城市地铁工程隧道扩挖施工技术研究

城市地铁工程隧道扩挖施工技术研究

发布时间：2023-03-28T03:19:54.084Z 来源：《中国建设信息化》2023年1期1月作者：周伟[导读] 近年来，我国的城市化进程有了很大进展

周伟

广东华隧建设集团股份有限公司广东省广州市 510000摘要：近年来，我国的城市化进程有了很大进展，城市地铁工程建设越来越多。大直径盾构隧道扩挖车站技术，能够充分发挥盾构施工速度快的优势，且对地面环境影响小，必将在今后的地铁建设中得到充分的应用。文章首先分析大直径盾构车站施工技术的优势，其次探讨地铁工程隧道扩挖施工现场条件及重难点，最后就地铁工程隧道扩挖施工技术分析，这样才可以全面提升地铁工程隧道施工有效性。

关键词：地铁工程；隧道扩挖施工技术；支护施工引言

对于城市基坑工程，变形控制通常起主导作用。基坑变形主要有三方面：围护结构变形、坑底隆起变形和坑外土体变形。近年来，有学者利用理论分析、现场实测、数值计算等方法研究了暗挖隧道施工对道路、建（构）筑物等变形的影响，重点分析了暗挖隧道与建（构）筑物间的水平间距、垂直埋深、盾构方式、衬砌注浆结构等影响因素。研究表明，盾构施工扰动了土体使其失去了初始平衡状态，引起盾构隧道周边土体应力重分布，从而引起周围地层的沉降变形，随之引发周围建筑结构产生过大的变形而发生破坏。隧道盾构暗挖施工对已施工完成的地铁基坑影响研究需要进一步探明。 1大直径盾构车站施工技术的优势国外使用盾构结合明挖法、盖挖法、矿山法修建车站时，采用的盾构直径大部分都在8～10m，可见大直径盾构建造车站在技术上拥有较大的优势。而我国修建的普通区间盾构直径大多为6.2～6.5m，相比之下，大直径盾构车站施工技术的主要优势有以下五点：（1）扩挖空间小。大直径盾构隧道内部空间较大，隧道内部除了列车运行外还有一部分空间可以作为车站站台使用，这样从隧道内部向外扩挖的空间比普通区间盾构隧道要小，开挖风险降低，同时也降低了车站修建成本。（2）施工扰动小。大直径盾构隧道可以采用单洞双线的模式，从隧道两侧扩挖站台。这种型式与双洞双线相比，大盾构施工影响范围比两台普通区间盾构要小，对周围环境的影响也小。（3）占用空间小。在道路狭窄的老城区，单洞双线占用的地下空间较小，而双洞双线则占用的地下空间较大，因此在道路狭窄区域大直径盾构隧道具有较大的优势。（4）施工工期短。大直径盾构隧道内空间较大，在进行盾构隧道施工的同时，可以分出一部分空间同时进行隧道扩挖施工，但是普通区间隧道只有在隧道完工之后才能进行扩挖施工，因此大直径盾构隧道在工期上具有很大的优势。（5）施工空间大。大直径盾构隧道内部空间大在进行扩挖施工时，立柱的施工、管片的切割这些施工起来都比普通区间盾构隧道要方便，这也是盾构法修建车站时大多数都采用大直径盾构的重要原因。 2地铁工程隧道扩挖施工现场条件及重难点从地理位置及施工环境角度来看，该工程位于平原区域，属冲积平原地貌，地形开阔平坦，局部呈微波状起伏，地面高程约490～520m。沿线分布不同时期沉积的卵石夹透镜体粉细砂、中砂层及粉土。根据地区资料统计，在卵石层中间的砂土或粉土夹层可不考虑液化影响。隧道开挖为矿山法施工，开挖过程可能形成有害气体，因此在施工过程中需加强对有害气体的检测及防护措施。隧道主体结构基本将穿越地下水，受其影响较大。施工过程，按照设计参数计算降水，合理布设降水井，隧道开挖过程严格监控降水情况。该工程暗挖段洞身处在稍密、中密砂卵石地层。隧道围岩级别低，有涌水、突泥可能，部分矿山法隧道区间下穿沙砾层，地下水丰富，同时隧道部分区段存在砂土液化等岩特殊地质，容易造成隧道施工坍塌。因此确保超前支护的效果，减少开挖过程的地层扰动，保持拱顶稳定，防止塌方是工程施工的重点和难点。矿山法隧道地层中有风化泥沙岩层裂隙发育，形成水通道，加上地区降水量丰富，地下水发育，部分区间临近河流干渠。暗挖区间施工受地下水不利影响，施工中水会降低围岩强度，造成掌子面失稳坍塌；围岩湿润滴水会影响混凝土喷射，造成混凝土掉块；初支背后水流动会带走泥沙造成初支背后空洞，影响处置稳定，造成落拱坍塌事故，地下水防控是该工程的重难点。 3地铁工程隧道扩挖施工技术分析 3.1大直径盾构隧道扩挖车站技术及优点

目前国内使用的盾构法隧道施工是在车站的端部设置工作井，盾构从始发站向接收站推进，到达接收站后，经过刀盘检修等程序后继续施工后续区间隧道，到达接收站后将盾构吊出。由于盾构需要多次解体重组，施工速度受到极大的限制，而且设备多次拆装对盾构设备造成许多隐患，缩短盾构使用寿命。在盾构法施工的地铁区间工程中，直接在盾构法的基础上扩建地铁车站，就能充分利用盾构法的长距离掘进的速度优势，大幅度地降低工期和造价，这样就逐渐演变出盾构隧道扩挖车站技术。在盾构区间隧道基础上使用扩挖成站技术，大幅度减少了地面房屋拆迁和管线改移等方面的费用，降低了工程成本，提高了地铁建设投资效益。地面拆迁和管线改移很大程度上制约着地铁建设的工期，减少地面拆迁和管线改移能够加快地铁建设速度，降低工期风险。与传统的矿山法修建车站相比，扩挖成站是在隧道内进行暗挖，经过合理组织暗挖工序与盾构施工工序，其风险相对较小，比单纯暗挖修建车站风险小，更安全。

3.2不同扩挖工法下初支的安全系数

初支结构安全系数按两种方法进行计算:一是将初支按混凝土偏心受压构件进行计算(规范法)，二是采用容许应力法进行求解。由于初支受压控制，本文以抗压安全系数为基准进行分析。(1)从抗压安全系数计算结果进行总体分析，拱腰与拱脚的安全系数较低，最低值均出现于拱腰位置处。若以安全系数2为临界值，利用容许应力法得出全断面扩挖时拱腰安全系数为1.93，初支结构可能不满足安全要求，应动态调整支护结构的参数，确保施工阶段隧道的安全性。(2)对比规范法与容许应力法计算所得的安全系数结果，不管是全断面扩挖或两台阶扩挖法，利用规范法计算所得的安全系数均大于容许应力法。结合隧道安全问题，可将容许应力法计算抗压安全系数作为主要参考，规范法作为辅助参考，共同评价隧道初支结构的安全性。(3)对比两台阶法与全断面扩挖的初支抗压安全系数，无论是规范法或容许应力法，两台阶法扩挖对应各部位的安全系数均高于全断面扩挖法，是由于全断面一次成形，围岩变形不充分导致支护结构受力增大，使得安全系数降低。

3.3排水系统施工