地鐵施工技術(shù)

目前國內外修建地鐵車(chē)站的施工方法有明挖法、蓋挖法、暗挖法、盾構法等。經(jīng)過(guò)近40年的發(fā)展，我國地鐵修建方法已由最初單一的明挖法發(fā)展到現在的明挖、暗挖、淺埋暗挖、盾構法等多種方法并存，施工技術(shù)不斷發(fā)展提高，已初步形成了專(zhuān)門(mén)的學(xué)科體系。

伴隨著(zhù)我國社會(huì )主義經(jīng)濟建設的迅猛發(fā)展與綜合國力的增強，城市的規模也不斷的增大，城市人口流量還在增加、再加上機動(dòng)車(chē)輛呈現逐年上漲的趨勢，交通狀況不斷惡化。為了改善交通環(huán)境，采取了各種措施，其中興建地下鐵道得到了普遍的認可，如最近幾年在北京、廣州、深圳、鄭州等城市便興建了大量的地下鐵道.

在城市中修建地下鐵道，其施工方法受到地面建筑物、道路、城市交通、水文地質(zhì)、環(huán)境保護、施工機具以及資金條件等因素的影響較大，因此各自所采用的施工方法也不盡相同。下面將就城市地下鐵道施工方法分別加以介紹。

施工方法的選擇應根據工程的性質(zhì)、規模、地質(zhì)和水文條件、以及地面和地下障礙物、施工設備、環(huán)保和工期要求等因素，全面比較后確定。

1.明挖法

明挖法是指挖開(kāi)地面，由上向下開(kāi)挖土石方至設計標高后，自基底由下向上順序施工，完成隧道主體結構，最后回填基坑或恢復地面的施工方法。

明挖法是各國地下鐵道施工的首選方法，在地面交通和環(huán)境允許的地方通常采用明挖法施工。淺埋地鐵車(chē)站和區間隧道經(jīng)常采用明挖法，明挖法施工屬于深基坑工程技術(shù)。由于地鐵工程一般位于建筑物密集的城區，因此深基坑工程的主要技術(shù)難點(diǎn)在于對基坑周?chē)瓲钔恋谋Ｗo，防止地表沉降，減少對既有建筑物的影響。

明挖法的優(yōu)點(diǎn)是施工技術(shù)簡(jiǎn)單、快速、經(jīng)濟，常被作為首選方案。但其缺點(diǎn)也是明顯的，如阻斷交通時(shí)間較長(cháng)，噪聲與震動(dòng)等對環(huán)境的影響。

地鐵適用條件：通常在地面條件允許的情況下，地鐵區間隧道宜采用明挖法，但對社會(huì )環(huán)境影響很大，僅適合在無(wú)人、無(wú)交通、管線(xiàn)較少之地應用。

明挖法施工程序一般可以分為4大步:維護結構施工→內部土方開(kāi)挖→工程結構施工→管線(xiàn)恢復及覆土，如圖1

上海地鐵M8線(xiàn)黃興路地鐵車(chē)站位于上海市控江路、靖宇路交叉口東側的控江路中心線(xiàn)下。該車(chē)站為地下2層島式車(chē)站，長(cháng)166.6 m，標準段寬17.2 m，南、北端頭井寬21.4 m。標準段為單柱雙跨鋼筋混凝土結構，端頭井部分為雙柱雙跨結構，共有2個(gè)風(fēng)井及3個(gè)出人口。車(chē)站主體采用地下連續墻作為基坑的維護結構，地下連續墻在標準段深26.8m.墻體厚0.6m。車(chē)站出人口、風(fēng)井采用SMW樁作為基坑的維護結構。

2.蓋挖法

蓋挖法是由地面向下開(kāi)挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進(jìn)行施工。主體結構可以順作，也可以逆作。

在城市繁忙地帶修建地鐵車(chē)站時(shí)，往往占用道路，影響交通當地鐵車(chē)站設在主干道上，而交通不能中斷，且需要確保一定交通流量要求時(shí)，可選用蓋挖法。

2.1蓋挖順作法

蓋挖順作法是在地表作業(yè)完成擋土結構后，以定型的預制標準覆蕭結構(包括縱、橫梁和路面板)置于擋土結構上維持交通，往下反復進(jìn)行開(kāi)挖和加設橫撐，直至設計標高。依序由下而上，施工主體結構和防水措施，回填土并恢復管線(xiàn)路或埋設新的管線(xiàn)路。最后，視需要拆除擋上結構外露部分并恢復道路。施工順序如圖2。

