地铁与轻轨

地铁浅埋暗挖法与盾构法的比较与应用

（中国矿业大学力学与建筑工程学院交建08-2班蒋玉波）

摘要：经过多年的实践，人们创造了适应各种围岩条件和环境要求的地下铁道施工方法。浅埋暗挖法和盾构法是浅埋及软土环境下隧道施工中两种主要的暗挖施工方法。分别对浅埋暗挖法和盾构法原理、特点、施工方法进行简要的论述，并对两种方法进行了综合比较分析，并结合相关实际工程分析不同环境下采用的方法及在施工中两种方法的综合应用。

关键词：地铁；浅埋暗挖法；盾构法；比较；应用

地铁是国际公认的解决大城市交通问题的首选技术[1]，随着科技的发展，地铁在不断的发展，同时产生了众多的施工方法。我国在修建地铁中，已由原来单一的明挖法发展到现在的明挖法、盖挖法、矿山法、盾构法等多种方法并存的局面，并已初步形成了专门的专业技术体系，极大地推动了我国地铁建设事业的快速发展。目前区间隧道常用的施工方法有明挖法及暗挖法两种，其中浅埋暗挖法和盾构法是我国地铁暗挖施工采用的两种主要方法[2]。

1浅埋暗挖法与盾构法简介

1.1浅埋暗挖法简介

浅埋暗挖法是在城市软弱围岩地层中，在浅埋条件下修建地下工程，以改造地质条件为前提，以控制地表沉降为重点，以格栅和锚喷作为初期支护手段，遵循新奥法大部分原理，按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字原则进行的隧道设计和施工。其基本原理是通过对地层的适当加固和处理，合理调动围岩的自身承载能力，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。基本施工程序为：①将钢管打入地层，注入水泥或化学浆液加固，然后进行短进尺开挖；②立即作初期支护；③施作防水层；④完成二次支护。全程施工需利用监控测量获得的信息进行指导[3]。

浅埋暗挖法作为软弱围岩浅埋地层中修建城区地下铁道的施工方法，为了有效地控制围岩松弛及由此引起的地表下沉，浅埋暗挖法的基本施工方法有台阶法、CD法、CRD 法、PBA法和双侧壁导坑法[4]。

与其他施工方法相比，浅埋暗挖法具有如下特点：①需要选取地质条件和结构情况有代表性的工程作为试验段先期开工，通过对试验段的研究与分析来指导地铁隧道的设计和施工。②适用于各种地质条件和地下水条件，适合各种地铁隧道断面形式，具有高度的灵活性。③通过采用不同的分部开挖方法和各种辅助工法改良地层，采用刚性支护措施，能够有效地控制地表沉降和坍塌，可以极大地减少对城市地面交通的干扰和对商业活动的影响，可下穿管道、道路和建筑物等，避免大量拆迁。④从综合效益上看，浅埋暗挖法是比较经济的一种城市地铁施工方法[5]。

1.2 盾构法简介

盾构法是采用盾构机在岩层中修建隧道的一种施工方法，即一边采用刀盘和盾壳控制开挖面及围岩不发生坍塌失稳，一边采用刀盘转动进行隧道掘进、用出土器进行出渣、并在盾尾内拼装管片形成衬砌、并实施壁后注浆回填盾尾与管片衬砌间的空隙从而不影响地面交通而建成隧道的施工方法。盾构法的主要原理就是尽可能在不扰动围岩的前提下完成施工、从而最大限度地减少对地面建筑物及地基内埋没物的影响。为了达到这一目的，除了刀盘和盾构钢壳可以被动地产生支护作用以外，使用压力舱内泥土或泥水压力平衡开挖面上的作用土压力和水压力，使用壁后注浆及时充填由开挖产生的盾尾空隙主动地控制围岩应力释放和变形是盾构技术的关键。主要施工步骤为：①在盾构隧道的始发端和到达端各修建一个竖井；②盾构在始发竖井内安装就位；③依靠千斤顶将盾构从始发竖井内始发；④盾构在地层中沿着设计轴线掘进，同时不断出土和安装衬砌管片环，并及时向盾尾空隙内注浆，防止地层下沉；⑤盾构进入到达竖井后拆除[6]。

盾构法施工的核心是盾构设备，根据构造类型的不同分为全敞开式、半敞开式和密封式及复合型四种类型盾构，根据机械化程度分为人工开挖、半机械式、机械式盾构，目前世界上比较新颖的主要有土压平衡式盾构和泥水加压式盾构两种。盾构的基本构造通常由盾构壳体、推进系统、出土系统、拼装系统和辅助注浆系统等五大部分组成[7]。

盾构法施工的特点可以归纳为以下几点：①对城市的功能环境影响很小，一般不需要采取地下水降水等措施，无噪声、振动等施工污染。②盾构机必须根据施工隧道的断面大小、埋深条件、地基围岩进行设计、制造或改造，只是适合于某一区间。③盾构施工对精度的要求非常之高。④盾构施工一旦开始，盾构机就无法后退，否则会引起的开控面失稳、盾尾止水带损坏等一系列的问题，前期工作辅助施工措施非常重要。⑤不足主要表现为施工设备费用较高，覆土浅时地表沉降较难控制，用于施作小曲率半径隧道时掘进较困难。

