广州地铁车站、区间暗挖隧道开挖施工技术【摘 要】 针对广州地下铁道部分车站、区间暗挖隧道施工开挖技术采用情况,分别采用不同的隧道施工方案和施工技术。 【关键词】 暗挖隧道;施工技术;方案 地铁的埋深受不良地质现象、技术条件、地下管线、建筑物基础及其地下工程等制约,一般以20m左右为界划分浅埋和深埋两种。地铁修建的方法和技术主要分为明挖法、盖挖法、浅埋暗挖法等。其中盖挖法又分为盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法等;浅埋暗挖法根据工程结构和覆盖层地质条件又分为矿山法、管棚法、盾构法、顶管法、冷冰法等。 广州地铁车站、区间的暗挖隧道施工技术大致可分为两种型式或阶段,一种是早期采用的明挖法、盖挖法及浅埋暗挖法中矿山法的喷锚支护、控制爆破钻爆开挖施工;第二种是近几年采用的明挖法、盖挖法及浅埋暗挖法中依据新奥法设计原理的喷锚支护、微震动控制爆破钻爆开挖和无钻爆机械开挖施工。下面就这二种型式或阶段所采用的施工方案、技术的适用条件及施工实例进行浅析。1 明挖法、盖挖法及浅埋暗挖法中矿山法的喷锚支护、控制爆破钻爆开挖施工1.1 适用条件1.1.1 明挖法 在埋深较浅、场地以及交通环境允许的情况下,广泛采用明挖法施工。该法先从地表向下沿设计轮廓线施工周边围护结构,然后由上而下分层开挖基坑至设计标高,再依序由下而上施工结构物,最后覆土恢复。1.1.2盖挖法 埋深较浅、场地狭窄及地面交通不允许长期占道施工情况下采用盖挖法施工。依据主体结构施工顺序分为盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆作法。该法是在既有道路上先完成设计周边围护挡土结构及设置在挡土结构上代替原地表路面的纵横梁和路面板,在此遮盖下由上而下分层开挖基坑至设计标高,再依序由下而上施工结构物,最后覆土恢复为盖挖顺作法;反之先行构筑顶板并恢复交通、再由上而下施工结构物为盖挖逆作法。1.1.3矿山法又称钻爆法 对于硬、软岩层中各类地下工程,特别对于中硬岩石,矿山法具有其它施工方法无法比拟的优越性。采用钻眼爆破法开挖城市地下工程,必须采用光面爆破技术严格控制对围岩的扰动。1.2 施工实例1.2.1 广州地铁一号线农讲所站 该站为单柱双层双跨岛式站台,结构标准段净宽19.8m,覆土厚1.13m,穿越杂填土、海陆交互相沉积淤泥、中细砂层、淤泥质粘土及粉红色砂岩、泥质砂岩层,是一号线唯一采用全盖挖逆作法施工的车站。施工时采用Φ1250围护钻孔桩-Φ400悬喷桩联合围护,正循环旋转钻机及MT-1500全套管钻机“跳二钻一”顺序施工钻孔桩,高喷台车“三重管法”工艺施工悬喷桩,防水帷幕及顶板形成后依序展开基坑开挖和结构施工。结构施工采用双掺技术、微膨胀技术及中心钢管桩施工、软弱淤泥上施作大面积地膜等施工技术。1.2.2广州地铁二号线海公区间 海珠广场至公园前的区间用矿山法暗挖隧道方案,线路沿规划的起义路下由南往北延伸,区间地形为珠江北岸阶地,地面高程8.4～12.4m,覆土厚14～17.8m,穿越强～微风化岩层,软质岩层,裂隙发育,软硬互层,裂隙水部分为承压水。矿山法暗挖施工时采用短台阶法人工配合机械、光面及预裂控制爆破开挖,小导管支护注浆止水,喷锚临时支护。2 矿山法、管棚法、盾构法、顶管法、冷冻法和无钻爆机械开挖施工2.1适用条件 浅埋暗挖法是依据新奥法基本原理,强调地层的预支护和预加固,采用多种辅助措施加固并抑制围岩过大变形的综合配套施工技术,也是新奥法在我国城市地下工程施工方法中的发展。适用于不宜采用明挖施工且含水量较小的各种地层,尤其是建筑物密集、交通运输繁忙、地下管线密布、地面沉降有严格要求的情况,对于含水量较大的松软地层采取堵水或降水措施后也能适用。2.1.1管棚法 在自稳能力差、场地沉降要求高的情况下依据施工需要和断面形状沿外轮廓线纵向设置一定间距、管径的钢管,形成棚护以支挡轮廓线以外围岩压力的施工方法。2.1.2盾构法 质构法是在地表以下土层或松软岩层中暗挖隧道的施工方法。自1818年法国工程师Brunel发明此方法以来从气压盾构到泥水加压盾构以及土压平衡盾构,已能适用任何水文地质条件的暗挖隧道施工。2.1.3顶管法 是直接在松软土层或富水松软地层中敷设中小型管道的一种施工方法。适用于富水松软地层等特殊地层和地表环境中中小型管道工程的施工。