成都地鐵一期工程主要施工方法研究與探討
【摘 要】 施工方法對地鐵車站和區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)型式的確定以及地鐵土建工程造價有決定性影響。施工方法的選擇，受沿線工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件、周圍環(huán)境條件、線路平面位置、隧道埋置深度等多種因素的制約，同時對施工期間的地面交通和城市居民的正常生活、施工工期、工程的難易程度等產(chǎn)生直接影響。
【關(guān)鍵詞】地鐵 車站 區(qū)間隧道 施工方法
1 工程背景及地層條件
成都地鐵一號線北起動物園，南至華陽兩江寺，線路總長26.7km，成都市地鐵—期工程為地鐵一號線的一部分，北起紅花堰，南至規(guī)劃的世紀廣場，線路總長15.15km。位于成都平原東部前緣，屬岷江沖洪積、冰水沉積形成的扇狀向東和東南微傾斜的寬闊平原。基巖埋藏較深，工程建筑的持力層及圍巖主要是第四系松散地層，但不同的地貌單元，巖性及巖土組合也有較大差異。地鐵線路通過地段上部為人工填筑層，可塑粘土或粉質(zhì)粘土、粉土，下部為卵石土，卵石粒徑大部分為4～9cm左右，部分大于12cm，并含有少量的漂石(粒徑大于20cm)，卵石含量占75％～85％(重量比)，充填中砂、礫石，稍密～密實，其下為白堊系上統(tǒng)灌口組泥巖，泥巖面埋深14～30m，j暇基巖埋置深，南段基巖埋置較淺。工程范圍內(nèi)地下水系為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水兩種類型。孔隙潛水主要埋藏于砂卵石地層中，地下水位埋藏較淺，水量豐富，滲透系數(shù)K=10～20m/d，補給來源為大氣降水和地表河流、溝渠。基巖裂隙水主要賦存于泥巖風化裂隙帶中，含水層厚20m左右，K=0.3～1.2m/d，裂隙水不發(fā)育，徑流條件差，主要為孔隙潛水補給。地鐵—期工程范圍的地震基本烈度為七度。
2 車站結(jié)構(gòu)型式與施工方法綜合比選
地鐵地下車站的施工方案及結(jié)構(gòu)型式的選擇主要應根據(jù)下述幾個方面的綜合比選確定。
(1)車站功能比較
地下車站功能主要從車站使用效果和運營條件兩方面來體現(xiàn)，而車站使用的效果比較又體現(xiàn)在客流組織及集散能力，設(shè)備用房布置，運營管理和地下空間利用等綜合功能上面。
(2)施工難度比較
主要從工程本身的施工難度、施工前期準備工作實施的難易程度、工期及施工安全等方面來評價。具體體現(xiàn)在施工技術(shù)的成熟性、地面沉降的控制、房屋拆遷、管線改移及處理措施等。
(3)施工對環(huán)境的影響
施工對環(huán)境的影響著重體現(xiàn)在對城市交通的影響、對城市居民生活的影響、對商業(yè)經(jīng)濟活動的影響以及環(huán)境污染等方面。特別是在交通繁忙地段的地鐵車站，如采用明挖法施工，其地面交通組織的成敗是關(guān)系到施工方案能否成立的關(guān)鍵所在。
根據(jù)上述原則結(jié)合成都市地鐵一期工程，沿線工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件、周圍環(huán)境等情況，經(jīng)綜合分析比較在地下車站埋置較淺，且具備明挖施工條件的采用明挖法或蓋挖法施工。而沿線的地下車站所處地質(zhì)地層一般均為雜填土，淤泥質(zhì)土、粉細砂，而廣泛分布的沙礫卵層則厚達5-30m，其頂面一般在地面以下3-10m，該層為成都市工程建筑的天然良好地基，而所有地鐵車站基坑底也基本位于本層。因此經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟綜合分析比較，地鐵一期工程地下車站的基坑圍護結(jié)構(gòu)主要采用人工挖孔樁，它是既經(jīng)濟，施工進度快，又是技術(shù)成熟的圍護結(jié)構(gòu)型式，也是在目前我國南方城市地下基坑支護常用的型式。但在車站基坑較淺，地面環(huán)境開闊，地面和地下建(構(gòu))筑物少的地段，基坑圍護結(jié)構(gòu)可采用土釘墻或放坡噴錨支護型式。由于火車南站地鐵站位于鐵路股道之下，只有考慮暗挖施工，構(gòu)型式為雙孔結(jié)構(gòu)，在站臺上將中隔墻開孔連通。一期工程其余車站主體結(jié)構(gòu)可根據(jù)車站使用功能等要求，布置成雙層多跨，三層多跨等框架結(jié)構(gòu)型式。
3 區(qū)間隧道施工方法比選
3.1明挖法
