地铁隧道工程范文

导语：如何才能写好一篇地铁隧道工程，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】地铁隧道；工程施工；过程控制；施工管理

一、地铁隧道施工常用的施工方法

1、明挖法。明挖法是从地面由上而下深挖，从地面上一直挖到地下的标高为止，然后从基层标高的位置由下而上进行彻筑施工，完成地铁隧道的主体施工，保证地铁隧道的结构强度满足实际使用需求。

2、暗挖法。暗挖法是在特定条件下，不挖开地面，全部在地下进行开挖和修筑衬砌结构的隧道施工方法。主要包括盾构法、浅埋暗挖法等。

（1）盾构法。盾构法是以盾构施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法，盾构法已经成为地铁隧道施工的主要方法之一，在地铁隧道施工中发挥着越来越重要的作用。

（2）浅埋暗挖法。浅埋暗挖法是一种在离地表很近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的方法。在明挖法、盾构法不适应的条件下，浅埋暗挖法显示了巨大的优越性。

二、地铁隧道施工过程中易出现的问题及防治

1、地表沉降。施工引起的沉降主要表现在两个方面，开挖进尺长度和初期支护的施工速度。开挖进尺长则临空面大，产生沉降和发生坍塌的可能性大；开挖后初期支护施工完成的时间长，则开挖面无支护的时间长，产生的沉降就越大。

为减小和防止地面沉降。在盾构掘进中，要尽快的脱出盾构后的衬砌背面的环形建筑，空隙中充填足量的浆液材料。

2、盾构机掘进偏移

地铁隧道地层岩面起伏较大，断面内出现风化或洞体填充物的处理与周边岩面差异较大，在此情况下，刀盘工作条件恶化，受力不均，掘进速度不均，姿态不易控制，易出现盾构机头下垂、机头向上的过量蛇形、偏离轴线等情况。为了防止这种情况的发生，盾构机推进时，派专人检查、监测盾构机推进情况，主要检查管片隆起情况，盾构机前休下部与导台的结合情况以及盾构机底回填料是否饱满，同时监测人员与盾构操控手要紧密配合，使盾构沿导台中心推进。

3、防水施工过程。初支未补平即进行防水板铺设。防水板保护不到位。纵向中埋式止水带未居中埋设，二衬端部环向中埋式止水带与纵向中埋式止水带未有效连接。环向止水带不居中，防水板搭接缝与二衬环向施工缝错开距离小于1m。

4、二衬渗漏。纵向水平施工缝浮浆、杂物未消除。边墙二衬钢筋预埋偏位，钢筋套筒连接头处于“同一连接区段”；钢筋保护层垫块数量不足且无强度检测报告；二衬钢筋排距不满足设计要求；二衬边墙钢筋违规采用焊接。

三、地铁隧道施工过程管理

1、地铁隧道工程管理的核心是实施有效的质量管理与过程控制，在对隧道施工过程做出正确的评价之后，对于偏差大于规定标准的状态参数必须进行调整，作出最优控制策略，进而通过一定的组织机构，运用控制和调节的机制，保证决策方案的有效实施。

2、加强技术文件分析与探讨，完善地铁工程施工管理体系。作为地铁工程施工管理的基础，施工管理体系的完善是保障施工质量的基础与关键。现代地铁工程建设施工企业应在工程中标后加强对技术文件的分析与探讨，结合地质勘探报告明确地铁施工难点与质量控制要点。在此基础上对施工管理体系进行完善，以施工管理体系的完善确保地铁工程施工质量，促进工程施工建设质量管理工作的开展。

四、地铁隧道施工风险管理

地铁隧道工程作为一项大型工程项目，存在着大量的不确定性风险因素，这些不确定性风险因素加大了地铁施工技术的难度，严重地影响着地铁隧道工程建设目标的实现。风险管理是地铁隧道工程项目管理中至关重要的一部分，且涉及面广，问题复杂，工作量大。

1、地铁隧道施工风险管理的基本内部。地铁隧道工程项目是一个投资比较大、工期比较长、涉及面广的复杂系统，在这些项目的建设过程中还会存在许多的不确定性和不可预见的因素，因而隧道工程建设中存在较大、较多风险因素。为使各风险因素对工程项目造成的不利影响降至最低，有必要在地铁隧道工程施工中实施合理有效的风险管理。通过风险规划、风险分析和风险监控，科学合理地使用管理方法、技术手段对项目涉及的风险实施有效控制，主动系统地对项目风险进行全过程管理及监控，达到降低项目风险，妥善处理风险事故不利后果的目的。

2、地铁隧道工程的风险辨识

风险辨识是进行风险分析时要首先进行的重要工作，但多被人忽视，因此防碍了对问题作长远、全面的考虑。当进行地铁隧道工程建设时，能引起风险的因素很多，后果严重程度各异，遗漏主要因素是不对的，但每个因素都考虑也会使问题复杂化，风险辨识就是要合理地缩小这种不确定性。

五、地铁隧道信息化管理

在地铁工程建设施工中，施工全过程的信息化管理有助于地铁工程施工的监控、有助于对施工现场各项参数与地质情况的监测。以信息化技术在地铁施工中的应用使企业能够及时了解施工现场情况、优化支护参数、监测地表移动变形等问题，进而及时调整施工方案、保障施工安全与施工质量。利用信息化管理技术提高施工质量、保障施工监测工作的开展，促进地铁工程施工管理工作的开展。

动态化控制促使建设各方高度关注客观条件的变化，是及时优化设计、施工方案的有效手段。但应把握两个要点：一是在工程量调整中必须采用配套的合同管理模式，才能避免违背招标要约和合同原则的问题；二是在隧道的勘察设计中，必须加深前期地质工作，确保初始施工组织设计的合理性，以减小动态调整的幅度。对于隧道的进度控制，应该广泛运用网络技术，摸清影响进度的关键工序和关键环节，以便有针对地采取措施，提高进度控制力度。

六、地铁隧道施工企业质量管理

强化施工企业质量管理意识，促进地铁工程施工质量管理工作的开展。在现代地铁工程建设施工中，施工企业质量意识的强化对地铁施工质量管理工作的开展、相关制度的完善都有着重要的意义。针对施工技术简单、施工企业经验丰富造成的质量意识薄弱问题，地铁工程施工企业应加强自身质量管理意识的强化。通过全员施工质量控制与管理意识的树立，为施工过程中各项质量控制管理工作的开展奠定基础，保障工程施工质量。

1、完善管理网络，把质量、安全职责落到实处

从源头上控制质量和安全生产风险。建立人、财、物等资源向优秀经营管理者集聚的机制，充分发挥生产要素的作用；成立项目评审机构，剔除营利水平低、施工管理难度大、质量和安全生产风险高、工程款支付能力差的施工企业。

2、强化现场管理，实行动态监控

要进行质量安全生产专项整治工作，统一思想、有序布置，排查反思、检查督办，才能很到良好的效果。专项检查中检查出来的隐患，能现场整改的整改，不能现场整改的落实专人整改。专项整治及隐患排查期间，实现现场动态管理。

3、广泛动员，全员参与，积极开展质量安全宣传教育活动

安全教育以内部和外部培训相结合的原则，及时组织项目经理、安全员参加考核培训。组织学习安全生产法律法规。对安全员、生产骨干应具备的素质和条件，以及安全员职责和工作任务都提出明确的要求；通过培训学习，在思想上认识到从“要你安全，变我要安全”的观念。进一步提高全员的安全意识。

4、加强质量安全队伍自身建设

加强队伍自身建设，认真学习国家相关法律法规、施工规范。

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关键词 地铁隧道；火灾；防火

中图分类号 U231 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)012-0170-01

1 城市地铁隧道工程火灾特点

1.1 烟、热危害严重

因地铁出入口少，空气流通不畅，通风不足，氧气供应量不足，发生不完全燃烧，致使一氧化碳、二氧化碳等有毒气体的浓度迅速升高，高温烟气的扩散流动，不仅使所到之处的可燃物蔓延燃烧，更严重的是导致疏散通道能见距离降低，即使在强力照明条件下能见度也只在1.0 m以内，影响人员疏散和消防队员扑救火灾。由于地铁的内部空间比较封闭，发生火灾后，烟、热不能及时排出去，使热量集聚，内部空间温度上升很快，发生“轰燃”的时间也比较短，但发生“轰燃”后，由于通风量的限制，轰燃之后的燃烧速度比地面建筑慢，而且燃烧产物中的毒性成分、一氧化碳等浓度较高，散热慢，由烟、热造成的危害更大。

1.2 人员疏散困难

地铁疏散由于受到条件限制，出入口少，疏散的距离较长；火灾时，人员疏散只能步行通过出入口或联络通道，地面建筑火灾时使用的云梯车之类的消防救助工具对地下的人员疏散就无能为力。最重要的是火灾时，平时的出入口在没有排烟设施或排烟设施效果较差时，将成为喷烟口，高温的浓烟的流动方向与人员逃生的方向一致，都是从下至上，而烟气的扩散流动速度比人群的疏散逃生速度快的多，人们就在高温浓烟的笼罩下逃生，能见度大大降低，使人群心理更加恐慌，同时烟气中的有些气体，如氨气、氟化氢和二氧化硫等的刺激使人的眼睛睁不开，使人心理极度恐惧，可能会瘫倒在地或盲目逃跑，造成不必要的伤亡。

1.3 扑救困难

地下建筑的火灾比地面建筑的火灾扑救要困难得多。我国地下建筑发生的数起大火中，最长的一次延烧时间为41天。这次火灾共邀请了28个单位540名专家研究灭火方案，救火人员死亡4人，80多人受伤；抢救和灭火工作十分艰苦。地铁发生火灾时究竟发生在哪个部位，无法直观火场，需要详细询问和研究工程图，分析可能发生火灾的部位和可出现的情况和危险，才能作出灭火方案。而且由于灭火线路少，出入口又经常是火灾时的冒烟口，消防队员在高温浓烟的情况下很难接近着火点

1.4 火灾蔓延快

隧道内一旦起火，由于烟囱效应，温度和烟气会迅速传播，大部分能量被用去加热通风的空气。此时，顺风侧空气的温度可达到1 000℃以上，炽热的空气在流经途中可把它的热量传递到任何可燃的材料上，这样火可以从一个燃料火源跳跃一个长度引燃下一个着火点。这个跳跃的长度约为隧道直径的50倍。由于地铁相对封闭，和外界的联系只有出入口和换风口，故烟、热不能及时排出，使热量聚集，内部空间温度上升很快，地铁工程火灾具有减光性。当烟气弥漫时，可见光因受到烟粒子的遮蔽而减弱能见度大大降低，同时烟气中的有些气体如氨气、氟化氢、二氧化硫等的刺激使人的眼睛睁不开从而妨碍人员的疏散。火灾时的浓烟滚滚使人们的心理产生恐怖感，有的失去活动能力瘫倒在地，有的失去理智盲目逃跑造成不必要的伤亡。正因为地铁隧道的这些特点使得在地铁隧道内消防措施应该采用最技术先进、行之有效的方法。

