮、干冰凍結(jié)等快速凍結(jié)技術(shù)。我國于上世紀(jì)90年代研發(fā)了適合淺埋隧道暗挖施工的“水平凍結(jié)技術(shù)”。2.1.5無鉆爆機械開挖 在埋深較淺、但場地狹窄和地面交通環(huán)境不允許爆破震動擾動,又不適合盾構(gòu)法的松軟破碎巖層情況下采用。該法主要采用臂式掘進機開挖,受地質(zhì)條件影響大。2.2 施工實例2.2.1 廣州地鐵三號線天河客運站 該站位于廣州市天河區(qū)廣汕公路與華南快速干線廣汕路立交橋(擬建)的交叉地段,站后折返線斜穿過廣汕公路和沙河立交橋,長147.8m,為雙線馬蹄形暗挖隧道,斷面尺寸為11.8m×9.3m。折返線隧道穿過的地層主要為可塑和硬塑狀的花崗巖風(fēng)化殘積土,折返線內(nèi)淤泥質(zhì)土層多分布在隧道頂部的沖洪積砂層上部,隧道開挖時極易隨砂層一起坍塌。施工時采用冷凍法冷凍固結(jié)地層后采用CD或CRD法暗挖施工折返線隧道。冷凍法在廣州地鐵施工中除二號線個別地段使用過外,均很少應(yīng)用。由于本工程地處交通繁忙的廣汕公路,且埋深淺(最小埋深8m),地質(zhì)條件差,地下水豐富,為了確保施工工程安全,采用冷凍法支護施工。2.2.2廣州地鐵二、八號線延長線昌崗中路站及躍昌、昌沙暗挖區(qū)間 區(qū)間隧道全長2939.442m,底板埋深16～23m,隧道斷面約為6.4m×6.8m,洞身穿過的圍巖有強～微風(fēng)化巖層,采用噴錨構(gòu)筑法進行施工,光面微震微差控制爆破技術(shù)開挖,施以錨桿、小導(dǎo)管、注漿、鋼筋網(wǎng)、噴射砼及鋼架等施工支護手段。土質(zhì)圍巖采用環(huán)形臺階分部開挖法,超前注漿小導(dǎo)管預(yù)支護輔助施工;石質(zhì)圍巖采用短臺階上、下半斷面分部開挖方法。根據(jù)隧道圍巖類別的不同,分別采用環(huán)形臺階法、短臺階法、臺階法、CD工法施工。 (1)光面爆破設(shè)計。炮孔直徑采用Φ38～Φ42mm;循環(huán)進尺為1.0m;炸藥采用2號RJ乳化炸藥,藥卷直徑為Φ25mm、Φ32mm;起爆方式為非電毫秒管,點火方式為擊發(fā)筆,爆破振動速度控制在2cm/s以內(nèi)。 (2)上下重疊隧道段施工:區(qū)間左、右線有791.6m由平行至上下重疊隧道相互影響段。左右線雙洞重疊隧道開挖凈距小于4.0m。施工時,先施工左線隧道(下洞),并架設(shè)左線臨時支撐后再施工右線隧道(上洞),右線隧道開挖時先開挖遠(yuǎn)離左線隧道的上臺階,再開挖下臺階,右線分部開挖工作面與左線開挖工作面至少保證50m以上距離。下洞開挖超前50m以上距離后,施工下洞二襯。上下洞的開挖方式和輔助工程措施與單線隧道基本相同。從兩洞平行逐漸過渡到兩洞上下重疊過程中,由于上洞的開挖卸載,下洞存在偏壓現(xiàn)象,需對下洞(先施工洞室)的初期支護和上、下洞的二次襯砌進行加強,同時對兩洞所夾的巖體進行注漿加固。2.2.3 廣州地鐵六號線東湖站及站前停車線 暗挖站前停車線425.82m。招標(biāo)要求該暗挖隧道不允許采用爆破,只能采用機械開挖方法,經(jīng)過比選確定暗挖隧道設(shè)備采用EBZ-120S懸臂掘進機。EBZ-120S懸臂掘進機是EBZ-120掘進機的換代產(chǎn)品,整機裝機功率為175kW,適應(yīng)巷道坡度±16°,可用于煤巷或半煤巖巷的巷道掘進和類似工程巷道的掘進。我公司在1996年10月就引進了EBZ-120懸臂掘進機用于承建寶成電氣化鐵路復(fù)線新會龍場隧道。超前管棚護頂作為本工程的輔助措施,在拱部100°范圍內(nèi)布置。3 幾點體會　　(1)淺埋暗挖法的工藝流程和技術(shù)要求是針對埋深淺、松散土層和軟弱破碎巖層的地質(zhì)特性研究發(fā)展予以應(yīng)用的,更強調(diào)的是對地層的預(yù)支護和預(yù)加固。因此必須對地層的地質(zhì)水文情況從方案設(shè)計起予以加強監(jiān)測,避免因局部地質(zhì)水文不明而導(dǎo)致施工階段風(fēng)險過大,超出有經(jīng)驗的承包商所能預(yù)計的界限。 (2)區(qū)間隧道施工方法的選用,應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)資料,結(jié)合線路所處城市位置、線路埋深、地面交通情況、斷面大小、襯砌類型、隧道長度、工期要求等因素綜合研究確定。承包商在確定投標(biāo)方案時應(yīng)認(rèn)真研究設(shè)計文件,對地質(zhì)水文情況、拆遷交地等施工風(fēng)險進行預(yù)評估。 (3)隧道施工必須保證技術(shù)投入,尤其是加強地質(zhì)監(jiān)測,以對施工工序環(huán)節(jié)提供強有力的技術(shù)支持和技術(shù)保證,使各施工工序環(huán)節(jié)達(dá)到要求的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),形成良性循環(huán),進而保證安全和進度等諸方面目標(biāo)實現(xiàn)。