在道路交通不能長(cháng)期中斷的情況下修建車(chē)站主體時(shí)，可考慮采用蓋挖順作法。

工程實(shí)例:深圳地鐵一期工程華強路站位于深圳市最繁華的深南中路與華強路交叉口西側，深南中路行車(chē)道下。該地區市政道路密集，車(chē)流量大，最高車(chē)流量達3865輛/h。車(chē)站主體為單柱雙層雙跨結構，車(chē)站全長(cháng)224.3 m，標準斷面寬18.9 m，基坑深約18.9 m，西端盾構并處寬22.5 m，基坑深約18.7 m。南側綠地內東西端各布置一個(gè)風(fēng)道。主體結構施工工期為2年，其中圍護結構及臨時(shí)路面施工期為7個(gè)月.為保證深南中路在地鐵站施工期間的正常行車(chē)，該路段主體結構施工采用蓋挖順作法施工方案。

2.2蓋挖逆作法

蓋挖逆作法是先在地表面向下做基坑的維護結構和中間樁柱，和蓋挖順作法一樣，基坑維護結構多采用地下連續墻或帷幕樁，中間支撐多利用主體結構本身的中間立柱以降低工程造價(jià)。隨后即可開(kāi)挖表層土體至主體結構頂板地面標高，利用未開(kāi)挖的土體作為土模澆筑頂板。頂板可以作為一道強有力的橫撐，以防止維護結構向基坑內變形，待回填土后將道路復原，恢復交通。以后的工作都是在頂板覆蓋下進(jìn)行，即自上而下逐層開(kāi)挖并建造主體結構直至底板，如圖3。

如果開(kāi)挖面積較大、覆土較淺、周?chē)鼐€(xiàn)建筑物過(guò)于靠近，為盡量防止因開(kāi)挖基坑而引起臨近建筑物的沉陷，或需及早恢復路面交通，但又缺乏定型覆蓋結構，常采用蓋挖逆作法施工。

 工程實(shí)例:南京地鐵南北線(xiàn)一期工程的區間隧道在地質(zhì)條件和周?chē)h(huán)境允許的情況下，以造價(jià)、工期、安全為目標，經(jīng)過(guò)分析、比較，選擇了全線(xiàn)區間施工方法。其中，三山街站，位于秦淮河古河道部位，位于粉土、粉細砂、淤泥質(zhì)粘土土層中。因為是第1個(gè)車(chē)站，又位于十字路口，因此采用地下連續墻作圍護結構.除人口結構采用順作法外，其余均為蓋挖逆作法。

2.3蓋挖半逆作法

蓋挖半逆作法與逆作法的區別僅在于頂板完成及恢復路面后，向下挖土至設計標高后先澆筑底板，再依次向上逐層澆筑側墻、樓板。在半逆作法施工中，一般都必須設置橫撐并施加預應力，如圖4

3.暗挖法

暗挖法是在特定條件下，不挖開(kāi)地面，全部在地下進(jìn)行開(kāi)挖和修筑襯砌結構的隧道施工方法。

暗挖法主要包括:鉆爆法、盾構法、掘進(jìn)機法、淺埋暗挖法、頂管法、沉管法等。其中尤以淺埋暗挖法和盾構法應用較為廣泛，因此，本文著(zhù)重介紹這兩種方法。

3.1淺埋暗挖法(淺埋礦山法)

淺埋暗挖法即松散地層的新奧法施工，新奧法是充分利用圍巖的自承能力和開(kāi)挖面的空間約束作用，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，對圍巖進(jìn)行加固，約束圍巖的松弛和變形，并通過(guò)對圍巖和支護的量測、監控，指導地下工程的設計施工。淺埋暗挖法是針對埋置深度較淺、松散不穩定的上層和軟弱破碎巖層施工而提出來(lái)的，如深圳地鐵區間隧道大部分采用了淺埋暗挖法施工。

淺埋暗挖法的施工技術(shù)特點(diǎn):圍巖變形波及地表;要求剛性支護或地層改良;通過(guò)試驗段來(lái)指導設計和施工。

淺埋暗挖法施工隧道時(shí)，應根據工程特點(diǎn)、圍巖情況、環(huán)境要求以及施工單位的自身條件等，選擇適宜的開(kāi)挖方法及掘進(jìn)方式。

施工中區間隧道常用的開(kāi)挖方法是臺階法、CRD工法、眼鏡工法等;城市地鐵車(chē)站、地下停車(chē)場(chǎng)等多跨隧道多采用柱洞法、測洞法或中洞法等工法施工。