2 地铁工程的防火手段与发展

我国地铁工程现有的消防设施系统主要有消火栓灭火系统，化学灭火设施，自动报警系统，自动喷水灭火系统，防火防烟分区，防排烟系统，安全疏散和结构耐火的设计。而现在“消”方面在隧道区间主要采用的仍是比较传统的自动报警+消火栓灭火系统，只有在设有商业网点的车站站厅才设自动喷水灭火系统，在车站管理用房和设备用房内，因其设备的特殊性通常采用化学灭火设施。

2.1 消火栓灭火系

消火栓灭火系统目前仍是地铁消防设计中采用的主要灭火工具，因其价格便宜，安装方便而被普遍采用。消火栓用水量按全线同一时间发生一次火灾考虑，消火栓的布置要保证任何位置失火，都能同时有两股水柱到达。

2.2 自动喷水灭火系统

自动喷水灭火系统具有很高的灭火、控火率，且不污染环境，应该有很广阔的应用前景。但目前在地铁工程消防的设计中应用的很少，只有在设有商业网点开发的车站才设自动喷水灭火系统，原因是多方面的。不采用的原因经济上是因为费用太高，在灭火效果上的原因是认为使用自动喷水会使烟气层高度降低，扰乱烟气层的流动规律，不利于排烟和疏散。但是，自动喷水也有很多优点。

1）可扑灭初期火灾，消火栓灭火系统灭火要经历发现火灾、报警、然后消防员去救火。等到消防员赶到出事地点时可能火灾已经发展到无法控制的地步，错失了灭火的良机。而且地铁内着火外部很难发现具体的着火点，又给扑救带来了困难。

2）采用细水雾，可降低烟气浓度，且用水量少。

3）可靠性更高。

2.3 防火分区和防排烟系统

车站每一个防火分区最大允许使用面积不大于1 500 m2，采用水幕保护的防火卷帘。防烟分区面积最大为750 m2。发生火灾时，人员的伤亡绝大多数是被烟气熏倒、中毒、窒息所致。因此，地铁工程中的防排烟系统就特别重要。以免影响疏散。安全疏散系统:车站内设最高优先权的防灾广播。且确保车站乘客在6 s内疏散完毕，即列车远期高峰小时满载的乘客和站台上候车的乘客以及工作人员在内全部安全撤离，设计时确保下车乘客至就近通道和楼梯间的最大距离不超过50 m。

2.4 结构耐火设计与性能化防火

地铁的地下工程及出入口、风亭、地面车站均应按一级耐火等级设计，装修材料按一级防火要求。采用钢筋混凝土结构，且要对钢结构进行防火保护处理。地铁工程火灾的防护应严格执行地下工程防火规范，贯彻“预防为主，防消结合”的方针，进一步完善人防工程防火设计及施工规范，尽快组织专家编写地下工程的消防设计规范和施工技术规范。随着社会经济的飞速发展和建筑科技的长足进步，新型建筑的大量出现使性能化防火设计成为一种新型的防火设计方法。

3 结论

传统的处方式设计己经不能满足新型建筑的防火需要。但在地铁防火设计中，性能化防火设计采用的还很少，在我国，性能化防火设计方法已受到越来越多的人们的重视，发展与采用性能化防火设计已成为人们的共识，制定性能化防火设计规范也成为许多学者和设计人员谈论的重要话题。

参考文献

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关键词：地铁隧道，防水注浆，技术应用

1案例地铁隧道工程基本概况

某地铁隧道长1697m，沿线地形起伏陡峭，线路高程4555m，埋深3-106m，所在区域年平均降水量220.9mm，周围地质以三叠系板岩夹片岩为主，山坡广泛分布洪积碎石土和坡积角砾土，因此工程施工时需考虑到板岩和片岩的节理、裂隙发育等，另外勘察资料显示隧道周围地表水来自附近沟床季节性流水和地面降水，而地下水来自于基岩裂隙水，水源非常丰富。在施工时发现隧道衬砌结构背后的围岩具有良好渗透性，地表水和地下水渗透到衬砌结构后郁积其中，导致防水层的局部破坏，再加上其他因素的影响，最终出现严重渗漏水问题。为解决工程的渗漏水问题，本工程参照《地下工程防水技术规范》和《隧道排放水技术规范》的相关要求，采取“防、排、截、堵”相结合的施工方式，借助注浆、喷涂等方法，旨在减少围岩变形和加强混凝土薄弱位置，保证地下水排放量达标。与此同时，本工程还参照《地下防水工程质量验收标准》，将工程防水等级列为4级，验收时检查是否存在漏水点、流线和漏泥砂现象，而且需将工程平均漏水量控制在2L/・d之内，在隧道内任何位置100范围内的防水面积，平均漏水量不得大于4L/・d。

2案例地铁隧道工程防水注浆技术的应用方法

在了解案例地铁隧道工程施工背景概况的基础上，可以看出该地铁隧道工程渗漏水问题解决的迫切性，而防水注浆技术，在相关工程当中表现出优良的适用性，在此分别对本隧道围岩、结构缝、衬砌背后进行防水注浆施工：

2.1围岩防水注浆方法

本隧道围岩掌子面位置，涌水问题颇为严重，直接威胁开挖面的稳定性，需对该位置的防水注浆，具体施工方法如下：

（1）注浆准备。在注浆之前，将砼喷射于掌子面之上，在喷射厚度约15cm之后，检查掌子面是否完全嵌入初支里面，目的是避免掌子面注浆期间出现泡浆现象，与此同时，于掌子面放线和标出注浆孔位置，依次摆放和调试钻孔机具，对准标注好的孔位钻孔。钻孔期间，外插角必须调整，同时观察地层变化状况，以此判断钻孔位置是否准确和作为注浆效果分析依据。每钻完一个注浆孔，立刻将注浆管插入其中，留出约10cm连接输浆管，同时将速凝砂浆注入注浆管与注浆孔之间的缝隙。

（2）注浆施工。围岩防水注浆所需的浆液，借助漩流式搅拌机均匀搅拌而成，期间同时放水和投入外掺剂，在搅拌溶解后，投入水泥搅拌约5min，然后将搅拌好的浆液，过滤后倒入储浆桶。注浆时，压水试验管路密封性程度和注浆泵运转情况，视情况控制注浆的高度、速度和水灰比，以及观察注浆压力、孔口、掌子面的情况，如果发现异常，譬如掌子面跑浆，需进行及时处理。每个孔注浆后2小时内，检查各个孔的出水量，并与标准渗漏水设计量比对分析，如果大于该设计量，则需要重新扫孔、钻孔、注浆，直至出水量合格，同时记录好注浆期间流量、压力等变化情况，作为判断注浆成效的依据，并在注浆结束后，清洗干净管路、设备等，以免残留的浆液堵塞管路而影响设备正常使用。

2.2结构缝钻孔化学注浆方法

结构缝需采用钻孔化学注浆方式，即在确认裂缝位置后，标注孔位、钻孔和利用压力水冲洗裂缝，再进行化学注浆，其施工方法如下：

（1）裂缝位置确认。本地铁隧道结构缝确认，需清除干净衬砌表面，找准和标记好裂缝位置，然后围绕裂缝，在其环向10cm的衬砌表面范围内，利用双快水泥封堵裂缝，并在裂缝位置预留检查孔，其中检查孔需与注浆孔保持约2倍的距离。

（2）孔位标注和钻孔。纵向裂缝钻孔位置的标注，必须位于裂缝之上，并且与裂缝保持30cm的纵向距离，而环向裂缝钻孔位置以交错的方式，于裂缝左右侧布置，其中钻孔的间距，结合裂缝宽度而定，裂缝宽度小于1mm时，钻孔间距30cm；裂缝宽度在1mm-3mm之间时，钻孔间距40cm；裂缝宽度不小于3mm时，钻孔间距50cm。钻孔时，选用规格φ12.6mm的钻头，同时借助坡度尺严格调节钻孔的倾角，纵向裂缝与环向裂缝的钻孔，孔深控制在32cm，孔口距离裂缝垂直距离为16cm，倾角为36.03°，钻进时保持冲击力度的均匀和孔洞的顺直，尽可能减少对孔口混凝土的扰动。

（3）压水冲洗裂缝。钻孔后，将风管插入孔底，以高压风将孔内的粉尘等清除干净，然后插入注浆嘴代替风管，以2-13Mpa的水压，通过注浆嘴往孔内压入清水，目的是彻底清除裂缝中的灰尘和润湿裂缝，达到标定估算流水量后，即可停止压水，时间大约在0.5-1min之间，期间如果发现压水时间太长，而且水压回落速度缓慢，则说明钻孔与裂缝没有相交，应加深或者重新钻孔，最后再利用高压风将孔内积水吹干。

2.3衬砌背后回填注浆方法

衬砌背后采用回填注浆方式，需要在标注孔位的基础上，进行钻孔、清缝、封缝、安装注浆管，然后进行回填注浆，其施工方法如下：

（1）标注孔位。分别在拱顶中心、拱顶两侧拱脚、拱脚距离水沟盖板1.8m位置，标出孔位，然后对每个孔进行编号，其中除了拱顶中心的孔位保持3m间距，其他位置的孔位，均以2m为标准间距。所标注的孔位，与环向缝保持至少50cm的距离，以免钻孔时加剧环向裂缝的开裂。

（2）钻孔、清缝、封缝和安装注浆管。根据标注的孔位编号，先钻奇数编号孔，然后再钻偶数编号孔。其中成孔直径与注浆管大小一致，即40mm，孔深则需要超过两层防水板。钻孔后，按照结构缝钻孔化学注浆的方式清孔和封孔，再将准备好的PVC材料注浆管插至孔底，固定好之后将注浆管阀门关闭。

（3）回填注浆。奇数编号孔选用普通硅酸盐水泥浆液，其中掺入约水泥重量9%的抗裂膨胀剂，而偶数编号孔选用GRM水泥浆液。注浆时，先注浆奇数编号孔，按照从下而上的顺序，分别注浆边墙孔、拱脚孔、拱顶孔，注浆压力控制在0.6-0.8MPa范围内，每次在压力达到设计值后，需要稳压5分钟左右，等到压力下降，再继续压浆，直至结束注浆，而偶数编号孔注浆压力控制在0.8MPa，其他注浆工艺一致。注浆期间，要密切观察衬砌结构的变化情况，检查是否存在漏浆、浆液渗出等问题，并及时采取措施解决。

3结束语

文章通过研究，基本明确了案例地铁隧道工程围岩防水注浆、结构缝钻孔化学注浆、衬砌背后回填注浆技术应用的方法，考虑到其他地铁隧道工程防水注浆施工要求和条件的差异性，以上方法在其他工程中应用时，还需要结合具体工程的施工情况，进行灵活参考借鉴。

参考文献

[1]王清江，王悦.地铁隧道衬砌背后注浆防水及裂缝渗水整治技术研究[J].国防交通工程与技术，2012，（1）：72-74.

