張崇

摘要：簡述了目前大斷面地鐵隧道施工的主要方法，詳細闡述了本文設(shè)計的淺埋大斷面地鐵隧道施工技術(shù)包含的施工參數(shù)計算方法和多項關(guān)鍵施工技術(shù)，通過工程實例驗證了該施工技術(shù)在控制斷面沉降量和安全系數(shù)等方面的優(yōu)越性，可供地鐵隧道工程施工技術(shù)人員參考。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜環(huán)境；地鐵隧道；大斷面；淺埋施工；技術(shù)設(shè)計

0? ?引言

由于城市深處存在復(fù)雜的地質(zhì)條件、建筑物密集等問題，傳統(tǒng)的施工方法往往受限，無法滿足大規(guī)模地鐵建設(shè)的需求[1-3]。因此，針對淺埋大斷面地鐵隧道施工的深入研究具有重要意義，可以探索和發(fā)展適用于復(fù)雜環(huán)境下的新型施工技術(shù)和工藝，為城市地鐵建設(shè)提供更安全、高效和可持續(xù)的解決方案。

1? ?大斷面地鐵隧道施工的主要方法

當前常用的大斷面地鐵隧道施工技術(shù)主要包括盾構(gòu)法、開挖法和鉆爆法。其中盾構(gòu)法是一種利用盾構(gòu)機進行隧道開挖的方法，其可以實現(xiàn)連續(xù)作業(yè)，施工速度較快，對環(huán)境影響較小。但是盾構(gòu)法適用范圍受到地質(zhì)條件的限制，對硬巖和水源較多的場地不適用，且盾構(gòu)機設(shè)備規(guī)模大、施工成本高，在復(fù)雜地質(zhì)條件下遇到不可預(yù)測的地質(zhì)問題時處理難度較大。

開挖法是傳統(tǒng)的地鐵隧道施工方法，通過使用排土機械進行土方開挖和支護。它適用于多種地質(zhì)條件，成熟度高，經(jīng)驗豐富。但是開挖法非連續(xù)施工，進度相對較慢。開挖后需要及時進行支護，以避免地表沉降和地面塌陷。對于水源較多的地質(zhì)條件，需要采取有效的防水措施。

鉆爆法是通過先鉆孔、再進行爆破來開挖隧道的方法。它適用于硬巖、頁巖等地質(zhì)條件，可以在復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中進行施工。鉆爆法的設(shè)備相對較簡單，可調(diào)整靈活。但是鉆爆法施工噪音和振動較大，對周圍環(huán)境影響較大。由于爆破操作的存在，安全風險較高，需要嚴格的施工管理和控制措施[4-5]。

針對現(xiàn)有方法存在的不足，本文提出一種新的復(fù)雜環(huán)境下淺埋大斷面地鐵隧道施工技術(shù)。

2? ?淺埋大斷面地鐵隧道施工技術(shù)設(shè)計

2.1? ?淺埋大斷面地鐵隧道施工參數(shù)選取

在設(shè)計大斷面地鐵隧道施工技術(shù)之前，首先計算其相關(guān)參數(shù)，根據(jù)計算結(jié)果優(yōu)化施工方案，包括支護結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選取、施工方法確定等，以最大程度地提高施工效率、確保施工安全。首先對地層承載力q、地下水壓力P和土壓力（施工荷載）Pα進行計算，其計算公式如下：

q=cNc+γzNq+0.5γzB×Nγ? ? ? ? ? ? （1）

式（1）中：q表示地層承載力；c表示黏聚力；Nc表示摩爾-庫倫系數(shù)；γz表示有效重度；Nq表示地質(zhì)系數(shù)；B表示地層折減系數(shù)；Nγ表示重力系數(shù)。

P=γwH+0.5γzH2? ? ? ? ? ? ? ? （2）

式（2）中：P表示地下水壓力；γw表示水密度；H表示水頭。

Pα=γhd（Kα-Kp）? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式（3）中：Pα表示土壓力；γh表示土的重度；d表示深度；Kα和Kp分別表示活動土側(cè)和被動土側(cè)的壓力系數(shù)。

2.2? ?淺埋大斷面地鐵隧道的關(guān)鍵施工技術(shù)

根據(jù)上述計算結(jié)果，對淺埋大斷面地鐵隧道施工應(yīng)用的隧道開挖前的支護、隧道預(yù)裂爆破、空洞預(yù)防處理、全斷面襯砌，以及支護變形監(jiān)測等關(guān)鍵施工技術(shù)進行分析。