主要由顶进设备、工具管、中继环、工程管、吸泥设备等组成。2.1.4冻结法 是城市地下工程施工方法中的一种特殊施工技术和辅助施工手段,适用于涌水,流沙淤泥等松散含水复杂地层条件的施工,结构物形状灵活,可以与其他方法联合运用。该法除常规盐水冻结外,还有液氮深冷冻结地层和液氮、干冰冻结等快速冻结技术。我国于上世纪90年代研发了适合浅埋隧道暗挖施工的“水平冻结技术”。2.1.5无钻爆机械开挖 在埋深较浅、但场地狭窄和地面交通环境不允许爆破震动扰动,又不适合盾构法的松软破碎岩层情况下采用。该法主要采用臂式掘进机开挖,受地质条件影响大。2.2 施工实例2.2.1 广州地铁三号线天河客运站 该站位于广州市天河区广汕公路与华南快速干线广汕路立交桥(拟建)的交叉地段,站后折返线斜穿过广汕公路和沙河立交桥,长147.8m,为双线马蹄形暗挖隧道,断面尺寸为11.8m×9.3m。折返线隧道穿过的地层主要为可塑和硬塑状的花岗岩风化残积土,折返线内淤泥质土层多分布在隧道顶部的冲洪积砂层上部,隧道开挖时极易随砂层一起坍塌。施工时采用冷冻法冷冻固结地层后采用CD或CRD法暗挖施工折返线隧道。冷冻法在广州地铁施工中除二号线个别地段使用过外,均很少应用。由于本工程地处交通繁忙的广汕公路,且埋深浅(最小埋深8m),地质条件差,地下水丰富,为了确保施工工程安全,采用冷冻法支护施工。2.2.2广州地铁二、八号线延长线昌岗中路站及跃昌、昌沙暗挖区间 区间隧道全长2939.442m,底板埋深16～23m,隧道断面约为6.4m×6.8m,洞身穿过的围岩有强～微风化岩层,采用喷锚构筑法进行施工,光面微震微差控制爆破技术开挖,施以锚杆、小导管、注浆、钢筋网、喷射砼及钢架等施工支护手段。土质围岩采用环形台阶分部开挖法,超前注浆小导管预支护辅助施工;石质围岩采用短台阶上、下半断面分部开挖方法。根据隧道围岩类别的不同,分别采用环形台阶法、短台阶法、台阶法、CD工法施工。 (1)光面爆破设计。炮孔直径采用Φ38～Φ42mm;循环进尺为1.0m;炸药采用2号RJ乳化炸药,药卷直径为Φ25mm、Φ32mm;起爆方式为非电毫秒管,点火方式为击发笔,爆破振动速度控制在2cm/s以内。 (2)上下重叠隧道段施工:区间左、右线有791.6m由平行至上下重叠隧道相互影响段。左右线双洞重叠隧道开挖净距小于4.0m。施工时,先施工左线隧道(下洞),并架设左线临时支撑后再施工右线隧道(上洞),右线隧道开挖时先开挖远离左线隧道的上台阶,再开挖下台阶,右线分部开挖工作面与左线开挖工作面至少保证50m以上距离。下洞开挖超前50m以上距离后,施工下洞二衬。上下洞的开挖方式和辅助工程措施与单线隧道基本相同。从两洞平行逐渐过渡到两洞上下重叠过程中,由于上洞的开挖卸载,下洞存在偏压现象,需对下洞(先施工洞室)的初期支护和上、下洞的二次衬砌进行加强,同时对两洞所夹的岩体进行注浆加固。2.2.3 广州地铁六号线东湖站及站前停车线 暗挖站前停车线425.82m。招标要求该暗挖隧道不允许采用爆破,只能采用机械开挖方法,经过比选确定暗挖隧道设备采用EBZ-120S悬臂掘进机。EBZ-120S悬臂掘进机是EBZ-120掘进机的换代产品,整机装机功率为175kW,适应巷道坡度±16°,可用于煤巷或半煤岩巷的巷道掘进和类似工程巷道的掘进。我公司在1996年10月就引进了EBZ-120悬臂掘进机用于承建宝成电气化铁路复线新会龙场隧道。超前管棚护顶作为本工程的辅助措施,在拱部100°范围内布置。3 几点体会 (1)浅埋暗挖法的工艺流程和技术要求是针对埋深浅、松散土层和软弱破碎岩层的地质特性研究发展予以应用的,更强调的是对地层的预支护和预加固。因此必须对地层的地质水文情况从方案设计起予以加强监测,避免因局部地质水文不明而导致施工阶段风险过大,超出有经验的承包商所能预计的界限。 (2)区间隧道施工方法的选用,应根据工程地质和水文地质资料,结合线路所处城市位置、线路埋深、地面交通情况、断面大小、衬砌类型、隧道长度、工期要求等因素综合研究确定。承包商在确定投标方案时应认真研究设计文件,对地质水文情况、拆迁交地等施工风险进行预评估。 (3)隧道施工必须保证技术投入,尤其是加强地质监测,以对施工工序环节提供强有力的技术支持和技术保证,使各施工工序环节达到要求的质量标准,形成良性循环,进而保证安全和进度等诸方面目标实现。