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关键词：地质钻探技术；铁路隧道工程；应用措施

1地质钻探技术的特点分析

开展铁路隧道工程前，施工单位要对施工区域实际情况进行有效调查，根据工程施工特点明确具体的施工位置，同时需要为地质钻探技术应用做好准备工作。在地质钻探时，需要完成地质探测目标，根据工程施工实际情况，科学、合理规划工程线，开展有效的地质钻探的施工作业式。由于铁路隧道工程特殊要求不多，在实际控制阶段，可充分运用钻探法，在特殊地段钻探阶段，需要根据钻探目标合理改善调整工作计划。此外需要结合铁路隧道工程特征，合理选择钻孔工具，需要针对岩石情况和图纸条件，开展地质钻探工作[1]。

2铁路隧道工程中地质钻探技术存在的问题

当前我国勘察市场缺乏科学化管理，并且逐渐减少投资量，在工程地质钻探过程中主要是利用勘察资料完成相关工作，因此铁路隧道工程比较特殊，一些机构为了获取较多的经济效益，因此增加了弄虚作假的问题，影响到勘察市场的秩序，无法获取预期工作目标。我国不断扩大铁路隧道工程规模，同时不断提高投资力度，虽然具有国家政策支持，但是我国地质勘察地质钻探技术工程水平仍旧较低。对比国外的勘察机构，我国地质勘察队伍存在饱和问题，国家并未终端地质勘察工程的资金链，同时相应的政策。但是在实际勘探工作中，勘察队伍不符合国家发展需要，在地质钻探技术和研发工作中也面临相似问题，在一定程度上限制我国地质钻探工作发展[2]。

3地质钻探技术的具体分析

3.1绳索取芯技术

该技术在运用时，不用反复操作，将岩心取出，如果工具有堵塞可以落实打探的工作，学入其中取出岩心就可以有效完成工作任务。绳索取芯钻探技术操作难度比较低，可以提高整体钻探效率，使整体工作效率水平不断提升。当前在铁路隧道工程中广泛利用绳索取芯技术，因为这项技术具有较低的钻探深度，可以获取完整的岩心。此外具有较高的钻孔效率，可以有效缩短操作时间，促使工作人员投入更多的精力处理意外事故，延长钻头整体使用寿命。此外可以降低工作人员的劳动成本，因此在未来将会进一步拓展这项技术的应用范围。

3.2液动潜孔锤

使用该技术需要加入冲洗液有效运行，有力推进钻探工作，通过反复运动，向钻头传递一定的作用动力，完成工作目标。在反复运动过程中产生一定的冲击力，并有效掌握工作的节奏。当前在复杂地质中更多的利用液动潜孔锤钻探技术，在使用之前工作人员需要全面检查设备，保障设备紧固效果，因此液动潜孔锤钻探工作中震动频率比较大，通过紧固设备，可以提高工作的稳定性，优化整体工作性能。液动潜孔锤钻探技术进一步改进和完善常规钻探技术，可以提高钻探效率和质量，如果岩土层具有较高的硬度，也可以利用液动潜孔锤钻探技术，利用这项技术可以提高整体工作效率，同时可以节省钻探成本。工作人员在利用这项技术可以解决复杂岩层问题。当前不断发展新型钻探技术，也不断扩大液动潜孔垂钻探技，在实际应用阶段也存在不完善之处，例如因此长期用于高强度工作环境当中，很容易损坏钻头，因此工作人员需要加大维护力度，进一步优化钻头工作性能，延长钻头的使用寿命[3]。

3.3反循环钻探技术

循环介质直接影响到反循环钻探技术，如果在实际工作中利用水利作用，通过钻头的钻探作用，把岩心取出。该技术数据准确，并且可以在无水环境下，重要使用此技术，但是在实际应用中存在技术方面的限制，需要施工单位根据工程实际情况酌情考虑应用。反循环钻探技术可以根据介质特征分为两种形式，第一种介质是水，第二种介质是空气。利用空气反循环钻探技术，首先需要压缩空气，利用双壁钻杆外管降压缩空气，并且向钻孔底部输送空气，通过空气膨胀箱岩石上传递作用力，最终利用压缩的空气作用力向地表运输岩石碎屑，因此获取岩土样本，并且需要化验岩土样本。水利反循环系统的工作原理和空气钻探具有一致性，二者的不同之处在于水利反循环的介质是泥沙或者谁，因此获取岩心。对比二者，空气反循环的钻探效率比较高，可以降低经济成本和劳动成本，在干旱缺水地区更加适用，利用水循环钻探技术可以获取更加精确的信息，同时可以辅助化验人员明确地质构造信息，减少工作时间，同时可以降低整体劳动成本，但是这种方式耗能比较大。一些地区的地质具有松软的特征，很容易发生坍塌问题，可以利用两种钻探技术[4]。

3.4组合钻探工艺

当前应用的最为广泛的地质钻探技术为组合钻探工艺，可以综合设备的各种功能，根据不同工具的性能，优化整体工作效果，因此保障地质钻探工作效果。组合钻探工艺具有很强的综合性，通过结合绳索取心和反循环取样技术，提高整体工作效率，降低人工成本，因为组合钻探工艺具有广阔的适用范围，工作人员可以结合工程施工需求，合理选择钻探手段。

3.5空气泡沫钻进技术

空气泡沫钻主要是混合气体和液体以及发泡剂，因此形成泡沫流体，可以用来冲洗介质。在工程勘探工作中遇到空巷等底层，利用传统钻进技术无法获取准确的资料，甚至会引发工程事故。利用空气泡沫钻进技术可以避免发生钻孔漏失问题，使地质钻探效率因此提高[5]。

3.6其它新材料技术

除去上述的地质钻探技术，当前在铁路隧道工程中开始利用一些新型材料，例如在干旱地区可以利用节水钻探技术，在研究钻头的过程中，利用超声波技术制作出金刚石钻头，根据这些地质钻探技术的特性，在不同的地质环境中利用，工作人员需要经过实地考察合理选择地质钻探技术，有效节省钻探成本，同时进一步提高地质钻探工作效率。

3.7在地质勘查中全面应用钻探技术

地质钻探技术在地质勘察工作中广泛利用，在各个地质勘察阶段都可以利用，因为不同的地质钻探技术具有不同的优缺点，在实际应用阶段需要综合考虑自然因素和人为因素，把握钻进深度和钻孔目的，合理选择钻进方法。在选择地质钻探技术的过程中，工作人员需要根据不同的情况合理选择钻探方式，高效获取岩心。在勘察地下水文的过程中，工作人员需要结合钻孔结构含水层的要求，在土层钻探过程中，主要是利用干钻，同时需要尽量缩短钻探工作路程。因为我国地质钻探工作已经发展一段时间，因此已经形成了完整的技术体系，勘察人员在勘察阶段，需要严格遵守工作规定，掌握各种专业知识，严格遵守具体的操作流程，顺利开展勘察工作。此外需要根据铁路隧道工程的需要，制定出科学的规定，在地质勘察过程中，钻探人员需要合理选择取土方式和钻土类型，使钻探工作效率进一步提高。

4钻探技术设备的应用方法

4.1击入法

在各种地质条件中都可以利用击入法，在取料阶段，工作人员需要利用轻锤多次冲击钻孔外侧，此外也可以可利用重锤少量冲击钻孔内部，在硬质土层中击入法应用效果比较好，结合可靠性数据，利用孔内重锤法，可以提高整体工作效率，优化工作效果[6]。

4.2压入法

针对软土地质，在取样阶段需要利用压入法，在实际工作中利用连续性压入法，因此获取土层样品，工作人员需要利用专业的按压装置按压提取目标土层，如果土层比较复杂，可以利用断续压入法，在工作过程中不会扰动土层，为后续工作奠定基础。

5铁路隧道工程地质钻探技术未来发展趋势

5.1技术的未来发展

使用地质钻探，其范式和模式具有单一性的特点，所以在应用时有明显的问题。我们国家不断开拓地质的钻探技术，在地质钻探过程中，要充分运用智能化的设备，开展深入的工作研究工作。所以在开展钻探方式，需要对新技术加以研究、分析，在实际工作过程中，充分运用各技术设备开展工作。

5.2设备的未来发展

当前，我们国家的地质钻探技术在不断发展，铁路隧道工程不断发展，利用传统的地质钻探设备很难满足工程要求，未来满足工程施工要求，需要加大力度研究地质钻探设备。由于设备非常多元化，在设计中如果一味只用单一的设备，可能会造成工序复杂、操作机械等问题，所以在实际工程开展情况下，需要使用具有多功能的设备进行工作[7]。在地质钻探过程中，为了提高岩心采取率，工作人员需要合理选择钻心和取芯工具。在地质钻探工作过程中，工作人员可以选用金刚石钻头，金刚石钻头主要包括高温烧结和低温电镀两种类型，电镀金刚石钻头具有良好的性能，严格根据标准选择电镀钻头，使地质钻探的岩心采取率因此提高。

5.3地质钻探工艺发展

在在地质钻探过程中，钻探工艺直接影响到岩心采取率，因此工作人员需要合理选择钻探工艺。在砂层钻井过程中，需要设置泥浆护壁，利用阶梯式肋骨硬质合金钻头，实现循环式钻进过程，在砾砂中选用方柱状的硬质合金钻头。在钻进破碎石阶段，工作人员可以利用双管钻具，循环开展双管钻工作，使岩心采取率因此提高，顺利开展地质钻探工作[8]。

5.4发展建议

科学技术不断发展，也进一步发展了我国地质钻探技术，但是我国钻探设备还不够先进，需要进一步提高自动化程度，影响到地质钻探工作效率。此外在地质钻探过程中，因为缺乏完善的管理制度，需求高素质技术人员，影响到该行业的发展。为有效提高我们国家地质钻探技术的水平，一是需进一步发展我国地质钻探技术，加强研究钻探设备，积极学习和引进国外先进技术，使我国地质钻探设备的自动化水平因此提高。另一方面在开展地质钻探工作的过程中，需要提高操作人员的安全意识，完善各项工作制度以及有关工作。在开展相关工作时结合人员的专业特点，有效提升地质钻探的工作质量。在开展地质钻探工作时，需要利用各种新方法和新技术，因此研发新技术和新方法需要经历较长的时间，因此为了更好的利用新技术，需要加大力度宣传新技术和新方法，落实现场演示工作，有效应用新技术，进一步发展我国的地质钻探技术。

6结束语

本文分析了地质钻探技术在铁路隧道工程中的应用，为了发挥出地质钻探技术的作用，在实际工作中，需要加强创新和优化，优化地质钻探技术应用效果，同时可以提高钻探效率，为铁路隧道工程施工奠定基础。

参考文献

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[4]张统得,蒋炳,严君凤.地质钻探废弃冲洗液污染特性及脱稳技术研究[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2020,47(04):134-139.

