论文部分内容阅读
摘要：伴随我国社会经济的不断进步，城市化进程的步伐不断加快，因此随之而来的城市交通拥堵问题也就越来越明显。近些年以来，尤其是我国的大城市中，地下交通的发展越来越迅猛，地铁已经成为了人民日常出行中不可缺少的一部分。在地铁施工过程中，深埋暗挖法是在地下软土地层中进行隧道挖掘的一项非常行之有效的方法，而且此种发放对地质条件具有较高的地质适应性。如能能够将浅埋暗挖法进行进一步探究以更好的服务于地下隧道施工是地铁技术人员应重点考虑的下文便对浅埋暗挖法进行了系统而详实的阐释以探究，以期更好的适应地铁施工。
关键词：地铁；浅埋暗挖；施工
中图分类号：U231文献标识码： A
前言：在交通极度发达的大型都市中，由于地下交通的引入，地表沉降情况屡屡发生，这在一定程度上影响了地面交通的运行。浅埋暗挖法很巧妙的避开了这一地下施工的弊端，利用监测数据进行指导施工，很好的保证了施工的质量与安全，而且它还能够很好的处理软弱地层，通过很好的复合式砌结构，从而保证施工过程的安全以及控制地面的沉降。
一、浅埋暗挖法基本原理
浅埋暗挖方法指导着喷锚支护的设计、施工和构筑隧道的全过程。它是在第四纪软弱地层中修建隧道的方法，其基本原理是要考虑到隧道掘进时的空间效应和时间效应所提出的新理论，通过对地层的适当加固和处理，然后建立在岩石的三向刚性压缩试验特性和岩石的二向压缩应力应变特性以及莫尔理论基础上，合理调动围岩的自承能力，及时施作初期支护结构并封闭成环。
二、浅埋暗挖法开挖方案
随着技术的发展, 浅埋暗挖法逐渐扩大应用到地铁车站多跨连拱结构,如三拱立柱式车站以及隧道断面变化地段。采用不同的开挖方法，例如及时支护、封闭成环, 使其与围岩共同作用形成联合体系。此外，还需要在施工全过程中, 应用监控量测与信息反馈技术，采取改良地层、注浆加固等辅助施工技术, 加强对地质条件和地表下沉的研究， 指导施工，优化设计。浅埋暗挖法施工工艺如图1所示：
图1浅埋暗挖法施工工艺流程
1、基本工艺要求
浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。在暗挖施工作业时根据地质情况制定相应的开挖步骤和支护措施，严格根据量测数据确定支护参数，保证暗挖作业的安全（作业安全和周边环境安全）。
（1）管超前：由于开挖拱部土体自稳能力差，自立时间短，当拱部土体凌空后极易坍塌，为了保证土体不坍塌，提高其稳定性，采用超前小导管或大管棚等预支护，形成对凌空土体的支护棚架，以约束土体变形，减少坍塌 。
（2）严注浆：要解决土体的稳定问题，必须从内部着手对土体性质进行改良，在施工中主要采取通过小导管预留的注浆孔对土体进行注浆固结的预加固措施。对间隙大的粗颗粒土体，采用持续压力的渗透式注浆方式固结土体；对于致密的细颗粒土体，采用瞬时压力作用下的劈裂式注浆，确保开挖过程中的安全。
（3）短进尺：开挖中，土体的稳定是施工中要解决的重点问题，性质一定的土体的稳定取决于以下两个因素：暴露（或凌空）时间和开挖进尺大小得到的自拱半径的大小。暴露时间越长，进尺越大，土体坍塌的危险就越大；反之则越小。在施工中应主要采取预留核心土，开挖环向土体的施工方环法，每个循进尺要小。预留核心土的目的除减少开挖时间外，预留的土体还可以平衡掌子面的土体，防止滑塌。
（4）强支护：由于土体被扰动后拱部凌空面层的土体产生下沉，虽然自拱的存在阻止了自拱线以上土体的继续下沉，但随着时间的推移，振动的影响，自拱逐渐被破坏，大量松散土体的重力会直接作用于初期支护结构上，因此，必须有较强的支护体系来保证结构的稳定。
