■劉志強

（中鐵十八局集團第四工程有限公司,天津 300350）

豎井及礦山法區(qū)間施工技術(shù)也被稱之為淺埋暗挖施工技術(shù)，起源于1986年，是我國獨立研發(fā)創(chuàng)造的適合我國國情的地鐵工程施工方法。此種區(qū)間施工方法，借鑒了新奧法中的一些理論，針對我國地鐵工程施工條件和現(xiàn)有技術(shù)，研發(fā)出的一整套完善的地鐵工程修建理論和操作方法。但和新奧法有一定區(qū)別，更加適用于城市地區(qū)松散土介質(zhì)圍巖條件下，具有不影響城市地面交通、無污染、無噪聲，且適用于各種尺寸和斷面形式的隧道洞室中[1]。應(yīng)用原理為：以新奧法理論為指導(dǎo)，支護剛度及變形控制，支護剛度越大、越早，則變形量就越小。需要二次襯砌盡早施工，尤其是施工風(fēng)險比較大的地段，在設(shè)計時需要結(jié)合實際工況，承擔(dān)全部水土壓力和附加荷載，此項技術(shù)的發(fā)明和應(yīng)用為我國地鐵工程事業(yè)良性發(fā)展奠定了扎實基礎(chǔ)。基于此，開展地鐵工程豎井及礦山法區(qū)間施工技術(shù)研究就顯得尤為必要。

一、工程概述

圓通公園站位于圓通山動物園以北，車站沿南北方向布設(shè)，采用地下二層島式站臺車站形式，站臺寬度11m。車站大里程端圓通公園站～翠湖站區(qū)間始發(fā)井起始段采用礦山法施工。圓通公園站至翠湖站區(qū)間下穿圓通公園及若干建構(gòu)筑物，周邊環(huán)境復(fù)雜。區(qū)間隧道圍巖為白云巖，巖溶發(fā)育。根據(jù)該段地勘資料，結(jié)合工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件并參考了該區(qū)段人防工程施工工法，本站大里程端設(shè)置礦山法渡線施工豎井。本豎井設(shè)計起點里程為右DK5+625.683，設(shè)計終點里程為右DK5+633.783?；觾糸L25m，凈寬8.1m，深度約22.85m，頂板覆土厚度約為4.85m。豎井周邊無重要控制性建筑及管線(具體情況如圖1所示)。

圖1 圓通公園豎井示意圖

二、施工中亟待解決的難點問題

（一）巖溶

本工程CK5+640～CK7+150地段，分布著二疊系陽新組灰?guī)r、白云之灰?guī)r，屬于典型碳酸鹽巖類，且?guī)r溶裂隙發(fā)育，通過地質(zhì)勘察表明，該地段中巖溶率為12.55%，線溶率為48.53%，巖溶發(fā)育程度比較強烈，涉及到溶洞、石筍、溶溝、溶槽等特殊地質(zhì)，且多為無充填或者極少數(shù)為全充填。

（二）活動斷裂

本工程受到小江斷裂帶的影響，屬于典型的地震高發(fā)區(qū)，尤其是近代以來地震活動更加頻繁，基礎(chǔ)以下有較厚的土層，深部斷裂錯動過程中，覆蓋層變形可以在一定程度消除其對基礎(chǔ)持力層的變形影響，但如果遇到強烈地震，仍然會對工程結(jié)構(gòu)造成較為嚴重的破壞。

三、地鐵工程豎井施工技術(shù)

（一）鉆探

由于本工程豎井施工范圍中存在巖溶，為保證豎井施工質(zhì)量和施工的安全性，需要先探明溶洞的具體位置和規(guī)模大小。在鉆探時，遇到下列任何情況時終止，第一，基底以下5.0～8.0m范圍為完整的基巖，不存在溶洞；第二，鉆探深入地面線以下45m，如果發(fā)現(xiàn)溶洞，需要立即進行補鉆，以探明溶洞具體位置及規(guī)模，如果情況較嚴重，需要進行注漿處理[2]。

圖2 探孔布置圖（單位：mm）

（二）溶洞處理

就案例工程而言，地質(zhì)勘探結(jié)果顯示，豎井施工范圍中存在巖溶問題，在施工之前，首先在豎井范圍內(nèi)進行施工鉆探，探明溶洞，同時達到超前地質(zhì)預(yù)報的手段，探孔布置圖如圖2所示：