2 浅埋暗挖法与盾构法比较

2.1对地层与结构断面的适应性

浅埋暗挖法对地层的适应性较广，主要适用于不宜明挖施工的土质或软弱无胶结的砂、卵石第四纪地层，修建覆跨比大于0.2的浅埋地下洞室，但大范围的淤泥质软土，粉细砂地层，降水有困难或经济上不合算的地层，不宜采用浅埋暗挖法施工；要求开挖面具有一定的自稳性，工作面土体的自立时间，应足以进行必要的初期支护作业，否则也不宜采用浅埋暗挖法施工。浅埋暗挖法的覆土厚度最浅可至1m。在地铁车站和区间在渡线、折返线、存车线、出入段线地段选用浅埋暗挖法比盾构法具有较大的优越性。在断面上可轻易地做成圆形、马蹄形、矩形、多跨联拱等形状，而且对不同结构断面转化，衔接都较容易。

盾构法对所有地层都能适应，并且地层越差越能显示盾构法的优越性，在过江、过河、过群房施工中具有显著优越性，但需与沉管法进行综合技术经济比较，盾构施工将出发井和起吊井和车站结构结合后，可有效提高进度。盾构覆土厚度在陆地上至少要大于一倍洞径，在江、河中覆土厚度至少要大于2~3倍洞径[8]。盾构隧道断面主要为圆形，对于区间断面变化大或频繁的情况很难适应。

2.2施工安全性与质量比较

浅埋暗挖法施工虽然拱顶有管棚护顶，但面是敞开的，其稳定关系到隧道本身和地面的安全，且施工人为因素较多，喷射砼质量离散性较大，二次衬砌施工缝、变形缝质量不宜保证。盾构法施工周围有钢筒保护，掌子面有土压平衡，因此盾构法施工比浅埋暗挖法施工安全性好。盾构大多为机械化作业，衬砌环为工厂预制，其施工质量更易控制和保证，防水效果好于浅埋暗挖法。

2.3施工进度与造价比较

资料统计，浅埋暗挖法平均进尺50~80m/月，而盾构法日平均进尺150m/月左右，随着盾构施工技术的不断发展，盾构法进度还会有明显提高。从总体施工水平看，我国是劳动密集型的，人工费用较低，机械费用较高，目前盾构法造价比浅埋暗挖法要高。而对某些特殊地层，浅埋暗挖法施工需采取施工辅助措施，其工程造价有时反而要高。

2.4施工技术比较

自浅埋暗挖法创立以来，在城市地下工程中得到了广泛的应用。在北京地铁中施工进度指标一般在每月50~80m之间，因地质条件较好，地下水位一般都在隧道底板以下，施工比较安全，未出现过坍方、人身伤亡事故，其地表的沉降量也能控制在设计范围内，满足工程需要。在上海地下水位较高，若应用浅埋暗挖法，需大量的施工辅助措施，和盾构法相比，施工速度、施工安全度、地表沉降等不占优势，因此在上海的地铁区间全部采用了盾构法施工，日均进度4m，施工安全高，地表沉降控制较好[9]。

在广州，地铁一号线区间地层复杂、地下水位较高，有5个区间采用浅埋暗挖法施工，有6个区间采用了盾构法施工，从总体效果看，两种工法都是成功的，施工安全，未出现坍塌等事故，地表沉降量一般情况下可控制在30mm以内[10]。两种工法的施工技术比较见表1。从上述比较可以得出结论：盾构法施工较浅埋暗挖法施工速度快，施工安全度更高，防水效果好，地面沉降更容易控制，目前来说造价还比较高。

表1浅埋暗挖法与盾构法施工技术比较

工法项目施工进度经济效益施工安全地表沉降防水效果

浅埋暗挖法60m/月平均4万元/m 较高较小较好盾构法150-180m/月平均 4.5万元/m 高小好

3 两种施工方法的应用

3.1不同环境下工法的采用

1986年，北京复兴门折返线工程开始建设，该工程首先使用浅埋暗挖法，全长358m，开挖隧洞1098m，加宽断面31种，最大跨度14m，隧道顶部距地面9m到12m，施工时地面车辆密集，地下管线密布，但是由于土质较好，且地下水位较低，施工圆满完成。随后，该工法应用于长安街上的数十条地下过街通道施工和天安门东站、西站建设。此后，北京地铁5号线两条通道和2号环线崇文门地铁车站相连接，最小间距仅有1.9m，也获得了巨大的成功。

盾构首先在上海开始试验，验证了饱和含水软土地层用盾构法、钢筋混凝土管片建造隧道技术的可行性。此后我国开始在复合地层中采用盾构法进行施工，其中广州全长3926m的2号线越秀公园至三元里区间隧道是盾构施工的标志性工程。同时，盾构在穿