（5）早封闭：隧道施工一般采用台阶法，根据作业的空间要求设置分层高度，自上而下分层施工，为了防止拱部在没有坚实支撑面的情况下土体压迫拱部持续下沉，在施工中除采用厚木板支垫拱脚以增大拱脚与土体的接触面积的方法外，采取的最根本办法就是及早使支护体系成环。
（6）勤量测：浅埋暗挖法施工的理论基础源于新奥法施工理论，是新奥法理论的发展，因此它也离不开新奥法的理论精髓——信息化施工。任何结构的受力最终都表现为变形，变形是结构对受力的必然反应，可以说，没有变形（微观的），结构就没有受力，而我们了解结构的受力也只有通过变形来研究。在浅埋暗挖作业中，土体的沉降、支护结构受力等均需要通过量测数据来了解，因此，必须按照规定频率对规定部位进行观测，掌握变形变位信息，调整施工参数并设置各种部位的变形警戒值，采取必要措施进行过大变形的预防预控。
三、浅埋暗挖施工方法比较
采用浅埋暗挖法施工时,常见的典型施工方法是正台阶法以及适用于特殊地层条件的其他施工方法,如全断面法、单侧壁导坑超前正台阶法、双侧导坑正台阶法 、中隔墙法等。
1、全断面开挖法
可适用于I-Ⅲ级围岩隧道施工，Ⅳ级围岩隧道在采用了有效的措施后，亦可采用全断面法开挖。施工时应配备钻孔台车或台架及高效率装运机械设备。
2、台阶法
可适用于Ⅲ－Ⅴ级围岩隧道施工，VI级围岩单线隧道，在采用了有效的措施后，亦可采用台阶法施工。台阶长度宜为隧道开挖宽度的1－2倍。
3、环形开挖预留核心土法
可适用于V一VI级围岩的双线隧道。该法施工时应符合下列规定:环形开挖每循环开挖长度宜为0.5－1m；开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢架支撑，每两榀钢架之间宜采用连接钢筋连接，并应加锁脚锚杆；核心土面积不应小于整个断面的50％；当围岩地质条件差，自稳时间较短时，开挖前应在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护；二次衬砌应采用先墙后拱法施作。
4、 双侧壁导坑法
可适用于Ⅳ－V级围岩双线或多线隧道。采用先开挖隧道两侧导坑，并及时施作导坑四周初期支护及边墙衬砌，再根据地质条件、断面大小，对剩余部分断面进行一次或二次开挖。
5、中洞法
可适用于双连拱的隧道，采用先施作中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法。施工时应符合下列规定:中洞开挖高度应大于中墙高度，开挖宽度应大于5m；中洞开挖长度可根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑；短隧道可先贯通中洞，后开挖两侧；施工中应注意力的转换，两侧应均衡开挖，并应设置临时横向支撑；中墙顶部应作好防排水工作。
6、 中隔壁法（CD）
可适用于Ⅵ－V级围岩的浅埋双线隧道。施工时应符合下列规定:中隔墙开挖时，应沿一侧自上而下分为二或三部进行；各部开挖时，周边轮廓應尽量圆顺，减小应力集中；各部的底部高程应与钢架接头处一致；每一部的开挖高度，宜为3.5m；后一侧开挖应全断面及时封闭；左、右两侧纵向间距，应拉开一定距离，一般情况为30-50m；
7、大断面暗挖法施工
大断面车站开挖方法的选择,受地表沉陷影响较大,变大跨为小跨可较少地表沉陷;避免两个洞室同步掘进能防止较大应力集中的产生;开挖分块越多,扰动地层次数增多地表沉陷就越大;一次支护及时、开挖支护封闭时间愈快地表沉陷就越小。当采用正确施工方法和相应的辅助施工措施后,可以做到安全、经济、快速施工的目的。