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[7]毛德全.地质钻探工艺技术中的安全与生产管理研究[J].智能城市,2019,5(19):104-105.

篇5

【关键词】地铁 区间隧道 盾构机

成都市地铁一期工程为规划地铁一号线的红花堰至世纪广场段，正线全长15．15km，其中地下线长11．92km，高架及过渡段长3．23km。计有车站13座，车辆段及综合基地1处，控制中心1座，主变电所1座。

1 环境条件

成都市地铁一期工程位于成都市中心南北主轴线和主要客运交通走廊内，沿线建筑物密集，商贸繁荣，交通十分紧张。线路途经火车北站、骡马市、市体育中心、天府广场、省体育馆、火车南站、行政广场、世纪广场等交通枢纽和主要客流集散点以及待开发的城南市级副中心和高新技术产业开发区。

2 地质情况

成都市地铁一期工程沿线第四系地层广布，基岩埋藏较深，由北向南第四系地层厚度逐渐变薄．其厚度36．5-15m，自上而下有下列各层：

2．1 人工填筑层(Q4ml)

2．2 第四系全新统冲积层(Q4al)

上部为可塑粘土或粉质粘土、粉土，厚0．6～4．1m，北薄南厚。下部为卵石土，湿～饱和，稍密-

密实，厚2~10m。卵石成份为岩浆岩质、变质岩质，呈圆形、亚圆形，多为微风化，少为中等风化。卵石粒径一般为4-9cm，部分大于12cm，含少量粒径大于20cm的漂石。

2．3 第四系上更新统冰水沉积、冲积层(Q3fgl+a1)

当其上无全新统(Q4al)覆盖时，一般具二元结构：上部为可塑粘土、粉质粘土，厚0．8~6．4m；下部为卵石土，饱和，—般中密—密实，少为稍密，厚7．0～15．om，北段沙河附近厚度大于25m，卵

石呈圆形、亚圆形，岩浆岩质、变质岩质，多为微风化，少为中等风化，卵石粒径一般为5～8cm，部分大于15cm，由于冰水的携带作用，沉积了较多的大粒径砾石，据试验段地质详勘报告和全线地质咨询报告，现已发现最大粒径达到670nllrl，试验段卵石粒径分析表示：漂石(>200mill)：O～22．3％，卵石(20～200mm)：45．6％-74．6％，砾石(2—20mm)：3．1％-20．1％，砂粒(

2．4 第四系中更新统冰水沉积、冲积层(Q2fgl+al)

主要为卵石土，饱和，中密-密实。一般厚3~9m，最薄1．4m，局部大于15m，9陌成份为岩浆岩质、变质岩质，多为中等风化，具弱钙质胶结，粒径3-8cm，部分大于15cm，含少量大于20cm的漂石。

2．5 白垩系上统灌口组(K2g)

泥岩，紫红色，泥质结构，中厚～厚层状构造，节理裂隙较发育，岩面埋深14-37m。

地下水主要赋存在卵石土中，水量极其丰富，渗透系数K=12．53-27．4m／d，枯水期地下水位埋深3—5m，丰水期2-4m。

3 区间隧道施工方法的选择

施工方法对结构型式的确定和工程造价有决定性影响。施工方法的选定，一方面受沿线工程地质和水文地质条件、环境条件等多种因素的制约，同时也会对工程的难易程度、工期、造价、运营效果等产生直接的影响。

成都市地铁一期工程通过交通繁忙、客流集中、房屋密集、地下管线纵横地带，为减少地铁施工对城市交通和市民正常生活的干扰，宜采用暗挖法施工。

3．1 矿山法

地铁区间隧道采用矿山法施工，是近年来为适应城市浅埋隧道的需要而发展起来的一种施工方法，也称浅埋暗挖法，目前在我国地铁区间隧道建设中已广泛采用。浅埋暗挖法施工工艺简单、灵活，并可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修改设计和施工工艺，以达到安全、经济的目的。

根据线路纵剖面设计，该段区间隧道全部位于饱水的砂卵石地层中，隧道施工前必须在沿线超前进行施工降水，并且由于砂卵石土层松散，无胶结，本身无自稳能力，因此开挖前必须在拱部采用管棚进行超前支护，控制围岩的变形，防止隧道上方围岩坍塌。并通过管棚对地层进行注浆加固，使拱部砂卵石层得到胶结，形成注浆加固圈，以提高砂卵石层的自稳能力。施工时原则上应少扰动围岩，宜采用管超前、短台阶、短进尺，环形开挖留核心土，及时施作初期支护，并修建仰拱尽快形成封闭结构，勤量测及时反馈信息。并及时对初期支护背后进行回填注浆。

1992年施工的成都市顺城街人防工程盐市口地段，采用暗挖人行通道连接，其通道全长55．093m，开挖宽度5．8m，净高5．6m，隧道基底埋置深度为15m，顶部覆盖层厚度7．55m。其工程位于饱水、松散、无胶结的砂卵石地层中，施工中采用了松散围岩浅埋暗挖法，包括大面积井点降水、大管棚注浆超前加固、密排小管棚超前预支护及格栅支撑和模喷混凝土等技术，取得了成功。

成都市顺城街人防工程所处的地质条件及周边环境类似地铁暗挖区间隧道。因此，人行通道的建成是地铁区间隧道采用矿山法施工的一次成功的尝试，为地铁工程提供了十分宝贵的经验，也提出了工程中须解决的技术问题。人行通道施工时曾考虑了小导管超前注浆加固和长管棚超前注浆加固两种方案。小导管施工简单、灵活，无须大的钻机设备，可加快施工进度，费用较低。但根据多组小导管成孔的试验结果证明，在这种密实的的砂卵石地层中，用一般铁路隧道常用的凿岩机钻孔，成孔困难，由于卵石卡钻导致无法钻进，也无法插入钢管，故最终采用了潜孔锤冲击旋转跟管钻进成孔工艺，边钻进边跟管，形成旋转钻进，冲击跟管，岩芯管携出砂石之循环作业系统，采用大管套小管的长管棚方案，取得了成功。

成都市地铁一期工程区间隧道大部分地段通过中密～密实的Q3砂卵石地层，其卵石含量高，且大粒径卵石含量较多，经施工降水后，其地层较紧密，采用常规技术施作超前支护相当困难。因此，如何从设备及工艺上解决超前支护技术，并提高工效，降低造价是成都地铁一期工程能否采用矿山法作为区间隧道主要施工方法的关键及风险所在。根据国内其他城市地铁工程的经验，由于矿山法施工条件所限，往往工程质量控制较难，工程竣工后，衬砌开裂及渗漏水比较普遍。成都地铁区间隧道位于饱水的砂卵石地层，渗透系数大，地下水补给充足，因此，如何保证防水混凝土及防水板施工质量，避免地下水的渗漏，对于确保地铁运营安全和保护周围环境至关重要。

线路出红花堰站后将下穿3栋7层楼住宅房屋(条形基础)，铁路站场股道，随着线路向南延伸，还将穿过房屋群、两处河道段及火车南站站场股道。如前所述，采用矿山法施工必须在整个施工过程中实施降水，降水影响范围达到500m左右，由于在粘性土之下或卵石土层中存在饱和状的稍密-松散状态的砂、粉细砂土，因此沲工降水引起上覆土层的固结沉降对两侧浅基础房屋及地下管线将会带来一定的影响。由于成都地铁砂卵石土为松散、无胶结、无自稳能力的地层，因此暗挖沲工通过建筑物下方时，除要保证基础与隧道顶部之间有一定距离外，最主要的是要采取有效措施减少围岩变形，将其沉降量控制在不影响地面建筑物的安全和正常使用范围内。线路通过府河、南河段，由于受邻近车站埋深或既有建筑物的控制，隧道仍然在砂卵石中通过，因此在两处河道段采用矿山法施工在技术经济上是不现实的。

综上所述，根据全线的工程地质和水文地质情况、周围环境条件，目前推荐矿山法作为成都地铁区间隧道主要施工方法条件不成熟，但在区间隧道联络通道或渡线地段可采用矿山法施工。

3．2盾构法

盾构法是暗挖隧道施工中一种先进的工法。盾构法施工不仅施工进度快，而且无噪音，无振动公害，对地面交通及沿线建筑物、地下管线和居民生活等影响较少。由于管片采用高精度厂制预制构件，机械化拼装，因而质量易于控制。盾构技术的发展，尤其是泥水式、土压平衡式盾构的开发、使之在松散的含水砂层、砂夹卵石层、高水压地层等所有地层中进行开挖成为可能，所以当工程地质和水文地质条件以及周围环境情况等难以用矿山法和明挖法施工时，盾构法是较好的选择。上海地铁及广州地铁盾构施工的区间隧道工程质量优良、对城市环境影响小，所取得的成就令人瞩目。因此，地铁区间隧道采用盾构技术已成为发展的必然趋势。继以上两城市采用盾构技术之后，南京、北京、深圳地铁区间隧道，均采用了盾构法施工，目前工程正在实施之中。

3．2．1盾构机类型的选择

盾构施工法是“使用盾构机在地下掘进，边防止开挖面土砂崩塌，边在机内安全地进行开挖作业和衬砌作业，从而构筑成隧道的施工工法”，因此，盾构施工工法，是由稳定开挖面、盾构机挖掘和衬砌三大要素组成。选择盾构施工方法时，在充分掌握各种施工方法特点的基础上，根据工程的围岩条件，选择能保持开挖面稳定的机型，对于确保施工顺利和安全可靠至关重要；成都地铁通过地层为富水的松散、无自稳能力的砂卵石层，砾卵石含量高，且在隧道范围内可能存在随机分布的少量大粒径漂石，因此，所选择的盾构机，既要能确保开挖面的稳定，又能处理少量大粒径漂石。据调查，目前世界上已有相当数量的工程实例及相应的盾构机设备。

如瑞士的Grauholz隧道是—座长5．5km的铁路双线隧道，内径10．6m。通过地段地质十分复杂，由于冰河时代阿尔卑斯山的冰川汇人该地区，松散的土壤沉积物构成了该地区的整个地质构造：粘土、细砂、中砂及卵石，还可能遇到抗压强度高达200MPa，尺寸超过几米的大块砾石。由于隧道两端洞口区段由富含地下水的松散沉积物构成，中间段通过稳定岩层，盾构机选用直径为11．6m的混合式盾构，在松散地层中采用泥浆盾构的开挖方式，利用锚固在刀盘上的刀具切割大砾石，在岩层地段采用敞开式掘进方式。又如德国汉堡4座易北河公路隧道，隧道长3．1km，内径12．35m，隧道沿线遇砂、淤泥、冰河漂流物以及直径大于2m的大块漂石。隧道掘进采用直径14.2m的混合式盾构机，以泥浆支护其开挖面，完成了其中2 561m地段的隧道工程。英国Fylde Coastal水利改建工程、加拿大Shcppald大街地铁隧道，成功的采用盾构机刀盘上的滚刀处理了地层中卵石。在日本，由于地质条件复杂，位于山地河流带多为砂卵石且含有大漂石地层。据不完全统计，在最大卵石粒径>400mm的砂卵石地层中，采用盾构法施工的工程实例见表1。由此表明在日本采用土压平衡式盾构或泥水式盾构在砂卵石且含有大粒径卵石地层中进行盾构隧道施工已有相当多的工程实例。

