地铁矿山法隧道施工技术

杨阳

摘要：地铁隧道矿山法施工，安全性和可靠性指标，是衡量二次衬砌表面质量的标准之一，文章将以某地铁隧道工程为例，在了解该工程施工背景概况的基础上，深入研讨矿山法在该地铁隧道中的应用方法，对于其他地铁隧道工程，可供借鉴参考。

关键词：地铁隧道，矿山法，施工技术

前言：地铁隧道工程的矿山法施工，由初期支护和二次衬砌形成共同承载体，其中二次衬砌为主要承载构件，其强度和抗裂性能，很大程度决定了隧道工程施工的成效。在施工期间，初期支护和二次衬砌的刚度分配，为技术难点所在，其中涉及到的隧道开挖、超前小导管施工、二次衬砌布筋、防沉降施工等工序，都是整个矿山法施工流程都必须予以全面兼顾的技术重点，同时也是本文研究的主题重点所在。

1.某地铁隧道施工背景概况

某双线地铁隧道工程，沿线经过学校、市政道路、居民区、医院等。施工区段地面标高26.94～37.44m，起伏程度明显，地层由杂填土、粉质粘土、粉土夹砂石、粘土、粉质粘土夹砂石组成，属于志留系～三叠系及第四系地层，而地下水以上层止水和承压水为主，前者平均埋深1m，贮存于杂填土层内，而后者贮存于基岩内，埋深较大，承压水头在1-15m之间，具体承压水头大小，与基岩面高程有关。

根据以上水文地质特征，本工程采用矿山法进行隧道施工，在此以隧道渡线段最大断面作为课题研究对象，其断面情况如下图1-1所示：

图1-1：隧道渡线段最大断面（单位mm）

以上断面为双连拱结构模式，高9.5m，平均埋深12m。工程单位两种类型的截面应力计算方法，分别为“初支与二衬共同承载”和“二衬结构单独承载”，这两种截面内力情况如表1-1所示：

表1-1：不同类型承载的截面应力

截面位置 初支与二衬共同承载 二衬单独承载

拱顶 拱肩 仰拱 拱顶 拱肩 仰拱

单元编号 73 17 60 77 16 60

弯矩kN·m -129.79 105.87 -167.35 -175.6 154.31 -206.28

轴力kN -501.41 -577.68 -327.63 -558.17 -528.42 -381.89

从上表中，认为“二衬单独承载”所得的最不利截面弯矩值，超出“初支与二衬共同承载”最不利截面弯矩值的20%，因此建议选用“初支与二衬共同承载”模式。

2.案例地铁隧道矿山法施工技术的应用建议

基于案例地铁隧道施工背景概况，本工程选用矿山法进行施工，其技术控制的重点，应从“隧道开挖”、“超前小导管施工”、、“二次衬砌布筋”、“防沉降施工”几个方面入手展开研讨：

2.1隧道开挖

本工程从地铁车站作为开挖起点，到达起拱线标高位置时，检查超前支护的强度状态，确定达到预期标准后，利用风镐松动围岩外侧土体，在上台阶位置凿出深度0.5m的槽，随后将挖孔桩切断，露出足够与钢筋焊接一体的钢筋，再以松动爆破方式，将上台阶的剩余土体清除，总进尺在0.7m左右。围岩结构上台阶开挖到位后，将挖孔桩预留的钢筋，与格栅焊接在一起，最后依次安装管片、预埋注浆管、挂网喷射混凝土，形成初支闭合。开挖期间，为避免拱脚位置沉降，需要将锁脚锚管设置在拱脚位置，顺着格栅斜面方向，以10°的角度埋设不同规格的超前小导管，同时控制好上下台阶之间的距离，以便避免上下台阶掘进与支护施工的互相干扰，直至完成整个洞门与隧道的转换施工。