四、浅埋暗挖法开挖方案的优化分析
1、 加强对横断面地表沉降的分析
在隧道施工时，采用的浅埋暗挖法，需要加强对横断面地表沉降的分析。对其产生的地表沉降横向分布近似为一正态分布曲线，如图2，
图2 地表沉降正态分布曲线
可以用公式来表示软弱地层隧道上方的横向地表沉降，具体的计算公式见下：
式中：s(x)——距离隧道中心轴线x处的地表沉降，m；smax——隧道中心线处的地表最大沉降，m；i——地表沉降槽宽度系数，即沉降曲线反弯点至隧道中线的距离，m。上式可以在浅埋暗挖法隧道施工地表沉降分析中得到应用。
2、 加强现场的监测水平
实施监控测量隧道具有非常重要的意义，因此在进行浅埋暗挖法开挖时，要加强现场的监测，主要有评价支护结构、施工方法的合理性，验证支护结构型式、支护参数，这为优化设计参数、调整施工工艺提供了依据；在安全的前提下，提供二次衬砌支护的合理时间，为在复杂条件下隧道的科研工作提供第一手的信息。通过环境监测和施工进行信息反馈及预测预报，指导现场施工，优化施工组织设计，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济及环境效益。
3、 加强地表沉降的观测
地表沉降观测主要用精密水准仪进行，属于必测项目。隧道轴线方向布设量测断面，在隧道洞口浅埋地段，根据地形条件确定，一般为10m～15m左右。
结语：综上所述，作为一项大胆而科学的施工工艺，浅埋暗挖的施工方法能够在隧道开挖的过程中能够在很大程度上确保施工安全和施工质量，并在一定程度上提高了施工进度，保证了工程的顺利开展。因此，浅埋暗挖法是值得我们一直探究与继续研发的，只要在合理的施工条件及土质标准下，浅埋暗挖法就能够依据其强大的工艺理念，发挥其在施工过程中的巧妙作用，将方法的精髓发挥至所到之处，成为保证工程进展的强有力推动力。
参考文献
[1] 陶冰杰.浅埋暗挖技术在地铁隧道施工中的应用[J].中国新技品，2009，(06).
[2] 李誉.浅埋暗挖施工技术在地铁工程中的应用[J].广东科技，2009，(06).
[3] 郭泽刚.浅埋暗挖隧道技术的应用[J].山西交通科技，2009，(03).
关键词：地铁；浅埋暗挖；施工
中图分类号：U231文献标识码： A
前言：在交通极度发达的大型都市中，由于地下交通的引入，地表沉降情况屡屡发生，这在一定程度上影响了地面交通的运行。浅埋暗挖法很巧妙的避开了这一地下施工的弊端，利用监测数据进行指导施工，很好的保证了施工的质量与安全，而且它还能够很好的处理软弱地层，通过很好的复合式砌结构，从而保证施工过程的安全以及控制地面的沉降。
一、浅埋暗挖法基本原理
浅埋暗挖方法指导着喷锚支护的设计、施工和构筑隧道的全过程。它是在第四纪软弱地层中修建隧道的方法，其基本原理是要考虑到隧道掘进时的空间效应和时间效应所提出的新理论，通过对地层的适当加固和处理，然后建立在岩石的三向刚性压缩试验特性和岩石的二向压缩应力应变特性以及莫尔理论基础上，合理调动围岩的自承能力，及时施作初期支护结构并封闭成环。
二、浅埋暗挖法开挖方案
随着技术的发展, 浅埋暗挖法逐渐扩大应用到地铁车站多跨连拱结构,如三拱立柱式车站以及隧道断面变化地段。采用不同的开挖方法，例如及时支护、封闭成环, 使其与围岩共同作用形成联合体系。此外，还需要在施工全过程中, 应用监控量测与信息反馈技术，采取改良地层、注浆加固等辅助施工技术, 加强对地质条件和地表下沉的研究， 指导施工，优化设计。浅埋暗挖法施工工艺如图1所示：