在自稳性差的饱水砂卵石地层中，为了保持开挖面的稳定应选择密封式盾构机，但究竟是选用泥水式盾构还是土压平衡式盾构机呢?下面将从开挖面稳定、大粒径漂石处理方式、排土设备、造价四个方面进行比较。

3．2．2开挖面的稳定

泥水式盾构是在盾构正面与支承环前面装置隔板的密封仓中，注入适当压力的泥浆，并与大刀盘切削下来的土体混合，经充分搅拌后形成高浓度的泥水，然后用排泥泵及管道输送至地面。由于有一定压力的高浓度泥水可在较短时间内使开挖面土体的表面形成透水性很低的泥膜，使泥水压力通过泥膜向土层传递，形成地层土水压力的平衡力。泥水盾构对地层扰动最小，地面沉降小(可控制在10mm)，易于保护周围环境，如广州地铁一号线黄沙—公园前地段，隧道通过饱水砂层、淤泥等软弱地层，地面有密集的明末清初旧房，地铁施工采用两台泥水式盾构，成功的完成了四个区间盾构隧道，地面沉降基本控制在10mm以内。因此采用泥水式盾构通过建筑和铁路股道，安全性高。

土压平衡式盾构是指在推进时靠由刀盘切削下来的土体使开挖面地层保持稳定的盾构。盾构的前端紧靠刀盘设置密封仓，盾构推进时，前端刀盘旋转切削土体，切削下来的土体进人密封土仓，当土仓内的土体足够多时，可与开挖面上的土、水压力相抗衡，使开挖面地层保持稳定。盾构在砂卵石地层中掘进时，因土的摩阻力大，渗透系数高，地下水丰富，单靠掘削土提供的被动土压力，常不足以抵抗开挖面的水、土压力；此外，由于土体的流动性差，使在密封仓内充满卵石土后，原有的盾构推力和刀盘扭矩常不足以维持正常推进切削的需要，密封仓内的碴土也不易于流人螺旋输送机和排出地面。因此，应向开挖面、土仓内、螺旋输送机内注人掭加剂(膨润土或高效发泡剂)，通过刀盘开挖搅拌作用，使注入的添加剂和开挖下来的土砂混合，而将泥土转变为具有流动性好和不透水的泥土，及时充满土仓和螺旋输送机体内的全部空间，通过盾构千斤顶的推力使泥土受压，与开挖面土压和水压平衡，以稳定开挖面。这类盾构称为加泥式土压平衡盾构。

由于土压平衡式盾构，可通过控制排土量或进土量，较好的维持正面水土压力的平衡，在水位高，含砂量大的地段，可加入添加剂，提高土砂的流动性和不透水性，以保持开挖面的稳定。由于它对不同的地层有较好的适应性，所以目前土压平衡式盾构机已占绝对优势，国内地铁绝大多数选用土压平衡式盾构机施工区间隧道，均取得了较好的效果。与泥水式盾构相比，在砂、砾石层中掘进时，只需加适当的添加剂，就能保持开挖面的稳定，但省去了分离设备，因而加泥式土压平衡盾构的出现是盾构法技术的一大进步。

3．2．3大粒径漂石处理力式

成都地铁区间隧道主要通过Q3，砂卵石地层，根据试验段地质详勘资料分析及全线地质咨询报告，漂石占0-22．3％(重量比)，已发现最大漂石粒径670mm，在局部地段大粒径漂石富集成群，因此，无论选用何种盾构机，都有大粒径漂石破碎问题。

(1)泥水式盾构

由于泥水式盾构是采用排泥管和排泥泵进行出土，—般可以连续输送的砾石长径应小于排泥管直径的1／3。通常排泥管直径为100-200mm，因此被排除的砾石直径最多为50-70mm。试验段地质详勘资料表明，在Q3层中粒径大于80~60mm的漂卵石，达到了2．4-75．7％(平均达31．61％)，也就是说，在排泥管之前有较多数量的石块需进行破碎，从目前掌握的资料可有两种处理力式。

①工作面破碎+机内破碎

在工作面利用刀盘上布置的滚动刀将大粒径的漂石破碎至300-400mm，然后通过刀盘上的开口将卵石土放进机内进行第二次破碎，其破碎设备可放在压力仓内，也可设在后方排泥管之前，将砾石再次破碎后，才进入排泥管。

②工作面破碎+砾石分级

工作面刀盘上的滚刀将大粒径漂石进行第一次破碎之后，利用在压力仓与排泥管之间设置的旋转式分级器进行砾石分级处理，将粒径大于50—70mm的砾石分离出来，采用斗车等运输工具运至洞外。

因此，在含有大粒径砂卵石地层中采用泥水式盾构，需要对砾石进行两次处理，出土效率必然降低。

(2)加泥式土压平衡盾构

加泥式土压平衡盾构是采用螺旋输送器进行排土，由于配备的螺旋机直径受到盾构机尺寸的限制，所以可能排除的卵石直锄；受到限制，如中轴式螺旋输送器直径为700mm时，通过最大砾石粒径为250mm，采用带式螺旋输送器虽然可以连续排除砾石的粒径要大得多，但是对于少见>600mm的漂石输送亦有困难，所以仍需利用刀盘上的滚刀将大粒径的漂石破碎至300～400mm左占，然后通过刀盘上的开口放进机内后采用带式螺旋输送器排土，所以采用加泥式土压平衡盾构只进行一次破碎，且破碎的数量较少，出土效率高

3．2．4 排土设备

(1)泥水式盾构

泥水式盾构是通过排泥管和排泥泵将土石送至地面泥浆处理场，经分离后的泥浆再通过送泥管输送至工作面。由于开挖下来的石土为砂卵、碎土石，对排泥管和泵的摩耗较大。在管路弯曲部位或盾构机不可能更换的部位，应采取厚管壁管道等措施。排泥泵的能力必须能确保所需的流量和扬程，还必须确保碴土中的固体物能够顺利通过。

(2)加泥式土压平衡盾构

排土设备可选择中轴式螺旋输送器或带式螺旋输送器。中轴式螺旋输送器可连续排除石块的粒径受限，但是止水性和耐压陛较好。带式螺旋输送器可排除400mm石块，但止水性差。为解决带式螺旋输送器产生土砂喷发现象，除加人添加剂外，可在输送器上加设滑动闸门、锥阀等止水装置，或采用两段带式螺旋输送器来解决。

3．2．5设备费用

泥水式盾构需配置庞大的泥浆分离设备，费用高，占地面积大。成都地铁拟定的盾构始发井地段难以找到其场地。加泥式土压平衡盾构开挖出来的含部分添加剂的土石如不进行处理，则可省去大笔分离设备费用和场地。两者相比较加泥式土压平衡盾构机设备费用低。

3．2．6推荐采用的盾构机类型

(1)技术经济比较

以下从十一个方面对泥水式盾构和加泥式土压平衡盾构进行比较(表2)

表2 泥水式盾构与加泥式土压平衡盾构优缺点比较

(2)类似工程经验

表1表明在日本含大粒径漂石的砂卵石地层中多采用土压平衡式盾构机施工。另外《隧道标准规范(盾构篇)及解说》(日本1996年)中对盾构施工现状问卷调查表明，目前在日本类似成都地质条件地层中加泥式土压平衡盾构使用的工程范围远大于泥水式盾构。(注：泥水加压式盾构即为泥水式盾构，泥土压式盾构即为加泥式土压平衡盾构)成都市地铁一期工程区间隧道可采用泥水式盾构或加泥式土压平衡式盾构，但经以上技术、经济比较及参考类似工程经验，推荐加泥式土压平衡盾构。

篇6

关键词：地铁隧道，盾构法施工，成本

1 工程与地质概况

1.1 工程概况

北京地铁十号线（含奥运支线）十一标段，包括麦子店西路站~亮马河站和亮马河站～农展馆两个区间，使用两台盾构同向推进。先后从麦子店西路盾构始发井，分别掘进左、右线至亮马河站北端头井，然后转至农展馆；再从农展馆出发，掘进至亮马河南端头井结束，前后依次掘进长度为2121.6m和697m，施工流程如图1。

区间隧道为单圆隧道，圆形区间隧道的内径为5400mm，外径为6000mm。采用有一定接头刚度的单层衬砌。衬砌环全环由三块标准块、两块邻接块及一块封顶块构成。衬砌环环宽为1200mm，采用错缝拼装。

1.2 地质概况

北京地铁十号线（含奥运支线）十一标段隧道穿越粉质粘土③1层、粉质粘土④层、粘土④1层、粉土④2层、粉细砂④3层、卵石圆砾⑤层、中粗砂⑤1层、粉细砂⑤2层、粉质粘土⑥层、粘土⑥1层、粉土⑥2层、细中砂⑥3层、中粗砂⑦1层等土层，地层交错混杂。

隧道沿线地下水包括：上层滞水（水位埋深为2.30～7.70m）、潜水层、承压水，地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢结构具弱腐蚀性，在干湿交替环境下对钢筋混凝土中的钢筋具弱腐蚀性，在长期浸水条件下对钢筋混凝土中的钢筋无腐蚀性。

2 地铁隧道盾构法施工成本的主要影响因素

2.1 盾构的选型

盾构选型主要包括：盾构类型的选择，如泥水式还是土压式；盾构具体结构的选择，如刀盘形式、刀头配置、开口位置及开口率、推进千斤顶的推进行程等。盾构选型不仅直接关系到设备的购置费，更与造价的合理性有关。不合理的选型，一方面会因为设备的预留储备过多，设备的利用率低，从而造成设备购置费用占整个工程造价的比重过高，形成不必要的浪费；另一方面，如果所选盾构不具有很好的地层适应性，不仅会造成高能耗低产出，而且会造成工期的延误，从而最终导致工程造价的剧增[2]。

因此，合理而科学的盾构选型应结合拟建隧道的功能、总长度、埋深、地质条件、沿线地面建筑物、地下构筑物和管线等环境条件，以及对地表变形的控制要求等做综合的分析后决定，从而使得所选盾构产生最大的费效比。

土压平衡盾构能够适应从砂、粘土到卵石的各种地层。对于地层中有较大粒径的卵石，在盾构刀盘的设计上应采用合适的刀盘开口率及开口口径；为保证开挖下来的卵石、土的流动性、可排性，有效地稳定开挖面，可在密封仓内加入添加材料（如泥浆，专用泡沫等），螺旋输送器也应保证大粒径卵石的排出；针对施工中的承压水，为防止在出碴过程中出现喷涌现象，盾构机的出土装置应能应付较大的地下水压力。另外，进一步对泥水式平衡盾构和加泥式土压平衡盾构的主要特性进行了比较，其内容与结果详见表1.