地下鐵道是在城市區域內施工，對地表沉降的控制要求比較嚴格，所以更要強調地層的預支護和預加固，所采用的施工方法有超前小導管預注漿、開(kāi)挖面深孔注漿、管棚超前支護。淺埋暗挖法的施工工藝可以概括為“管超前、嚴注漿、短開(kāi)挖、強支護、快封閉、勤量測”18個(gè)字，其工藝流程見(jiàn)圖5。

工程實(shí)例:北京地鐵東單車(chē)站東南風(fēng)道與車(chē)站主體結構正交，北側在長(cháng)安街下，中部及南側穿過(guò)居民區，風(fēng)道全長(cháng)43.4 m。采用淺埋暗挖洞樁法施工，在基本維持環(huán)境原狀條件的情況下從地面居民生活區和人防設施下面順利通過(guò)。

3.2盾構法

盾構法施工是以盾構這種施工機械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。

盾構(shield )是一個(gè)既可以支承地層壓力又可以在地層中推進(jìn)的活動(dòng)鋼筒結構。鋼筒的前端設置有支撐和開(kāi)挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有頂進(jìn)所需的千斤頂;鋼筒的尾部可以拼裝預制或現澆隧道襯砌環(huán)。盾構每推進(jìn)一環(huán)距離，就在盾尾支護下拼裝(或現澆)一環(huán)襯砌，并向襯砌環(huán)外圍的空隙中壓注水泥砂漿，以防止隧道及地面下沉。盾構推進(jìn)的反力由襯砌環(huán)承擔。盾構施工前應先修建一豎井，在豎井內安裝盾構，盾構開(kāi)挖出的土體由豎井通道送出地面。盾構法施工工藝見(jiàn)下圖6所示。

按盾構斷面形狀不同可將其分為:圓形、拱形、矩形、馬蹄形4種。圓形因其抵抗地層中的土壓力和水壓力較好，襯砌拼裝簡(jiǎn)便，可采用通用構件，易于更換，因而應用較為廣泛;按開(kāi)挖方式不同可將盾構分為:手工挖掘式、半機械挖掘式和機械挖掘式3種;按盾構前部構造不同可將盾構分為:敞胸式和閉胸式2種;按排除地下水與穩定開(kāi)挖面的方式不同可將盾構分為:人工井點(diǎn)降水、泥水加壓、土壓平衡式，局部氣壓盾構，全氣壓盾構等。

盾構法的主要優(yōu)點(diǎn):除豎井施工外，施工作業(yè)均在地下進(jìn)行，既不影響地面交通，又可減少對附近居民的噪聲和振動(dòng)影響;盾構推進(jìn)、出土、拼裝襯砌等主要工序循環(huán)進(jìn)行，施工易于管理，施工人員也比較少;土方量少;穿越河道時(shí)不影響航運;施工不受風(fēng)雨等氣候條件的影響;在地質(zhì)條件差、地下水位高的地方建設埋深較大的隧道，盾構法有較高的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)越性。

特點(diǎn)是：地層掘進(jìn)、出土運輸、襯砌拼裝、接縫防水和注漿充填盾尾間隙，并隨時(shí)排除地下水和控制地面沉降，因而是工藝技術(shù)要求較高，綜合性很強的一類(lèi)施工方法。

可用于：在各類(lèi)軟土地層和軟巖地層中掘進(jìn)隧道，穿越面建筑群和地下管線(xiàn)地集中的區域時(shí)，對周?chē)芗h(huán)境影響較小，尤其適用于市區地鐵和水底隧道的掘進(jìn)。

工程實(shí)例:北京地鐵五號線(xiàn)即采用了盾構法施工地鐵五號線(xiàn)是一條貫穿北京市中心的南北向地下交通大動(dòng)脈。南起豐臺區宋家莊，向北經(jīng)蒲黃榆、祟文門(mén)、東單、東四、雍和宮止于昌平區太平莊北站，全長(cháng)27.7 km。由于該路段地上大型建筑物密集，交通流量大，地下管網(wǎng)復雜，為減少對城市經(jīng)濟和市民生活的影響，經(jīng)專(zhuān)家論證，決定在雍和宮至北新橋約700 m長(cháng)的試驗段率先采用盾構施工方法。該盾構為大直徑土壓平衡盾構機。

4.沉管法

沉管法是將隧道管段分段預制，分段兩端設臨時(shí)止水頭部，然后浮運至隧道軸線(xiàn)處，沉放在預先挖好的地槽內，完成管段間的水下連接，移去臨時(shí)止水頭部，回填基槽保護沉管，鋪設隧道內部設施，從而形成一個(gè)完整的水下通道。