鉆孔深度達到下列情況之一時終止：（1）基底以下5m范圍為完整基巖（無溶洞）；（2）鉆探深入地面線以下45m。當(dāng)發(fā)現(xiàn)溶洞后，必須按要求進行補鉆，探明溶洞大小和位置，并及時進行注漿處理。

全空溶洞處理：如果鉆探結(jié)果表明為全空溶洞，則要先抽出積水，并向溶洞中填充細沙，采用壓力吹灌的方式進行填充，當(dāng)填充到溶洞1/3時，進行第一次注漿，采用1∶1的水泥砂漿，以0.2MPa的壓力注入溶洞中。待第一次灌注的水泥砂漿達到一定強度之后，再進行第二次注漿，同樣選擇1∶1的水泥砂漿，但要以0.3MPa壓力注入，待達到一定強度之后，再進行吹灌充填，直到填滿整個溶洞為止。

部分填充溶洞處理：先向溶洞中填充細砂，采用壓力吹灌的方式填充，然后以0.3MPa的壓力注入1∶1水泥砂漿。

完全填充溶洞：直接用1∶1水泥砂漿充填，注漿壓力可以略大，但最好不要超過0.5MPa。

（三）豎井開挖

待溶洞全部探明并處理完成之后，即可進行溶洞開挖施工。本工程采用了人工輔助機械設(shè)備開挖的方法，通過龍門吊運輸?shù)皆脸刂校凑諒纳系较碌拈_挖方法進行豎井開挖和支護，邊開挖邊控制標(biāo)高，嚴格控制開挖尺寸，避免發(fā)生超挖和欠挖問題，每開挖50cm進行一次檢測，保證開挖精度[3]。土方開挖時，按照先開挖豎井，再開挖兩端的順序，以豎井中心對稱為準(zhǔn)后分兩側(cè)分塊開挖，并在豎井中挖設(shè)1.5m×1.5m的臨時積水坑，通過用2臺25kW潛水泵將積水抽出。在豎井開挖過程中對于發(fā)現(xiàn)的溶洞需要及時進行處理，當(dāng)發(fā)現(xiàn)是空洞時進行回填C20混凝土，待混凝土達到強度時再進行開挖，當(dāng)發(fā)現(xiàn)溶洞為填充溶洞時，采用斜向單管高壓旋噴樁對溶洞進行封閉。

（四）豎井支護

本工程豎井支護中采用了架力格柵鋼筋、砂漿錨桿打設(shè)、豎向焊接連接筋、噴射30cm厚C20早強混凝土聯(lián)合一體支護體系。為保證開挖的安全性和質(zhì)量，必須嚴格控制每次開挖的深度，要求開挖深度不能超過格柵以下0.5m，各豎井開挖支護參數(shù)見表1所示：

在豎井施工中，為確保開挖進度，需對進尺嚴格控制，并及時做好支護，及早封閉好。做到開挖一榀、支護一榀、封閉一榀。每進尺一榀，需及時清理土體表面上后施工早強砂漿錨桿，安裝格柵鋼架之后再焊接豎向連接筋，然后噴射C20混凝土，待混凝土強度達到設(shè)計要求后，架設(shè)橫向支撐，進行下一循環(huán)土方開挖。為防止地表水進入豎井內(nèi)，在非靠山側(cè)修建高出地面30cm的擋土墻，在靠山側(cè)修建高出地表1.2m的擋土墻，靠山側(cè)擋土墻同時可防止圓通山上小碎石掉入豎井內(nèi)。

表1 豎井開挖支護參數(shù)表

四、礦山法區(qū)間施工技術(shù)

由于本工程地質(zhì)條件比較復(fù)雜，僅憑豎井施工難以保證施工質(zhì)量和安全，采用豎井聯(lián)合礦山法區(qū)間施工技術(shù)，采用XTR6/260掘進機進行施工，一次截割成型的最大高度為6.2m，具體參數(shù)為：整機重量90t；總體長度14m；機身寬度2.6m；機身高度2.61m；鏟板寬度為3.6m；供電電壓為AC1140V；總功率為462kW；臥底深度0.2m。XTR6/260掘進機為新型雙螺旋線截齒排布，具有很強的破巖能力，機載支護平臺，并與支護同時施工[4]。