根据表1[1]的两种机型技术特性的比较结果可以看出，对于北京市地铁十号线十一标隧道盾构法施工，加泥式土压平衡盾构的技术经济比较合理，建议为首选机型，概略图如图2。

2.2 土的工程地质性质

北京地铁十号线（含奥运支线）十一标段沿线多种地层并存，交错混杂。根据隧道穿越的不同地层，沿线可划分为3个地质段，分别为粉质粘土、粘土、粉土地质段；粉质粘土、粉细砂、中粗砂、细中砂、粉土地质段；粉细砂、卵石圆砾地质段。

2.2.1 粉质粘土、粘土、粉土地质段

该地质段的地层土体密实度高，土中粘粒成分较多，而隧道下部已进入承压水中，土体遇水粘度大，因此土体有很好的自稳能力。开挖面平衡以及有效的地表沉降控制均较易实现，沿线同步注浆压力及注浆量较恒定。刀具磨损小。但粘性土较易附着于刀盘表面及靠近中心区域的刀盘开口，有时泥土层会越积越厚，形成大“泥饼”，阻碍施工的正常进行，造成切削效率降低，刀盘扭矩增大；切削土体进入土仓后也易附着于仓板表面，常发生螺旋输送机的粘附堵塞，盾构不能正常掘进，导致工期延长，施工费用增加。

因此，有必要进行土体改良，采用泡沫、膨润土等外加剂来改善土体的流塑性和渗透性，在增加土体流动性的同时降低其附着性，防止土体附着于刀盘或土仓内壁，效果十分显著。并根据出土的情况、盾构掘进速度、刀盘扭矩等参数合理调整泡沫在注入管路分配和注入位置，使刀盘前方、土仓内和螺旋输送机内都能够有适量的泡沫注入，使土体改良效果达到最佳，从而提高盾构掘进效率，降低工程造价。

由于泡沫、油脂等材料消耗较少、同步注浆压力及注浆量较恒定、刀具磨损小等因素，相对来说，施工成本较低。

2.2.2 粉质粘土、粉细砂、中粗砂、细中砂、粉土地质段

在该地质段隧道已进入潜水位。隧道中部为粉细砂、中粗砂，土层较厚；顶板为粉质粘土，土层较薄；底板为粉质粘土、粉土，局部为中粗砂。粉细砂、中粗砂为潜水含水层，易发生涌砂。

该地质段隧道侧壁围岩土体自稳能力差，同时受地下水的影响，一旦被扰动极易发生坍塌、地下水突涌等现象。地层较难在长时间内维持稳定的土仓压力，地表沉降控制难度大，操作不当会产生开挖面上方的局部坍塌。砂性土中含个别砾石，石英含量较大，刀具磨损较严重。沿线同步注浆压力及注浆量比粉质粘土、粘土层有所增加。这些加大了施工难度，影响工程造价。

针对以上问题，在施工中的土体改良添加材料，采用泡沫与泥浆配合使用，改善了土体的和易性、流动性和止水性。隧道上部为粉质粘土，下部为粉细砂、中粗砂、细中砂，属于上软下硬地层，为防止盾构“抬头”，要保持下俯姿态（即倾角为负）。

由于泡沫、泥浆、同步注浆量、油脂等材料消耗增加，刀盘扭矩增大，刀具磨损较严重等因素，导致施工成本比粉质粘土、粘土层要高。

2.2.3 粉细砂、卵石圆砾地质段

隧道断面经过的地层以粉细砂、卵石圆砾层为主，上覆地层为主要为粉细砂，部分为粉质粘土。隧道已进入潜水位，粉细砂、卵石圆砾层为潜水含水层，施工中易发生流砂、涌水等工程问题，是施工中控制难度最大的地段。

根据地质勘察报告，卵石圆砾层属低压缩性土，最大粒径105mm，一般粒径10～30mm，粒径大于2mm颗粒含量约为总质量的55％，土体自稳能力差。切削下来的土体较易堆积在土仓下部而难以充满整个土仓，维持土压平衡的难度增加；大粒径卵石不但切削或破碎困难，而且切削下来的渣土经螺旋输送机向外排出也十分困难；刀盘和螺旋输送机以及密封舱内壁磨损严重，而且盾构掘进过程中产生的震动和噪音对周边环境影响较大；刀盘扭矩明显增大，掘进速度慢，刀具磨损快；停止掘进时土压力消散快，再启动困难；砂、卵石圆砾层的渗透性较大，土仓内压力消散较快，维持开挖面稳定有一定困难。

主要措施：①研究土体改良外加材料的选用以及地层处理效果的改善，除泡沫、膨润土以外增加了压缩空气、泥浆配合使用，有利于实现土压平衡，加强了刀具的、冷却，改善了工作状态，提高了切削效率，大大降低了刀具磨损速度，同时改善了土体的和易性、流动性、止水性和可排性；②向土仓内注入泥浆并充分搅拌，改善土仓内土体的性质，防止土压力的快速消散，保持开挖面的稳定；③为克服刀盘再次启动的困难，用泡沫注入开挖面以利于刀具切削，泥浆注入仓内以降低仓内土体的摩阻力，为刀盘转动提供有利条件；④在掘进操作本身，在保持土压平衡的前提下，通过合理调节排土机构与推进千斤顶，使刀盘顺利启动；⑤由于砂、卵石圆砾层的渗透性较好，卵石粒径较大，土体与管片圆环间的“建筑空隙”加大，注浆压力增大，实际同步注浆量应大于理论计算量，以确保填满全部建筑空隙。必要时，调整砂浆的配合比，增加水泥用量，缩短砂浆的初凝时间，加快管片周围土体的固结，避免地面沉降超限。根据实际情况，为弥补同步注浆的不足，可以考虑采用管片背后二次注浆作为补充，必须保证管片背后空隙充填密实。在本地质段，每环注浆量在“建筑空隙”的160％~180％；⑥砂、卵石圆砾层的渗透性较好，富含地下水，加强盾尾油脂的压注工作，加大盾构的密封功能。

由于刀盘扭矩增大、刀具磨损严重、掘进速度降低、切削效率降低、泡沫、泥浆、膨润土、压缩空气等外加剂使用量和油脂、注浆量增加、设备折旧费和掘进费用增加以及施工监测费用增加等因素影响，致使该地质段成为工程造价最高的地质段。

3 结语

文章主要从盾构的选型和土的工程地质性质两个方面论述了对地铁隧道盾构法施工成本的影响。尤其是通过对土的工程地质性质的分析，得出盾构在粉质粘土、粘土、粉土层中施工成本较低，在砂土、卵石圆砾层中施工控制难度最大，施工成本最高。

篇7

关键词：地铁暗挖隧道；全断面注浆；效果检验

1 工程概况

某地铁车站有4个出入口通道，由于受深南大道及众多市政地下管线的影响，车站出入口通道采用暗挖矿山法结合明挖顺作法施工。暗挖段采用复合式衬砌结构，暗挖长度为35m～40m，断面型式为拱顶直墙断面，开挖面积43m2，结构厚度为：初期支护300mm，二次衬砌500mm。车站4个通道情况基本相同，本文就1号通道的施工来进行介绍。

2 工程地质及水文地质

根据地质详勘图和车站施工所揭示的地质情况来看，1号暗挖通道从地面向下依次为3.5m的素填土，拱部约4m厚的砂层，洞身中部约有1m后的粉质粘土，下部为圆砾或砂层。

本工程地下水按赋存条件主要分为孔隙潜水及基岩裂隙水。

孔隙潜水主要赋存在第四系砂层、圆砾及粘性土、残积层和全风化花岗岩中，局部地段略具承压性。基岩裂隙水主要赋存在花岗岩强风化层～中等风化层中，具承压性。本次勘察期间地下水位埋深0.70～3.60m，水位变幅0.5～2.0m。通过通道明挖段施工，由于施工点紧靠河流，地下水具有流动性。

3 设计辅助措施

由于暗挖通道埋深仅为4m，洞身处于砂层，地下水位高且比较丰富，通道上方为车流繁忙的深南大道，还有众多的地下管线（有φ200燃气管和φ800给水管）。为避免通道暗挖施工对上部管线和深南大道交通造成较大影响，拱顶除采用大管棚和超前小导管注浆辅助措施外，还采取了全断面(开挖轮廓线外1m范围)注浆加固地层，形成止水帷幕，以确保施工安全。

4 全断面注浆的施工

4.1 全断面注浆情况

根据本工程特点和地层状况，以及以往相似工程的实际经验，本工程选用TGRM前进式分段深孔注浆工艺。TGRM是该注浆工艺中采用的特殊注浆材料的名称，该注浆材料是专为地下工程注浆施工而发明的。

TGRM前进式深孔注浆工艺由于其浆液的独特性，工艺特别适合城市隧道下穿道路、管线及既有构筑物的超前加固施工。

由于隧道开挖时对道路和管线（给水管和燃气管）下沉控制的严格要求，注浆材料采用TGRM水泥基特种灌浆料，因为该浆液具有以下几个特点，能有效的控制地表的下沉。

（1）耐久性：该注浆材料主要成分为无机的硫铝酸岩水泥，外加多种特种外加剂组成，为永久性注浆加固浆液，可满足工程10年的使用寿命要求。能有效的控制地表在隧道开挖过后的继续下沉问题。

（2）早强性：该种浆液在水灰比1∶1的使用条件下，浆液2h的强度可达到2MPa，24h的强度可达到10MPa以上，使隧道被注浆加固后，几乎不需要时间等待浆液的强度即可实现开挖施工，有效的提高到了施工效率。

（3）微膨胀性：与普通水泥浆液凝结固化体积收缩相比，该种浆液在注入地层固化的过程中浆块具有1％～2％的膨胀率，能有效的填补隧道在开挖过程中对土体的扰动而引起的地表下沉。

（4）抗分散性：浆材在生产过程中被加入了适当的絮凝剂，使浆液具有一定的抗分散性，该性能的特点是能有效的防止地下水流对浆液的冲散，控制注浆范围，节省注浆材料，对地下水位较高和水流较强的地层具有较好的适用性。

（5）与其他浆液的对比：TGRM浆液同时具有耐久性和早强性的特点，解决了双重管使用的双液浆（WSS和CS浆）性能不耐久（仅3～7d）和浆块强度过低的缺点，进而也解决了使用双液浆加固开挖后的隧道，开挖通过后地表持续下沉的问题（随着双液浆强度丧失，浆液从隧道周围土层渗出，地表持续下沉，时间长达3～4个月，累计下沉量很大）。

