城市轨道交通建设中的浅埋暗挖机械化施工技术

张 伟

（中铁十九局集团轨道交通工程有限公司，北京 101300）

0 引言

浅埋暗挖法是现阶段城市轨道工程中的重要技术，具备支护效果好、适应性强、效率高等多重特点[1-2]。针对埋深浅、稳定性不足的岩层，基于浅埋暗挖法的应用可有效改善施工状况欠佳的问题。

1 工程概况

工人体育场站至团结湖站区间线路呈自东向西的布设形式，里程为右K32+197.262～右K32+876.626，本段施工总长679.364 m。以工人体育场站作为起始点，沿着人工体育场北路施工，最终到达团结湖站，平面布置情况如图1 所示。全线均为直线布线形式，左右线间距始终为17.2 m，轨顶埋深约29～35 m。根据现场情况，两端车站设计方式一致，均为暗挖车站。

2 暗挖机械化施工方案和工艺流程

2.1 施工方案

根据本标段现场情况，选择矿山法施工，为满足沿线施工需求，中间区域设置临时施工竖井，并搭建适量横通道。开挖掌子面作业时必须预留核心土，采取上下台阶开挖的方式。以确保施工现场稳定性为基本目标，设置初期支护，拱背后背注浆回填处理，尽可能做到早封闭成环。根据现场地质环境，地下水是干扰正常施工的主要因素，其水位高于隧道底板，因此通过降水与堵水相结合的方式处理，并利用注浆工艺实现对地层的加固。

图1 项目团结湖站平面

2.2 工艺流程

对比人工开挖方式，尽管此处选择浅埋暗挖机械化施工技术，但二者在工法、作业流程上都大体一致。唯一区别在于由原来人力施工的方式经优化后转变为机械施工，工艺流程如图2所示。

图2 施工工艺流程

3 暗挖机械化施工技术要点

3.1 超前小导管施工

搭建超前预支护结构，设置水煤气花管并完成注浆作业，实现对地层的加固处理[3]。利用顶进法完成小导管搭设作业，处理区域为拱顶180°范围内，工艺参数为环向间距300 mm，倾角22°～25°，完成搭设作业后要求导管外露长度达到20 cm。以施工现场地层条件为准，选择合适的注浆材料，如水泥水玻璃或其他浆液。全程注浆压力稳定在0.3～0.5 MPa，根据施工要求形成机械配套方案，如成孔设备、注浆设备等。施工干扰因素多，工艺复杂，需要注意4 点。

（1）钻孔前做好准备工作，综合考虑设计要求与施工现场的围岩条件，在合适区域标记孔位。

（2）检验钻孔深度，达到指定要求后及时调慢钻杆转速，顺利从孔内撤出。施工现场安排专员指挥，有序完成钻孔作业。

（3）小导管安装时，为确保安全作业环境，只有在钻机完全停机后方可执行此项操作。因设备持续运行，锚杆机构与铣刨装置若出现磨损状况需及时换新，除了此处可调节油缸旋钮外，其余任何时段均不可对其进行调节。

（4）针对粉土层地层特点，此环境下可通过静压手段顺利完成导管打设作业；由于卵石等地层硬度较大，因此需配备振动自转式设备。遵循合理的工艺流程打设小导管，具体为先拱顶、后两侧，每结束一根搭设作业后，需安排人员注浆，待其满足质量要求后方可打设下一导管。

3.2 土方开挖

台阶长度至少达4 m，施工中左右机械臂协同作业，利用挖铲挖土，根据施工需求操控铣剖头面，顺利完成掏槽作业。本次施工中，预留核心土规格为长度≥1.5 m，高度≥1.5 m，使其具备稳定支撑掌子面的能力。土方开挖时，各步距均≤750 mm。此阶段施工应要注意3 点。