2.2.1? ?隧道開挖前的支護

在復(fù)雜環(huán)境下進行淺埋大斷面地鐵隧道施工時，隧道開挖支護技術(shù)是關(guān)鍵環(huán)節(jié)。應(yīng)用預(yù)應(yīng)力錨桿技術(shù)進行隧道開挖支護的具體過程如下：首先，在隧道周邊的土體中鉆孔，并將預(yù)制的錨桿通過孔口插入土體中；然后，注入膨脹漿液進行擴徑；最后，將預(yù)應(yīng)力錨桿的另一端固定在拱頂（或側(cè)墻）上，并通過張拉機構(gòu)對預(yù)應(yīng)力錨桿施加預(yù)應(yīng)力。當錨桿和土體之間達到預(yù)設(shè)的預(yù)應(yīng)力值后，將固定錨桿的錨具進行固結(jié)，并進行后續(xù)地層處理工作，如噴射混凝土、注漿等。通過預(yù)應(yīng)力錨桿連接與固定土體，增強了土體整體強度和穩(wěn)定性，為隧道開挖提供了可靠的支護體系。

2.2.2? ?隧道預(yù)裂爆破

預(yù)裂爆破技術(shù)是一種常用的隧道爆破方法，其具體作業(yè)過程如下：首先，在需要進行爆破的隧道掘進面上，根據(jù)地質(zhì)情況和設(shè)計要求布置一系列的預(yù)裂孔；其次，將爆破藥包裝入預(yù)裂孔中，并設(shè)置適當?shù)钠鸨b置；再次，在進行爆破作業(yè)前，對周圍環(huán)境和附近建筑物采取保護措施，如懸索網(wǎng)覆蓋、警示標志設(shè)置等；然后，根據(jù)設(shè)計要求，通過適當?shù)钠鸨瑫r序和藥量配置，對預(yù)裂孔進行起爆引爆，爆炸能量釋放后，巖石會產(chǎn)生裂紋擴展和破碎，使得隧道斷面得到控制和調(diào)整；最后，進行清理，除去爆破產(chǎn)生的碎石和巖屑，并對隧道開挖面進行觀察和評估。

預(yù)裂爆破技術(shù)通過預(yù)先設(shè)置合理位置和數(shù)量的預(yù)裂孔，可以控制爆破效果，減小振動和飛石等影響，保證隧道開挖的穩(wěn)定性和安全性。

2.2.3? ?空洞預(yù)防處理

在復(fù)雜環(huán)境下進行淺埋大斷面地鐵隧道施工時，為了確保施工安全和周邊環(huán)境的穩(wěn)定，需要采取空洞預(yù)防處理技術(shù)。采用超前頂進法進行隧道空洞預(yù)防處理的具體過程如下：一是，在進行隧道施工之前，對地下空洞（或空腔）進行地質(zhì)勘察和探測，確定地下空洞或空腔的具體位置；二是在隧道施工時，采用超前頂進的方式將隧道推進至離空洞較遠的位置，避免與其直接接觸。

此方法可以減小對空洞的影響，降低地表隆起和沉降的風險。超前頂進需要結(jié)合先進的控制技術(shù)和設(shè)備，例如使用盾構(gòu)機等。在施工過程中保持穩(wěn)定的推進速度和施工質(zhì)量，同時通過實時監(jiān)測和調(diào)整對地質(zhì)變化、空洞情況進行隨時掌握和應(yīng)對。采用超前頂進法能有效處理地下空洞問題，可提高施工的安全性和效率。

2.2.4? ?全斷面襯砌

在淺埋大斷面地鐵隧道施工中，全斷面襯砌技術(shù)能夠為地鐵隧道提供堅實的結(jié)構(gòu)支撐，增強隧道的穩(wěn)定性和承載力。采用全斷面襯砌技術(shù)可以有效分擔地壓力和水壓力，防止土體塌方和隧道變形等不穩(wěn)定情況的發(fā)生。采用現(xiàn)澆混凝土襯砌技術(shù)的具體施工過程如下：

首先，在隧道開挖后清理隧道壁面，根據(jù)設(shè)計要求進行必要的處理和加固；其次，搭建適當?shù)哪０逯Ъ芟到y(tǒng)，根據(jù)隧道斷面幾何形狀和結(jié)構(gòu)要求進行模板搭設(shè)；再次，準備水泥、石子、砂漿等混凝土材料，在襯砌施工前將模板涂抹防粘劑以保證混凝土順利脫模；接著，進行混凝土澆筑、振搗、安裝預(yù)埋件、平整表面、養(yǎng)護等施工；最后，根據(jù)設(shè)計要求進行拆模，并對全斷面混凝土襯砌進行檢查和評估。

進行現(xiàn)澆混凝土施工時，將攪拌好的混凝土從施工管線或混凝土攪拌車輸送到隧道壁面，在模板內(nèi)進行均勻澆筑，同時使用振搗器對混凝土進行振搗以排除其內(nèi)部空氣、提高其密實度和強度?，F(xiàn)澆混凝土到達設(shè)計厚度后，根據(jù)需要安裝預(yù)埋件等，然后平整表面，確保襯砌的光滑度和一致性。待混凝土凝固硬化后進行養(yǎng)護，保持濕潤環(huán)境和適當?shù)臏囟取，F(xiàn)澆混凝土襯砌技術(shù)能夠為隧道施工提供較高的強度和穩(wěn)定性，同時具有較好的適應(yīng)性和施工性能，可保障地鐵隧道結(jié)構(gòu)的完整性和安全性。