（6）与其他浆液的对比：TGRM浆液微膨胀性和抗分散性的特点，解决了普通水泥浆在固化时浆块收缩进而引起地表下沉和地下水位偏高时浆液扩散无法有效控制的问题。同时也克服了水泥浆固化时间较长，注浆后需等待时间开挖，浪费功效问题。

4.2 全断面注浆参数

注浆参数主要根据地层实际情况进行试验确认，并在现场施工中不断完善调整，注浆过程中，结合注浆压力变化情况，现场动态调整优化注浆参数。本次结合砂层和粉质粘土特性，设定注浆参数见下表1。

4.3 全断面注浆的施工

（1）注浆工艺

TGRM前进式分段深孔注浆工艺具体过程是：首先采用水平地质钻机成孔，开孔后安装孔口管，在孔口管内分段向前钻注施工。每一循环进尺控制在2~3m，成孔后退出钻杆，安装法兰盘及注浆管进行注浆，待浆液凝固后拆除法兰盘，再进行钻孔……如此循环，直到钻进深度达到设计要求（见下图1）。

（2）工艺流程图

（3）施工方法及工艺要求

1)注浆范围 TGRM前进式深孔注浆每循环施做长度为14米，开挖12米，留2米作为下一循环施工的止浆岩盘。注浆施工前掌子面需喷射50cm的网喷混凝土封闭。

每断面加固范围为初支结构外1m（如下图2）。根据加固要求，设计钻孔共分8排，总计钻孔数78个。

2)钻孔施工 钻孔施工前必须封闭掌子面，施工止浆墙，以防止在注浆时漏浆。施工钻孔在掌子面范围内进行布设，根据浆液扩散范围确定其角度及长度。

施工顺序：①定孔位：按照图纸要求，在掌子面标示出孔口位置。钻孔角度根据现场具体情况调整；定孔位偏差不得大于20mm，钻孔角度偏差不得大于1°。在凿孔定点上，施工人员要严格按照辐射角度要求进行钻孔注浆；钻孔深度和角度根据技术交底现场确定。

②钻机就位：参照设计图纸要求，严格掌握钻杆深度，要慢速运转，掌握地层对钻机的影响情况，以确定该地层条件下的钻进参数。密切观察溢水出水情况，出现大量溢水时，应立即停钻，分析清楚实际原因后方可继续施工。

③提升钻杆：严格控制提升速度，每次回退出长度不大于20cm，匀速上升。回退出孔的钻杆应及时清洗，以备后用。

④浆液配比：采用计量准确的计量工具，按照设计配方配料。

⑤注浆：根据要求，严格控制每孔注浆量、提升速度、注浆压力，将压力控制在0.15-0.75MPa-之间（可以根据现场情况进行调整）。注浆还应密切关注浆液流量，当压力突然上升、下降，浆液溢出时，应立即停止注浆。必须查明异常原因，采取必要的措施（调节注浆参数、移位、打斜孔等方式）方可继续注浆。

施工机械：根据施工要求及现场施工条件限制，使用能够倾斜和偏移角度的ZDK-5水平工程地质分体式液压钻机。

4.4 全断面注浆效果的检验

全断面注浆完成后，在通道正式开挖前，需进行钻芯取样测定抗压强度，加固后的土体强度需达到1.5Mpa以上，如未达要求，需补充注浆。

5 注浆实际效果

1号通道经3个循环全断面注浆后，经钻芯取9个芯样，只有2个芯样抗压强度为1.0Mpa和1.1Mpa，其他均大于1.5Mpa，经补钻注浆后，进行开挖作业，注浆作业每循环用时10天，共用时30天。由于采取了超前大管棚，同时全断面注浆效果较好，开挖支护作业施工正常，40m暗挖通道经3个循环施工，共用时45天。经监测，通道开挖道路沉降最大量25mm，人行道管线最大沉降20mm。满足设计及规范要求。

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关键词：施工技巧 单一、分离式隔墙技术 连拱隧道修建

1.前言

城市地下铁之间的连接线路繁琐复杂，其结构形式也是多种多样，但都是由不同的三连拱、单连拱隧道连拱组合而成，在施工作业上，由于隧道的断面较多，加大了施工工序的难度，对此分别提出了针对三连拱与单连拱隧道的施工技术方案，并且达到了快速施工、节约成本的目的，是一个优质的施工方案。

2.地下铁路连拱隧道群施工技术分析

（1）地下铁路连拱隧道群包括三连拱隧道与单连拱隧道，针对三连拱隧道，可以直接进行右线的插入，支撑隧道的支柱参考数可以保持不变，隧道保护的安全格栅进行环状的安置，并且全部都是采用混泥土喷洒，保持其不被腐蚀，在隧道中墙地段，固定中心墙拱的锚要加强其承受力，设置位置要相对的固定在拱墙的顶端，要在墙拱安全格栅处安置上一座纵向的安全梁，增加施工作业的安全性跟稳定性；在进行隧道开挖时，要严格按照施工方案的循环开挖尺度，格栅之间的距离最好保持在0.6米；在遇到中墙开挖无法进行人工作业时，可以相对应的使用弱爆破技术，如果在经济允许的条件下可以使用静态爆破，这样就可以减轻爆破时震动对岩层的干扰；开挖作业完工后，就是第二次的衬砌，在中墙空隙的地方进行支柱的回填，做好采用千斤顶作为支柱，其固定性好，不会出现空隙的余留；中墙施工分为两侧进行，不可两侧同时进行，等两侧的中墙都施工完毕了，最后再进行中间岩体的开凿与衬砌[1]。三连拱在施工过程中要注意墙体的结构是否稳固，如果出现墙体岩层变形或者泥土散落、岩层收敛不足的现象，就要及时进行墙体的加固，必要的时候还要停止施工，在对岩体进行加固稳定后，再继续工程的施工。在国内还没有有效的对三连拱中断分离的施工技术案例，对于其预先的隧道结构分析以及隧道施工安全性的检测尤为重要，三连拱隧道的修建也要提前做好各项准备，保证施工工程的有序安全进行。

（2） 地铁隧道还有一种隧道模式就是双连拱隧道对于其施工可以采取右线内折穿过双连拱隧道，使用单一式的施工方案进行施工，在右线穿过隧道小洞口的侧面可以开凿出一条临时的的通道口，在进行中墙拱顶的固定支撑锚设置，跟三连拱的锚设置一样，可以三连拱双连拱一起进行，施工过程中要防止出现偏倒，两边的重要要均衡；中墙施工完后，就进行右线施工，右线施工要按照顺序进行，先从右线比较大的开始，最后再到小的，要保证整条右线是一个环状体，不可出现缝隙；中墙施工与双连拱施工要在右线中墙施工后进行，当中墙施工与双连拱施工进行时，右线施工要停止工作，一直到中墙施工完工为止；单一式的中墙施工技术虽然在双连拱隧道上能得到很好的质量施工，但是其也有很大的弊端，因为连拱隧道内的长度只有二十几米，在进行隧道中期支柱与二次衬砌的次数频繁出现，转换的效率太高，其防水层由于被多次转换在遇到雨水天气，就容易渗水，防水装置不紧密，还有模板，混泥土的喷洒也要多次进行，加长了施工的作业时间，不利于施工的质量保障，中墙施工后期衬砌所需的材料数量多，提高了工程的成本，总体经济大幅度降低，不利于工程的进展[2]。比这一施工方案更好的就是分离式中墙施工，这种工程是按单线进行施工，折线施工是按照相反的方向进行环绕折线，减少施工工序，降低材料成本，不仅具有良好的防水功能，而且能很好的解决隧道结构复杂施工技术问题，提高经济效益。

3.地下铁路连拱隧道群施工运用

（1）地下铁路连拱隧道群开凿多半采用爆破式施工，由于隧道岩层比较密集，城市建筑物较多，为了不影响到城市各项活动的正常进行，最好采用微震爆破技术，在原有的光面层预留下一部分空隙，在爆破施工方案中要设置好爆破力度数值，控制在爆破震动间距的范围内，保证人类的安全[3]。连拱隧道群处在岩层比较深的部分，对于爆破来说具有一定的难度，但是可以才爆破材料上下手，采用低震速乳化炸药，严格安置炸药的位置，控制在每循环0.8米到0.6米之间，引发炸药的导线间隔0.4米，相对减少炸药的装药量，保持其光面的爆炸效率；引发爆炸的装置一般采用雷达管，这种技术是利用非电毫秒的不稳定性进行网络的连接，网络连接的不稳定性会震动炸药的引爆点，实现微震动引爆爆破；在中层开挖，可预留1米的光层面，在周围布置上空眼，同样也不要装置太多的炸药，在进行预留面的第二次引爆后就直接进行人工开凿；经过多次爆破，基本上可以进行岩浆的灌入，分别对中墙拱顶、仰拱处、进行岩浆的注入，岩浆压力要保持在标准值内，中墙注浆完成后方可进行中墙夹层的注浆，每个工序都要按照制定好的方案进行施工。

（2）为了保障施工过程中的安全问题，在对小断面隧道进行施工时，必须进行加固支撑处理，防止爆破时产生的震动感对隧道面进行损害[4]。岩层在爆破时会经受不住强大的震动力而变得松弛、变形，容易引发岩层倒塌，对施工人员造成生命威胁，因此要对隧道面中断的顶孔进行支撑柱的加固，在支撑材料上的选择要求其耐抗性强，例如 I20 型钢，在两端焊接时要焊接到两端的格栅上，利用高强螺栓进行拧压，提高其固定性，中墙的加强锚要设置在中墙的顶端两边，长度、中墙之间的厚度都要设置在规定值内，确保工程的质量。

4.结束语

城市地下铁路连拱隧道群在施工中虽然难度较大，但是采用合理的单一式中墙施工以及三连拱段施工技术也能很好的做到工程质量的稳定，在经济效益上也得到了提高，应广泛的运用到城市地铁隧道的施工中。

参考文献：

[1]牛延山.浅谈道桥工程施工技术方案的编制[J].黑龙江科技信息，2011，9（18）：45-67

[2]沈晓伟.刘均.下穿建筑物条件下地铁区间三连拱隧道设计[J].山西建筑.，2010，7（16）：78-45

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关键词：深基坑；地铁隧道；施工设计

城市发展过程中对于地下空间的利用越来越频繁，地铁系统作为其中一种重要的形式已经在大城市地下蔓延开来。而对于已经建成的地铁隧道来说，后期地上建筑的建造免不了会出现距离地铁区间隧道较近的现象，而在地基施工中需要开挖深基坑，这无论对地铁隧道还是对深基坑工程和未来的建筑体自身都会有许多不利影响。传统的基坑工程施工只需要或者大部分注意力在于保证基坑围护体的稳定性和结构强度上，可想而知，已经不能适应当今的地下环境，所以，新型深基坑施工技术的提出和应用势在必行。