（1）以现场地质情况为参考，灵活改进台阶法，确保台阶长度的合理性。

（2）土方开挖遵循由上向下的流程，拱顶处则优先处理中部，再完成两侧的开挖作业，仰拱顺序则与之相反。上台阶开挖作业时，若该处为黏土粉土地层，需配备铣刨头，实现对土体的有效切割；若施工区域为砂卵石地层，针对该处的地质特点，以人工开挖为主，并利用机械臂配合出土。

（3）设备要维持稳定运行状态，若出现异常需及时停车，分析具体原因，采取维修措施。若现场存在大石块，需将其清理后再组织开挖作业。开挖时控制好铲斗工作姿态，不可碰撞隧道壁面，否则将威胁到整体稳定性。针对粉细砂地层的特殊性，为避免土体滑塌现象，在下台阶施工作业时应及时施作卸力槽，但不可影响人员的正常通行，即卸力槽与核心土之间必须留出足够的通行空间。

3.3 管棚支护技术

不同于常规隧道工程的是，浅埋隧道的复杂性更高，其对预支护技术提出更高要求，而这也是决定施工质量的关键所在。根据现阶段的行业发展状况，超前预支护工法已经形成体系，其中以管棚法的应用最为广泛，具备操作便捷、成本低等多重优势。以管径为基准，可分为三类管棚形式：管径＜129 mm 均视为小管棚，管径＞300 mm 的均为大管棚，其余均可视为中管棚，即管径介于129～299 mm。

由于管棚直径普遍较大，且具有足够刚度，并且两端均设置了支撑梁，可有效缓解因开挖而产生的变形现象。根据此特点，若要有效避免施工变形现象或是将影响降到最低，则要从两个角度入手，即分别提高管棚与支撑梁的刚度。此处所提及的“棚”状结构，应具备2 个特点。

（1）分布于管间的软弱围岩在多方面因素作用下可形成微拱。

（2）含丰富的杆件结构，起到消减围岩压力的效果。

现阶段，管棚法的设计主要建立在大量工程经验的基础上，常见的有锚固岩体法。若要提升管棚法设计方案的合理性，则要准确认知管棚支护体的受力状况，尤为关键的是开挖应力释放阶段。从大量工程经验来看，管棚设计需要注意3 点：①管径和间距；②初支厚度；③注浆量和注浆压力。

3.4 双侧壁导坑法施工

若施工中遇到黏性土层等同性质的地质条件，此时可选用双侧壁导坑法，其采取“化整为零”的思想，大断面被拆分为6 个小断面，依次完成各部分的掘进作业，且在开挖作业时兼并浇筑。

两侧导坑上部是优先施工区域，遵循流程：超前小导管注浆→开挖（要求另一侧适当放慢开挖进度，约延迟4～5 m）→初喷施工（结构层厚度约5～6 cm）→搭设格栅钢架并挂网→复喷→下一循环。

再安排人员施工两侧下部，此处流程：开挖作业（要求另一侧适当放慢开挖进度，约延迟4～5 m）→初喷施工（结构层厚度约5～6 cm）→搭设格栅钢架并挂网→复喷→下一循环。

再施工中间上部，此处流程：超前小导管注浆→土石方开挖→初喷施工（结构层厚度约5～6 cm）→搭设格栅钢架并挂网→复喷→下一循环。经上述施工后，全面检查各支撑装置，明确实际收敛情况。

最后完成中间下部施工，此处流程：土石方开挖→搭设格栅钢架并挂网→封闭底部各仰拱（采取喷射施工的方式）→下一循环。

4 结束语

城市轨道建设领域由于地下施工环境复杂，对技术水平提出较高要求。现阶段，浅埋暗挖的方法被广泛应用，实际结果表明，轨道交通工程隧道施工安全条件好、施工效率高、整体施工质量优良。因此，浅埋暗挖机械化施工技术值得被推广至类似工程中，在工艺、机械制造等方面不断进步的大环境下，浅埋暗挖技术将取得更显著的发展成果。