图1浅埋暗挖法施工工艺流程
1、基本工艺要求
浅埋暗挖法的核心技术被概括为18字方针：“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。在暗挖施工作业时根据地质情况制定相应的开挖步骤和支护措施，严格根据量测数据确定支护参数，保证暗挖作业的安全（作业安全和周边环境安全）。
（1）管超前：由于开挖拱部土体自稳能力差，自立时间短，当拱部土体凌空后极易坍塌，为了保证土体不坍塌，提高其稳定性，采用超前小导管或大管棚等预支护，形成对凌空土体的支护棚架，以约束土体变形，减少坍塌 。
（2）严注浆：要解决土体的稳定问题，必须从内部着手对土体性质进行改良，在施工中主要采取通过小导管预留的注浆孔对土体进行注浆固结的预加固措施。对间隙大的粗颗粒土体，采用持续压力的渗透式注浆方式固结土体；对于致密的细颗粒土体，采用瞬时压力作用下的劈裂式注浆，确保开挖过程中的安全。
（3）短进尺：开挖中，土体的稳定是施工中要解决的重点问题，性质一定的土体的稳定取决于以下两个因素：暴露（或凌空）时间和开挖进尺大小得到的自拱半径的大小。暴露时间越长，进尺越大，土体坍塌的危险就越大；反之则越小。在施工中应主要采取预留核心土，开挖环向土体的施工方环法，每个循进尺要小。预留核心土的目的除减少开挖时间外，预留的土体还可以平衡掌子面的土体，防止滑塌。
（4）强支护：由于土体被扰动后拱部凌空面层的土体产生下沉，虽然自拱的存在阻止了自拱线以上土体的继续下沉，但随着时间的推移，振动的影响，自拱逐渐被破坏，大量松散土体的重力会直接作用于初期支护结构上，因此，必须有较强的支护体系来保证结构的稳定。
（5）早封闭：隧道施工一般采用台阶法，根据作业的空间要求设置分层高度，自上而下分层施工，为了防止拱部在没有坚实支撑面的情况下土体压迫拱部持续下沉，在施工中除采用厚木板支垫拱脚以增大拱脚与土体的接触面积的方法外，采取的最根本办法就是及早使支护体系成环。
（6）勤量测：浅埋暗挖法施工的理论基础源于新奥法施工理论，是新奥法理论的发展，因此它也离不开新奥法的理论精髓——信息化施工。任何结构的受力最终都表现为变形，变形是结构对受力的必然反应，可以说，没有变形（微观的），结构就没有受力，而我们了解结构的受力也只有通过变形来研究。在浅埋暗挖作业中，土体的沉降、支护结构受力等均需要通过量测数据来了解，因此，必须按照规定频率对规定部位进行观测，掌握变形变位信息，调整施工参数并设置各种部位的变形警戒值，采取必要措施进行过大变形的预防预控。
三、浅埋暗挖施工方法比较
采用浅埋暗挖法施工时,常见的典型施工方法是正台阶法以及适用于特殊地层条件的其他施工方法,如全断面法、单侧壁导坑超前正台阶法、双侧导坑正台阶法 、中隔墙法等。
1、全断面开挖法
可适用于I-Ⅲ级围岩隧道施工，Ⅳ级围岩隧道在采用了有效的措施后，亦可采用全断面法开挖。施工时应配备钻孔台车或台架及高效率装运机械设备。
2、台阶法
可适用于Ⅲ－Ⅴ级围岩隧道施工，VI级围岩单线隧道，在采用了有效的措施后，亦可采用台阶法施工。台阶长度宜为隧道开挖宽度的1－2倍。
3、环形开挖预留核心土法
可适用于V一VI级围岩的双线隧道。该法施工时应符合下列规定:环形开挖每循环开挖长度宜为0.5－1m；开挖后应及时施作喷锚支护、安设钢架支撑，每两榀钢架之间宜采用连接钢筋连接，并应加锁脚锚杆；核心土面积不应小于整个断面的50％；当围岩地质条件差，自稳时间较短时，开挖前应在拱部设计开挖轮廓线以外，进行超前支护；二次衬砌应采用先墙后拱法施作。
