浅谈地铁车站的浅埋暗挖法施工

2022-09-10

随着社会的发展, 交通拥堵问题也日益突出, 地下空间做为一种资源必须大力开发, 这已经成为各国的国策。在城市中采用明挖大揭盖的方法, 严重干扰了地面交通、商业, 并破坏环境。而浅埋暗挖法是一种在离地面很近的地下施行各种地下暗挖施工的方法, 它以加固和处理软弱的地层为前提, 并且通过足够刚性的复合式衬砌结构, 从而保证施工过程的安全以及控制地面的沉降。

1 浅埋暗挖法原理

新奥法是六十年代奥地利专家L.V.Rab-cewiz总结前人在隧道工程中所积累的经验后提出的一套有关隧道设计、施工的新技术, 该方法核心是利用围岩支护隧道从而使围岩本身形成一个支承环。从这一点出发, 为了充分调动围岩的自承能力, 控制围岩的变形, 根据不同的情况, 有时候要强调限制, 有些时侯需要强调释放。

根据新奥法的基本原理, 浅埋暗挖法以“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”作为施工的控制要点。该法的核心是利用围岩支护隧道使围岩本身形成支承环, 并且采用多种辅助施工工法, 施行超前支护, 从而调动部分围岩的自承能力, 以确保在施工过程中以及建成运营后, 地表和地中的下沉量小于邻近建筑结构和管线所规定的限值。

开挖方式有正台阶法、单侧壁导洞法、中隔墙法、双侧壁导洞法等。在实际工程中根据地质条件、隧道断面构成和形式, 以及周围环境条件的限制等, 选择合适的施工方法。

2 浅埋暗挖施工技术

第一, 大管棚超前支护施工方法。大管棚超前支护是在拟开挖地铁隧道的外轮廓周边上, 以一定的外插角沿洞轴钻孔, 以一定的间距, 安装惯性矩大的钢管, 然后进行注浆固结的一种预支护措施, 它是在不破坏地表的情况下进行铺设各种地下管线的技术。它的工作原理是: (1) 通过施行管棚注浆, 预先使拱顶形成加固的保护环。 (2) 若沿隧道开挖轮廓周边的超前管棚较密时, 隧道支护结构所承受的上部荷载会大大减小。大管棚施工的主要工序:开挖支护的掌子面→搭建钻孔的平台→安装钻机→施行安装管棚钢管→钻注浆孔→验孔→注浆操作→结束。大管棚超前支护的作用很明显在初期支护前围岩变形的43%左右由管棚承担, 且长管棚支护加小导管注浆对于开挖扰动范围内岩土体将起到加固的作用在其防护下, 有效控制了开挖产生的地中及地表位移、应力。

第二, 全断面帷幕注浆施工。 (1) 注浆孔成孔。由设计计算出注浆孔的精确位置, 以及各注浆孔的角度和长度, 施作注浆孔的顺序应为:先上后下, 先外后内, 且在每完成一个注浆孔时应及时退出钻机, 然后安装注浆管。完成注浆管安装后, 对工作面进行二次封闭后再注浆。 (2) 注浆。注浆大多采用后退式分段注浆, 在对每一根管操作后退式分段注浆之前, 要对所有注浆管进行填充加固。且为了确保注浆的时侯不产生裂纹和隆起, 还要对工作面施行网喷混凝土做封闭处理。

第三, 隧道开挖支护施工方法。为防止施工时破坏地下的管线, 开始施工之前, 要详细探测施工区域地质情况和地下管线弄清楚地下管线的精确位置以及是否有障碍物。隧道开挖支护施工的时候, 要严格按照中导坑法组织施工, 具体施工次序是:首先开挖及支护双向隧道的中导洞, 其次施作隧道中隔墙, 恢复中导坑的横撑, 然后分先后开挖及支护两侧导洞, 最后进行两侧导洞二衬施工。

3 浅埋暗挖施工技术的安全控制要点

第一, 防止土石方的坍塌。在施工过程中, 施工单位要积极的做好地质超前预报, 定时查看并做好记录和汇报工作;要认真研究地铁施工地段的地质剖面详图及地质勘察报告, 制定详细周全的施工方案, 确保施工过程中不出现坍塌事故。要做好掌子面量测工作, 及时预测围岩体的变化趋势。

第二, 防止模板倒塌事故发生。模板工程的安装、拆除作业的施工, 应严格按照国家相关规范要求并按专项施工方案和规定的操作流程操作, 模板及其支撑材料的材质要满足施工刚度、强度, 保证在荷载作用下各部分尺寸、形状和位置的正确性。支撑模板的基础应坚实并有足够的支撑面积, 以免模版在受力后基础产生变形或下沉。为防止模版倾覆, 在安装模板及其支撑系统工程中, 必须设置临时固定设施。只有在确保模板固定牢靠的前提下, 才能进行下一道工序, 做到保质又保量。

第三, 防止触电事故的发生。施工现场的用电必须统一规划, 详细设计, 要制定临时用电施工方案及触电事故发生时的应急预案。要做好施工现场的用电安全提示标识, 提高施工人员的安全用电意识并做好现场的宣传工作。地铁施工现场必须采用TN—S系统, 并且要设置专用的保护零线, 不能采用4+1的电缆方式。配电系统要设置总配电箱、分配电箱和开关箱。

4 浅埋暗挖施工地层变形机理及控制方法

隧道开挖以后必然会造成应力的集中, 从而造成地层的压缩变形进而增大地表的下沉, 并且在没有得到有效的支护措施前, 隧道周围的土体将向开挖的空间移动。一般情况下, 拱顶的沉降往往大于地表的沉降, 但是根据一些资料显示, 地铁施工过程中, 对于浅埋软弱地层, 特别是富水含砂地层会产生较大的地表沉降。由于富水砂层的存在使砂层不稳定、松散, 从而导致地表下沉。地表下沉量的大小还与隧道的施工工艺、支护参数及施工方法有关系, 在含砂地层条件下通常还会受到地层失砂、失水等因素的影响。另外, 孔隙水的流失以及地层的超固结也会导致地表大变形的产生。

控制地层变形及地表下沉的原则是增大支护的刚度并减少暴露的时间。在施工过程中应及时支护并控制地下水的流失以减小地表的沉降;要重视初期支护, 以及上半台阶的周边的小导管注浆的有效作用。应采取综合治理的措施控制地表的沉降, 采取注浆堵漏可以降低地层的固结沉降, 而加固地层可以减小地层的压缩变形, 地层的整体下沉可通过增加初期支护刚度并及时形成封闭结构得到控制。另外, 增加土体完整性、减小流水流砂以或选择合理的施工方案同样可以有效地控制地层变形和地表下沉。

5 结语

一方面, 浅埋暗挖法在保证地面交通不中断且管线保持正常使用的前提下, 同时也避免了传统工法对对周围环境产生的污染。另一方面, 虽然与其他的地铁施工工法相比, 浅埋暗挖法有它的一些优点, 但是也存在一些不足之处, 如喷射混凝土粉尘多、施工速度慢、机械化程度不高、施工工艺受施工队伍技术水平限制、劳动强度大以及高水位地层的结构防水非常困难等。

摘要：本文简要介绍了浅埋暗挖法施工的原理、安全控制要点、施工技术, 分析了浅埋暗挖施工地层变形机理及控制方法, 总结了该施工方法的优点和缺点。

关键词：浅埋暗挖法,地层变形,安全控制