廣州地鐵車站、區間暗挖隧道開挖施工技術【摘 要】 針對廣州地下鐵道部分車站、區間暗挖隧道施工開挖技術采用情況,分別采用不同的隧道施工方案和施工技術。 【關鍵詞】 暗挖隧道;施工技術;方案 地鐵的埋深受不良地質現象、技術條件、地下管線、建筑物基礎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;淺埋暗挖法根據工程結構和覆蓋層地質條件又分為礦山法、管棚法、盾構法、頂管法、冷冰法等。 廣州地鐵車站、區間的暗挖隧道施工技術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新奧法設計原理的噴錨支護、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計輪廓線施工周邊圍護結構,然后由上而下分層開挖基坑至設計標高,再依序由下而上施工結構物,最后覆土恢復。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。依據主體結構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計周邊圍護擋土結構及設置在擋土結構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計標高,再依序由下而上施工結構物,最后覆土恢復為蓋挖順作法;反之先行構筑頂板并恢復交通、再由上而下施工結構物為蓋挖逆作法。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嚴格控制對圍巖的擾動。1.2 施工實例1.2.1 廣州地鐵一號線農講所站 該站為單柱雙層雙跨島式站臺,結構標準段凈寬19.8m,覆土厚1.13m,穿越雜填土、海陸交互相沉積淤泥、中細砂層、淤泥質粘土及粉紅色砂巖、泥質砂巖層,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懸噴樁聯合圍護,正循環旋轉鉆機及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構施工。結構施工采用雙摻技術、微膨脹技術及中心鋼管樁施工、軟弱淤泥上施作大面積地膜等施工技術。1.2.2廣州地鐵二號線海公區間 海珠廣場至公園前的區間用礦山法暗挖隧道方案,線路沿規劃的起義路下由南往北延伸,區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～微風化巖層,軟質巖層,裂隙發育,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、光面及預裂控制爆破開挖,小導管支護注漿止水,噴錨臨時支護。2 礦山法、管棚法、盾構法、頂管法、冷凍法和無鉆爆機械開挖施工2.1適用條件 淺埋暗挖法是依據新奧法基本原理,強調地層的預支護和預加固,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,也是新奧法在我國城市地下工程施工方法中的發展。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 在自穩能力差、場地沉降要求高的情況下依據施工需要和斷面形狀沿外輪廓線縱向設置一定間距、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盾構法 質構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發明此方法以來從氣壓盾構到泥水加壓盾構以及土壓平衡盾構,已能適用任何水文地質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境中中小型管道工程的施工。主要由頂進設備、工具管、中繼環、工程管、吸泥設備等組成。2.1.4凍結法 是城市地下工程施工方法中的一種特殊施工技術和輔助施工手段,適用于涌水,流沙淤泥等松散含水復雜地層條件的施工,結構物形狀靈活,可以與其他方法聯合運用。該法除常規鹽水凍結外,還有液氮深冷凍結地層和液氮、干冰凍結等快速凍結技術。我國于上世紀90年代研發了適合淺埋隧道暗挖施工的“水平凍結技術”。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境不允許爆破震動擾動,又不適合盾構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化殘積土,折返線內淤泥質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、昌沙暗挖區間 區間隧道全長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～微風化巖層,采用噴錨構筑法進行施工,光面微震微差控制爆破技術開挖,施以錨桿、小導管、注漿、鋼筋網、噴射砼及鋼架等施工支護手段。土質圍巖采用環形臺階分部開挖法,超前注漿小導管預支護輔助施工;石質圍巖采用短臺階上、下半斷面分部開挖方法。根據隧道圍巖類別的不同,分別采用環形臺階法、短臺階法、臺階法、CD工法施工。 (1)光面爆破設計。炮孔直徑采用Φ38～Φ42mm;循環進尺為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,點火方式為擊發筆,爆破振動速度控制在2cm/s以內。 (2)上下重疊隧道段施工:區間左、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,經過比選確定暗挖隧道設備采用EBZ-120S懸臂掘進機。EBZ-120S懸臂掘進機是EBZ-120掘進機的換代產品,整機裝機功率為175kW,適應巷道坡度±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°范圍內布置。3 幾點體會 (1)淺埋暗挖法的工藝流程和技術要求是針對埋深淺、松散土層和軟弱破碎巖層的地質特性研究發展予以應用的,更強調的是對地層的預支護和預加固。因此必須對地層的地質水文情況從方案設計起予以加強監測,避免因局部地質水文不明而導致施工階段風險過大,超出有經驗的承包商所能預計的界限。 (2)區間隧道施工方法的選用,應根據工程地質和水文地質資料,結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。承包商在確定投標方案時應認真研究設計文件,對地質水文情況、拆遷交地等施工風險進行預評估。 (3)隧道施工必須保證技術投入,尤其是加強地質監測,以對施工工序環節提供強有力的技術支持和技術保證,使各施工工序環節達到要求的質量標準,形成良性循環,進而保證安全和進度等諸方面目標實現。