4、 双侧壁导坑法
可适用于Ⅳ－V级围岩双线或多线隧道。采用先开挖隧道两侧导坑，并及时施作导坑四周初期支护及边墙衬砌，再根据地质条件、断面大小，对剩余部分断面进行一次或二次开挖。
5、中洞法
可适用于双连拱的隧道，采用先施作中墙混凝土，后开挖两侧的施工方法。施工时应符合下列规定:中洞开挖高度应大于中墙高度，开挖宽度应大于5m；中洞开挖长度可根据隧道长度、宽度以及地质情况综合考虑；短隧道可先贯通中洞，后开挖两侧；施工中应注意力的转换，两侧应均衡开挖，并应设置临时横向支撑；中墙顶部应作好防排水工作。
6、 中隔壁法（CD）
可适用于Ⅵ－V级围岩的浅埋双线隧道。施工时应符合下列规定:中隔墙开挖时，应沿一侧自上而下分为二或三部进行；各部开挖时，周边轮廓應尽量圆顺，减小应力集中；各部的底部高程应与钢架接头处一致；每一部的开挖高度，宜为3.5m；后一侧开挖应全断面及时封闭；左、右两侧纵向间距，应拉开一定距离，一般情况为30-50m；
7、大断面暗挖法施工
大断面车站开挖方法的选择,受地表沉陷影响较大,变大跨为小跨可较少地表沉陷;避免两个洞室同步掘进能防止较大应力集中的产生;开挖分块越多,扰动地层次数增多地表沉陷就越大;一次支护及时、开挖支护封闭时间愈快地表沉陷就越小。当采用正确施工方法和相应的辅助施工措施后,可以做到安全、经济、快速施工的目的。
四、浅埋暗挖法开挖方案的优化分析
1、 加强对横断面地表沉降的分析
在隧道施工时，采用的浅埋暗挖法，需要加强对横断面地表沉降的分析。对其产生的地表沉降横向分布近似为一正态分布曲线，如图2，
图2 地表沉降正态分布曲线
可以用公式来表示软弱地层隧道上方的横向地表沉降，具体的计算公式见下：
式中：s(x)——距离隧道中心轴线x处的地表沉降，m；smax——隧道中心线处的地表最大沉降，m；i——地表沉降槽宽度系数，即沉降曲线反弯点至隧道中线的距离，m。上式可以在浅埋暗挖法隧道施工地表沉降分析中得到应用。
2、 加强现场的监测水平
实施监控测量隧道具有非常重要的意义，因此在进行浅埋暗挖法开挖时，要加强现场的监测，主要有评价支护结构、施工方法的合理性，验证支护结构型式、支护参数，这为优化设计参数、调整施工工艺提供了依据；在安全的前提下，提供二次衬砌支护的合理时间，为在复杂条件下隧道的科研工作提供第一手的信息。通过环境监测和施工进行信息反馈及预测预报，指导现场施工，优化施工组织设计，确保隧道施工的安全与质量和工程项目的社会、经济及环境效益。
3、 加强地表沉降的观测
地表沉降观测主要用精密水准仪进行，属于必测项目。隧道轴线方向布设量测断面，在隧道洞口浅埋地段，根据地形条件确定，一般为10m～15m左右。
结语：综上所述，作为一项大胆而科学的施工工艺，浅埋暗挖的施工方法能够在隧道开挖的过程中能够在很大程度上确保施工安全和施工质量，并在一定程度上提高了施工进度，保证了工程的顺利开展。因此，浅埋暗挖法是值得我们一直探究与继续研发的，只要在合理的施工条件及土质标准下，浅埋暗挖法就能够依据其强大的工艺理念，发挥其在施工过程中的巧妙作用，将方法的精髓发挥至所到之处，成为保证工程进展的强有力推动力。
参考文献
[1] 陶冰杰.浅埋暗挖技术在地铁隧道施工中的应用[J].中国新技品，2009，(06).
[2] 李誉.浅埋暗挖施工技术在地铁工程中的应用[J].广东科技，2009，(06).
[3] 郭泽刚.浅埋暗挖隧道技术的应用[J].山西交通科技，2009，(03).