明挖法一般可適用于各種不同的工程地質(zhì)條件。明挖法施工工藝簡單、技術(shù)成熟、進度快、質(zhì)量可靠、防水效果好、風險小。明挖法施工，根據(jù)基坑開挖深度及場地條件可采用放坡開挖、土釘墻、排樁等圍護結(jié)構(gòu)型式。在基坑開挖前先進行管井井點降水，使地下水位降至基坑底面以下不少于0.5m后方可進行圍護結(jié)構(gòu)和基坑開挖施工。鑒于地鐵一期工程區(qū)間隧道采用明挖施工段范圍內(nèi)的環(huán)境、地下管線、地質(zhì)以及周邊建(構(gòu))筑物等情況，推薦采用土釘墻作為主要的圍護結(jié)構(gòu)。若位于立交橋地段，為確保施工期間橋梁結(jié)構(gòu)的安全，采用排樁加內(nèi)支撐的圍護結(jié)構(gòu)型式。成都地區(qū)采用土釘墻作為基坑開挖的圍護結(jié)構(gòu)在技術(shù)上已比較成熟，它具有造價低、施工進度快、用料省的優(yōu)點，當明挖法隧道埋置較淺時，工程造價低于暗挖法隧道。因此，在交通疏解、地下管線、周圍環(huán)境許可的條件下，區(qū)間隧道可盡量抬高軌面標高，使之置于較小的埋置深度，為明挖法施工創(chuàng)造條件，從而降低工程造價，加快工程進度。成都市地鐵一期工程線路一般位于主干道下或居民密集區(qū)域，交通繁忙、地下管線密集，增加了明挖法施工的困難。因此，進行合理的交通疏解，減少對地面交通的干擾，減少地下管線的拆遷是關(guān)系到明挖拖工能否成功的關(guān)鍵。一期工程中在兩端出地面的過渡段和出入段線的過渡段以及小天竺至火車南站區(qū)段內(nèi)個別區(qū)間，若條件允許擬采用明挖法施工。
3．2 礦山法
地鐵區(qū)間隧道采用礦山法施工是近年來為適應城市淺埋隧道的需要而發(fā)展起來的一種施工方法，也稱淺埋暗挖法。目前在我國地鐵區(qū)間隧道建設(shè)中已廣泛采用。淺埋暗挖法施工，工藝簡單、靈活，并可根據(jù)施工監(jiān)控量測的信息反饋來驗證或修改設(shè)計和施工工藝，以達到安全與經(jīng)濟的目的。
根據(jù)成都市地鐵一期工程沿線工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件，采用礦山法施工時，若采用區(qū)間隧道置于基巖的深埋方案，將會大大減小施工的難度，降低隧道工程造價。但是由于基巖埋置較深，區(qū)間隧道底面標高將會降至地面以下25～40m左右，相應的車站埋深加大，造成工程投資增加口，對乘客也不方便。根據(jù)國內(nèi)外地鐵建設(shè)的經(jīng)驗，結(jié)合成都市地鐵一期工程的具體情況，深埋方案不宜采用。因此，當采用礦山法施工時，區(qū)間隧道基本位于飽水的砂卵石層中。在這種無膠結(jié)、穩(wěn)定性差的砂卵石層中施工，必須采取有效措施防止開挖過程中圍巖坍塌并控制地面沉降，確保施工安全及減小對周圍環(huán)境的影響。
在飽水的砂卵石地層中采用礦山法施工的前提條件是必須超前進行施工降水，根據(jù)大量的工程經(jīng)驗證明，成都地區(qū)在砂卵石地層中實施施工降水足可行的。由于砂卵石層密實，降水引起該層的沉降值不大，但是降水會造成上覆土層的固結(jié)沉降，這對于置于上部回填土及粘性土上的大量地下管線和淺基礎(chǔ)房屋會帶來一定的危害。因此施工前應對周圍地下管線情況(建設(shè)年代、基礎(chǔ)形式、材質(zhì)、接頭等)及房屋基礎(chǔ)情況進行調(diào)查，并在施工全過程進行監(jiān)控量測，及時反饋信息，以便采取相應的對策，確保建筑物及地下管線的安全。
由于砂卵石土層松散，無膠結(jié)，本身無自穩(wěn)能力，因此開挖前必須在拱部采用管棚進行超前支護，控制圍巖的變形，防止隧道上方圍巖坍塌。并通過管棚對地層進行注漿加固，使拱部砂卵石層得到膠結(jié)，形成注漿加固圈，以提高砂卵石層的自穩(wěn)能力。施工時原則上應少擾動圍巖，宜采用管超前、短臺階、短進尺，環(huán)形開挖留核心土，及時施作初期支護，并修建仰拱盡快形成封閉結(jié)構(gòu)，勤量測及時反饋信息。雙線隧道宜采用中隔板加設(shè)臨時仰拱即CRD工法。采用管棚、注漿等對地層進行預加固及在其初期支護背后進行回填注漿。
成都市順城街人防工程人行通道所處的地質(zhì)條件及周邊環(huán)境類似地鐵暗挖區(qū)間隧道。因此，人行通道的建成，是地鐵區(qū)間隧道采用礦山法施工的一次成功的嘗試，為地鐵工程提供了十分寶貴的經(jīng)驗，也提出了工程中須解決的技術(shù)問題。人行通道施工時曾考慮了小導管超前注漿加固和長管棚超前注漿加固兩種方案。小導管施工簡單、靈活，無須大的鉆機設(shè)備，可加快施工進度，費用較低。但根據(jù)多組小導管成孔試驗結(jié)果證明，在這種密實的砂卵石地層中，用一般鐵路隧道常用的鑿巖機鉆孔，成孔困難，由于卵石卡鉆導致無法鉆進，也無法插入鋼管，故最終采用了潛孔錘沖擊旋轉(zhuǎn)跟管鉆進成孔工藝，邊鉆進邊跟管，形成旋轉(zhuǎn)鉆進，沖擊跟管，巖芯管攜出砂石之循環(huán)作業(yè)系統(tǒng)，采用大管套小管的長管棚方案，取得了成功。但是在成都市地鐵一期工程長達數(shù)公里的區(qū)間隧道中采用長管棚技術(shù)是不現(xiàn)實的，也是不經(jīng)濟的，只有采用小導管注漿方案。因此，如何從設(shè)備工藝上解決小導管成孔技術(shù)是能否采用礦山法施工的關(guān)鍵及風險所在。另外，施工期間大范圍較長時間的降水對周圍建筑物及地下管線的影響也要有充分的估計，為此必須做好調(diào)查和勘探工作，以便采取相應的必要措施，確保安全。
文章出處:（橋梁與隧道工程網(wǎng)）