沉管隧道對地基要求較低，特別適用于軟土地基、河床或海岸較淺，易于水上疏浚設施進(jìn)行基槽開(kāi)外的工程特點(diǎn)。由于其埋深小，包括連接段在內的隧道線(xiàn)路總長(cháng)較短，采用暗挖法和盾構法修建的隧道明顯縮短。

沉管斷面形狀可圓可方，選擇靈活?；坶_(kāi)挖、管段預制、浮運沉放和內部鋪裝等各工序可平行作業(yè)，彼此干擾相對較少，并且管段預制質(zhì)量容易控制?；谏鲜龅膬?yōu)點(diǎn)，在大江、大河等寬闊水域下構筑隧道，沉管法稱(chēng)為最經(jīng)濟的水下穿越方案。

按照管身材料，沉管隧道可分為2類(lèi):鋼殼沉管隧道(有可分為單層鋼殼隧道和雙層鋼殼隧道)和鋼筋餛凝土沉管隧道。鋼殼沉管隧道在北美采用的較多，而鋼筋混凝土沉管隧道則在歐亞采用較多。

沉管隧道施工主要工序:管節預制→基槽開(kāi)挖→管段浮運和沉放→對接作業(yè)→內部裝飾。

上程實(shí)例:廣州珠江隧道是我國第一條公路與地鐵合用的越江隧道，公路隧道全長(cháng)1 238.5 m。河中段隧道埋置在河床下.不影響水面通航，河中沉管段全長(cháng)457 m。該沉管為多孔矩形鋼筋混凝土結構，其中包括兩個(gè)雙車(chē)道機動(dòng)車(chē)孔、一個(gè)地鐵孔、一個(gè)電纜管廊。沉管斷面為典型矩形斷面，外形尺寸為33 mx7.956 m(寬x高)，底板厚1.2 m、頂板厚1.0 m，兩外側墻分別為0.7 m和0.55 m、最長(cháng)管節的混凝土量達12 000砰。管段的基底坐落在河床的風(fēng)化花崗巖層上。開(kāi)槽時(shí)采用了炸礁施工?；A處理采用灌砂法。

5.全斷面隧道掘進(jìn)機(TBM)方法

TBM為TUNNEL BORING MACHINE的縮寫(xiě)，由機械控制進(jìn)行掘進(jìn)，全稱(chēng)為:全斷面隧道掘進(jìn)機。

    通常定義中的TBM為: 在以巖石層為掘進(jìn)對象時(shí)，在全斷面隧道掘進(jìn)機中，不具備土壓、水壓等維護掌子面的功能，裝備接觸壁面固定器，靠推進(jìn)時(shí)的反作用力推進(jìn)的盾構機。

   由于全斷面隧道掘進(jìn)機具有施工速度快、隧道成型好、機械化程度高以及對周邊環(huán)境影響小等優(yōu)點(diǎn)，已成為國外隧道開(kāi)挖普遍采用的方法。

5.混合法

可以根據地鐵隧道的實(shí)際情況，在地鐵隧道的施工過(guò)程中采用以上2種或2種以上的方法同時(shí)使用，稱(chēng)其為混合法。

工程實(shí)例:北京地鐵東四站位于朝陽(yáng)門(mén)內大街與東四南大街交叉日上，處于繁華的市中心，有多路公交車(chē)經(jīng)過(guò)。車(chē)站主體順東四南大街，呈南北走向，東四南大街規劃道路紅線(xiàn)寬70 m，現狀路寬為22 m，朝內大街已改造完，道路紅線(xiàn)寬60 m，兩方向客流均衡，交通十分繁忙;且遠期六號線(xiàn)順朝內大街，呈東西走向，在此站換乘。本車(chē)站兩端為明挖段，結構形式為3層三跨框架結構;中間為暗挖段， 結構形式為單層三拱兩柱結構。車(chē)站總長(cháng)度197 m，暗挖段長(cháng)為96.80 m，明挖段長(cháng)為100. 20m。

6結束語(yǔ)

隨著(zhù)我國地下鐵道建設事業(yè)的發(fā)展，原有的施工技術(shù)不斷地發(fā)展與提高的同時(shí)，新的施工方法也被應用到施工當中，施工技術(shù)水平得到不斷提升，其中有些施工技術(shù)已經(jīng)達到世界先進(jìn)水平。另外，由于城市交通流量的增加導致城市道路已擁擠不堪，加上城市環(huán)境的要求越來(lái)越嚴格，城市內封路施工已不現實(shí)了。因此，暗挖技術(shù)，如盾構法、淺埋暗挖法將是今后研究和實(shí)踐的主攻方向。