2.2超前小导管施工

洞门破除之前，利用超前小导管注浆方式加固洞门，强化洞门位置地质的稳定性，施工位置在拱部以上至第三排锚索之间。本工程所选用的超前小导管，规格为φ42mm，厚度和长度分别为3m、3.5m，具体施工方法为：施工之前调查地质状态，并藉此选定具体的注浆类型、注浆压力、浆液配比等，以及进行工作面的放线、测量和定空位；定位后，借助风钻钻孔，将小导管打入孔内，并在掌子面喷射5cm厚度的混凝土止浆墙和清除干净小导管内的积物，即可按照从下到上的顺序注浆，本次注浆水灰比有1.5：1、1：1、1：0.8三个等级，浆液转变从稀至浓，注浆后即可将孔内堵住，以避免浆液往外溢出。掌子面开挖工序结束后，为确保围护结构有足够的自承能力，应按照初喷混凝土封闭、架格栅钢架挂钢筋网、施作锚管、定位打眼、测试元件埋设、初喷混凝土至设计厚度、监控量测的初期支护施工流程，期间需要第一时间将初喷砼支护封闭，砼喷射厚度在5cm左右，再依次架设格栅、施打锁脚锚杆、补喷厚度30cm早强混凝土，直至掌子面趋于安全和稳定状态。

2.3二次衬砌布筋

在超前小导管施工后，选用合适规格的钢筋进行二次衬砌布筋施工，本工程选用四种类型的钢筋，其规格和用量如下表1-2所示：

利用以上规格的钢筋进行二次衬砌布筋，期间需要考虑各个受力阶段的控制指标，包括混凝土起始屈服、深度达到钢筋保护层、受力区屈服、钢筋屈服、截面贯通等受力阶段。施工期间，发现二次衬砌所承受水头压力不超过30m时，混凝土Mises最大值，在混凝土标准抗压强度之内，可见混凝土拉应力的集中位置，在仰拱外侧和仰腰内侧，从侧面要求布筋时，结合混凝土的屈服规律，分析钢筋最大受力部位的受压和受拉情况。建议按照损伤度>95%的标准控制，分别将控制截面混凝土的开裂水头和开裂时钢筋混凝土保护层厚度的水头，控制在16m和25m以内，方可确保布筋的有效性。

2.4防沉降施工

除了以上施工技术，防沉降施工，也是本地铁隧道矿山法施工的技术重点所在。为控制隧道的沉降，首先以注浆技术，将泥砂进入隧道的通路全部堵住，很多隧道矿山法施工时，地下水将地层内的泥砂代入隧道内，而原来的泥砂区域，就会形成空洞，进而诱发地面沉降问题，前面提到的超前小导管注浆，在一定程度上，可缓解该问题的加剧，但考虑到掌子面开放外露，应重点采用全断面预注浆的方法，先于加固区域钻出65个注浆孔，注浆孔以梅花型布置，随后以20m的深度標准，在2倍洞径范围内，全部进行注浆加固；其次是掌子面锚固，锚杆孔数量21个，钻孔平均深度8cm，钻孔与钻孔之间，保持1.5m的距离，也是以梅花型布置，注浆方法与上面一致；再次是及时封闭临时支护体系，目的是控制地下水携带泥砂进入隧道内的时间，本工程从上台阶开挖施工伊始，直至仰拱封闭，总共需要4道工序，期间大约有130㎡的开挖面积外露，适时必须严格限制开挖自由面每循环进尺的时间，原则上是24h内完成一个循环进尺，期间每循环一个进尺，环向初喷开挖面，并在掌子面位置拼装型钢拱架，型钢拱架顶住喷混凝土找平层，按照此法，有90㎡的开挖面积可减少暴露；最后是将水平系杆和剪刀撑，焊接在型钢拱架之上，以及安装仰拱位置的钢构件、布设钢筋网、模喷仰拱、模喷上部断面等，作为临时纵向杆支撑上半部的掌子面。

3.结束语

综上所述，地铁隧道矿山法施工，围岩结构受力和施工工序衔接的复杂性，使得工程施工存在或多或少的风险，由此要求各道工序的施工质量，以保证隧道施工的安全。文章通过研究，基本明确了案例地铁隧道矿山法施工技术的应用方法，但考虑到不同地铁隧道工程施工条件和要求的差异性，以上方法在其他隧道工程中应用时，还需要结合具体工程的施工情况，因地制宜地灵活应用，以及针对施工技术存在的不足之处，进行补充和完善。

参考文献

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