2.2.5? ?支護變形監(jiān)測

支護變形監(jiān)測，在復(fù)雜環(huán)境下的淺埋大斷面地鐵隧道施工技術(shù)中具有重要作用。對支護進行變形監(jiān)測，既能保證施工過程的安全與質(zhì)量，又能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的健康管理和優(yōu)化，同時為相關(guān)技術(shù)研究提供了重要的實測數(shù)據(jù)。使用激光測距儀進行支護變形監(jiān)測的具體過程如下：

首先，在地鐵隧道的支護結(jié)構(gòu)上的合適位置安裝激光測距儀，確保其能夠覆蓋到需要監(jiān)測的區(qū)域；然后，操縱激光測距儀發(fā)射激光束，通過多次測量及時捕捉到支護結(jié)構(gòu)的位移、變形情況。最后，將激光測距儀連接到相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，將測得的距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上進行存儲和分析。

激光測距儀發(fā)射的激光束，由反射板或反射棱鏡返回激光測距儀。激光測距儀通過計算激光束的發(fā)射和接收時間差，并結(jié)合光速大小，計算出激光信號從激光測距儀到反射點的距離。通過激光測距儀的測量結(jié)果進行處理，可以獲得支護結(jié)構(gòu)在不同時間點的位移變形情況，進而評估支護結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。激光測距儀監(jiān)測技術(shù)具有精度高、實時性強、非接觸性等特點，能夠提供可靠的支護變形監(jiān)測數(shù)據(jù)，為地鐵隧道施工提供重要的技術(shù)支持。

上述各個環(huán)節(jié)的關(guān)鍵施工技術(shù)，為完成復(fù)雜環(huán)境下淺埋大斷面地鐵隧道工程的設(shè)計和施工提供了技術(shù)支撐。

3? ?實例分析

為了驗證淺埋大斷面地鐵隧道施工技術(shù)設(shè)計在地鐵隧道施工在的有效性，選取某地鐵隧道工程施工應(yīng)用激光測距儀監(jiān)測技術(shù)進行檢測的數(shù)據(jù)，展開分析研究。

3.1? ?工程概況

該地鐵隧道工程位于山區(qū)，地質(zhì)條件復(fù)雜，地面坡度陡峭、地下含水層豐富。該淺埋大斷面地鐵隧道工程總長約10km，淺埋距離約10m，斷面寬度約20m。為了監(jiān)控支護變形情況，該工程應(yīng)用了激光測距儀監(jiān)測技術(shù)，即在地鐵隧道施工過程中，設(shè)置了20個激光測距儀，每隔100m布置1個。在施工期間，激光測距儀每隔10min測量一次，記錄并傳輸支護結(jié)構(gòu)的位移變形數(shù)據(jù)。該地鐵隧道施工現(xiàn)場如圖1所示。

3.2? ?檢測結(jié)果及其分析

3.2.1? ?檢測結(jié)果

運用本文設(shè)計的淺埋大斷面地鐵隧道施工技術(shù)，使用激光測距儀對該地鐵隧道工程的斷面沉降量進行了檢測，所獲得的數(shù)據(jù)與規(guī)模相同的地鐵隧道工程采用盾構(gòu)法和開挖法施工技術(shù)獲得的斷面沉降量數(shù)據(jù)進行對比，得到了不同的檢測效果。不同施工技術(shù)的斷面沉降量檢測結(jié)果如表1所示。

3.2.2? ?對檢測結(jié)果的分析

由表1可知，本文設(shè)計技術(shù)的斷面沉降量最小值為85.3mm，與盾構(gòu)法和開挖法的最小值相比分別降低了51.7mm和65.4mm，本文設(shè)計技術(shù)的斷面沉降量最大值為136.9mm，與盾構(gòu)法和開挖法的最大值相比分別降低了47.2mm和60.3mm。通過對比可知，本文設(shè)計技術(shù)能夠有效降低隧道施工中斷面的沉降量。

通常使用安全系數(shù)來衡量支護結(jié)構(gòu)的承載能力，較高的安全系數(shù)表示該技術(shù)的有效性較高，能夠保證施工過程的安全。一般來說，施工安全系數(shù)等于施工承載能力除以施工荷載。不同施工技術(shù)安全系數(shù)的對比結(jié)果，如圖2所示。

由圖2可知，上述3種施工技術(shù)的安全系數(shù)整體上均呈現(xiàn)出上升的趨勢，其中本文設(shè)計施工技術(shù)的安全系數(shù)更高，其最高值接近0.9，說明該技術(shù)能夠保證施工的安全性。

4? ?結(jié)束語

在復(fù)雜環(huán)境下進行淺埋大斷面地鐵隧道施工是一項具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，本文設(shè)計的淺埋大斷面地鐵隧道施工技術(shù)通過地鐵隧道工程施工實例，驗證其斷面沉降量和安全系數(shù)均優(yōu)于盾構(gòu)法和開挖法施工技術(shù)，使得地鐵隧道施工過程更加安全高效。

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