（一）不良地質(zhì)處理

本工程區(qū)間隧道巖溶、地下水豐富，并且在施工中裂隙水迅速排泄，水位下降速度比較快，如果不進行及時處理，可能會發(fā)生洞身破碎、巖體失穩(wěn)坍塌問題。部分地段通過全充填黏土溶洞，部分洞身位于地下水位以下，容易發(fā)生涌水和涌泥問題。針對此類問題，為保證施工的安全性，在XTR6/260掘進機開挖前，需要通過超前地質(zhì)預(yù)報儀，來探明前方施工溶洞和地下水情況，針對已經(jīng)探明的溶洞，需通過注漿回填處理。針對探明的地下水，通過引導(dǎo)和封堵處理。

（二）初期支護

初期支護的主要作用是防止圍巖失穩(wěn)引發(fā)隧道結(jié)構(gòu)破壞或者變形，從而影響結(jié)構(gòu)的安全性和使用性，通過錨桿、鋼筋網(wǎng)、鋼拱架+噴射混凝土相互聯(lián)合的方法形成初期支護體系。網(wǎng)噴支護隧道輪廓尺寸允許偏差(如附表1所示)。

（三）隧道襯砌施工

1.基面處理和防水層鋪設(shè)

按照工程施工防水板鋪設(shè)要求對初期支護混凝土面進行有效處理，為保證施工的安全性，所有的防水層都采用無釘子鋪設(shè)方法[5]。

2.鋼筋綁扎及連接

在鋼筋綁扎時，要盡量降低焊接節(jié)點，如果必須焊接，則要在防水板上方加墊木塊或者石棉做隔熱處理，避免損壞防水板。而鋼筋和目標(biāo)之間要設(shè)置足夠數(shù)量和足夠強度的混凝土墊塊，以保證鋼筋具有充裕的保護層厚度。

在本標(biāo)段鋼筋連接時，采用了雙面焊，焊接長度為5d，厚度為0.3d，寬度為0.8d（d為主鋼筋直徑），在焊接接頭位置受力比較集中，盡量錯開35d，每個連接區(qū)段的焊接接頭面積不應(yīng)大于50%。

3.模板臺車施工

當(dāng)仰拱混凝土強度達到設(shè)計要求后，就可以進行模板臺車的組裝，同時對地鐵隧道的凈空進行數(shù)據(jù)測量，確定其中線及標(biāo)高點。組裝完成之后，進入施工區(qū)段，先對中，再設(shè)計施工參數(shù)，以滿足施工對隧道凈空的要求。當(dāng)模板臺車進入曲線段之后，調(diào)整臺車支撐系統(tǒng)的液壓絲桿，按照設(shè)計凈空合理調(diào)整施工的寬度和高度[6]。臺車調(diào)整之后，還要進行全面復(fù)核，確認達到設(shè)計要求之后，才能進行混凝土澆筑。

4.混凝土澆筑

在洞外配制混凝土，運輸?shù)绞┕がF(xiàn)場之后，通過地泵輸送進入工作面，進行仰拱和二次襯砌混凝土澆筑施工，如果無法直接入模，可采用小滑槽輔助施工。

（四）嚴格控制超挖、欠挖問題

在本工程施工，為避免發(fā)生超挖和欠挖問題，采用激光導(dǎo)向儀定位控制斷面超挖和欠挖方法，由專業(yè)測量人員進行定位，在已經(jīng)支護好隧洞中固定8個或者更多點，在固定好的點位上設(shè)置紅外激光儀[7]。掘進機駕駛?cè)藛T，按照紅外線定位精確截割范圍，從而避免發(fā)生超挖和欠挖問題，邊掘進邊移動紅外定位點，從而保證施工精度。

本文結(jié)合工程實例，分析了地鐵工程豎井及礦山法區(qū)間施工技術(shù)。分析結(jié)果表明，在地鐵工程施工中，地質(zhì)條件、水文條件比較復(fù)雜，經(jīng)常會遇到不良地質(zhì)，嚴重影響了施工的安全性和施工質(zhì)量?；诖?，合理應(yīng)用豎井及礦山法區(qū)間施工技術(shù)，既能有效降低這些不良地質(zhì)對施工造成的影響，而且還能有效保證施工質(zhì)量及施工安全性，符合目前我國地鐵工程事業(yè)發(fā)展相關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求，值得大力推廣應(yīng)用。

附表1 網(wǎng)噴支護隧道輪廓尺寸允許偏差