一 地质条件

深基坑施工的地质条件对施工方案有很大影响，它在基坑边坡稳定性分析和围护设计上有着决定性作用，比如基本地质构造、水文地貌、地下水系等，这些都要在基坑施工设计中予以充分考虑，否则会直接影响建筑的质量和安全。比如，在软土地基的条件下，基坑的稳定性就显得极为重要，地基的负载能力、强度和稳定性等是否能够达到建筑项目对于地基的规划要求，是保证工程基础质量的重中之重。

二 基坑围护和挖土施工

现代城市中处于地铁隧道旁的深基坑工程已经颇为常见，虽然深基坑属于临时性开挖，但施工技术却相当复杂，如果施工过程处理不当，不仅会危害基坑自身安全，还会对临近的地铁隧道造成破坏。除此之外，深基坑施工方案的确定已经最大程度地考虑施工过程中的预期变化，但是实际情况总是难以预料，支护结构的强度、位置以及周围岩土的变形等都会随时产生变化，所以，针对这样的现状，在不断总结施工经验的基础上，融合新技术的应用，优化施工方案，才能更好地达到施工效果。现以某地紧邻地铁隧道的地下车库深基坑工程为例试做分析：

由于该住宅楼项目中4号楼离地铁最近，距离仅有15m，而依据当地市政部门地铁规划的要求，该栋楼的主体机构工程必须与规定期限内完成施工，及时封顶，保证地下隧道安全稳定。所以，按照常规施工顺序，应该先完成地下车库深基坑工程施工（地下车库基础底部标高-13.5m），而后对浅基础住宅楼进行施工（4号楼基础底板-6.2m）。然而为了缩短工期，在规定期限内完成4号住宅楼的施工，地下车库结构基础施工就必须在4号楼后完成后再进行，这样的情况就增加了地下车库基坑施工时围护设计和土方施工的难度。

1.基坑围护的要求

基坑工程主要包括基坑支护体系设计与施工、土方开挖等，它是一项综合性很强的系统工程。为确保深基坑工程施工时紧邻的地铁区间隧道的安全，应该综合考虑包括柱列式、板柱式、重力式挡墙、逆筑法等在内的深基坑围护结构类型，寻找最佳的组合方案。但是，无论基坑支护如何设计都要满足以下两个方面的要求：

1.1 对基坑边坡的控制要满足变形要求，不能威胁基坑周围特别是紧邻地铁侧的岩土安全。

1.2 保障基坑顺利开挖，对于含水较多的土质基坑，要进行及时的排水处理，最终为后续施工提供适用性强、稳定性高的空间。

2.挖土施工和围护

由于此地下车库基坑形状相当不规则，开挖深度和面积相对都较大，所以土方施工是该深基坑工程的关键之处。按照一定的顺序，尽量明挖土方，加快挖方速度，同时，在完成挖方以后，要实时顺势地设置钢筋混凝土支撑系统。而在围护方面，该深基坑工程中采用了较为成熟的水泥土搅拌桩和钻孔灌注桩来分别进行挡水、挡土，同时在基坑内加筑钢筋混凝土支撑体，通过这三者的综合作用，形成一个完整独立的围护体系。

3.基坑周围环境的保护

基坑周围环境的保护应该遵循安全可靠、经济合理的原则，通过主动防护的方式最大程度地减小支护结构形变。

3.1 基坑周围管线的保护。

基坑围护设计之前，对于周围的管线分布一定要彻底排查，对于关键地方要适时监测，一些无法移动的大型管线采用隔断处理，当其沉降程度不能满足要求而水平位移满足要求的情况下，可以采用注浆法进行及时处理，处理施工过程要严格谨慎，其加固深度最终应该大于基坑的影响边界线。

3.2 基坑水对于周围环境的影响。

通常基坑施工中会设置防水帷幕，比如注浆帷幕、旋喷桩、深层搅拌桩、素混凝土墙等，最大程度地控制降水的影响范围。但与此同时，防水帷幕也有不足，其成本较高，施工难度较大，同时防水效果也一般，当地基土体发生较大位移的时候，由于防水帷幕自身刚度大、抗拉强度较低，容易出现破裂，降低防水效果。在这种情况下，回灌法就是缓解基坑降水比较经济、实用的方法，它的主要原理是通过工程施工主动将水引入地下水，从而达到抬高和稳定基坑局部地下水水位的目的，防止基坑底部不均匀沉降的发生，而在实际施工中，通常采用井点灌注法对地下水位进行补给。

3.3 支护体系的加固。

基坑工程中比较多使用的围护形式是搅拌桩重力挡墙，其加固成本较低，止水性能良好，施工时间短，但它也有自身的弱点，其变形较大，基坑影响范围也大，在工程设计是可以采用综合挡墙技术。若在重力挡墙实际支护中发现其变形过大，可以通过墙体自身补强技术的应用达到复合挡墙的要求。

3.4 环境监测。

理论情况下围护方案会满足一般条件下的施工要求，但是深基坑的围护隐藏在地下，难以及时观察，所以为了优化施工效果，对于周边环境要进行及时的监测，对周围管线和基坑周围建筑的可能沉降、位移进行监测，如有特殊情况出现，及时发出警报，直至基坑回填完毕为止。

3.5 围护内侧土体加固。

地下车库深基坑的跨度较大，又加之形状不规则，从挖方开始到支护结构形成需要较长时间，而在此期间内又有多种意外因素的可能，所以为了控制此段基坑围护的变形量，应该对跨度较大的围护内侧土体应力集中地区进行重点加固。

三 深基坑施工问题探析

1.紧邻地铁隧道的施工环境非常敏感，深基坑形状呈现不规则状态，土方挖掘深度已经大于10m，这种情况下宜采用钻孔灌注桩和水泥土搅拌桩，同时与钢筋混凝同作为围护支撑，施工时要按照合理的顺序，减少基坑无支撑的时间。

2. 施工过程中，基坑出现过土体滑坡现象，原因是降水措施未能达到预期效果，针对这样的问题，如果能在实际施工中再增加降水点，将降水井点合理科学地进行布置，就能更加有效地控制降水。同时，在基坑开挖过程中，也可以有效地防治基坑底板隆起，凹凸不平，继而更好地保证周边环境不受影响，提高基坑施工质量。

3. 由于该处深基坑施工的特定施工顺序，4号住宅楼与地下车库基础连接处，应该采用以水泥土搅拌桩挡土形式为主，结合其他支撑形式的组合模式，往往能达到比以往住宅楼基础土体密注浆加固措施更好的效果。

4. 施工的关键之处在于挖土施工，它对后续基坑围护变形、周围建筑体沉降等有很大的影响，除此之外，土方开挖的速度也决定着围护变形量，挖土速度越快，与围护配合的越融洽，挖方对周围环境的影响就越少、越小。

结论：

综上所述，不规则深基坑工程越来越多，由于其开挖面积和深度都比较大的特点，施工过程对于基坑周围环境会有较大影响，特别是紧邻地铁区间隧道的深基坑工程质，关系着地铁运行安全。针对这些问题，通过合理选择基坑围护方式，加强对于围护和基坑土体变形的控制，完善此种类型的挖方施工技术，强化基坑围护，将开挖基坑的影响降到最低，保障地铁隧道的稳定和安全，这对于以后相似条件下的深基坑施工有着直接实用的参考价值。

参考文献：

[1]张忠苗，吴世明，赵玉勃，王博.过江隧道深基坑中SMW功法加钢支撑围护结构现场监测分析[J].岩石力学与工程学报，2010（06）：159-160

[2]丁瑜.大型隧道深基坑施工关键技术[J].结构工程师，2012（06）：80-81

[3]张明聚，司峰军，叶新丰，谢小春.深基坑围护混合支撑体系内力与变形监测分析[J].北京工业大学学报，2010（11）：47-48

[4]梁发云，禇峰，宋著，李永盛.紧邻地铁枢纽深基坑变形特性离心模型试验研究[J].岩土力学，2013（03）：91-92

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关键词:双线铁路隧道;坍方;原因;处理

一、工程和施工概况

尕布沟隧道是青藏铁路西宁至格尔木增建第二线工程XGZHQ2标段上的一座双线隧道,进口位于湟源县尕布沟,出口位于湟源县老虎沟,起止里程为DK23+640-DK26+356,全长2716.0m,进口段2336m位于直线上,其余位于R=6000m的曲线上,线路纵坡坡率为14.0‰的上坡。线路经过处山体起伏较大,在尕布沟至老虎沟之间山体走向与湟水河河道大致平行,隧道埋深最大约240m。隧道主要穿越震旦系的片岩及花岗岩,岩石受到地质风化作用和地质构造的影响,岩体破碎,岩层软硬不均,自稳性差,局部固结程度较低的岩石在开挖过程中极易坍塌,节理多以顺层剪切性质为主,节理密集发育段易发生崩塌、掉块、侧壁失稳等不良地质灾害,危及隧道施工安全。

截至2008年12月1日,尕布沟隧道进口仰拱施工523.0m(里程DK23+640-DK24+163),二衬施工490.0m(里程DK23+640-DK24+130)。DK24+150-190段原设计为Ⅲ级围岩,现DK24+150-170段变更为Ⅳ级围岩,格栅钢架,间距1榀/1.2m,DK24+180-190段变更为Ⅴ级围岩,Ⅰ20b钢架,间距3榀/2m 。DK24+170-180段维持原设计。DK24+130-142段防水板、钢筋单层已完成。

二、塌方情况

2008年12月2日凌晨,在进行下台阶左侧DK24+166.6-DK24+169格栅拱架喷射混凝土作业时,发生DK24+163-180段突然从小里程往大里程方向的坍塌,2008年12月2日15点左右DK24+150-163段又出现塌方。现塌体范围为DK24+150-184,拱顶以下碴石充满,塌腔净高17.0m左右,拱顶以上碴石厚度1.6m左右。同时,坍塌段DK24+150后方12m范围拱顶出现裂缝,DK24+150-146拱顶侵限,DK24+142-139左边墙侵限,O2基线处3榀拱架接头向内鼓出且歪斜。坍塌段前方DK24+184-230段(46m)为塌方影响段,围岩扰动大。塌方情况如图1所示。

根据现场分析,造成本次隧道塌方的主要原因是地质实际情况与勘探设计的差别大,原设计围岩为Ⅲ级,实际是Ⅴ级围岩。

三、塌方处理方案

(一)塌方处理需解决的问题

1、塌方体后方已做支护开裂和侵限的处理

坍塌段DK24+150后方8m范围拱顶出现裂缝,DK24+150-146(4m)拱顶侵限,DK24+142-24+139(3m)左边墙侵限。

2、塌方体处理

坍塌体范围长约30m,处理时间长,塌腔范围存在继续掉块、坍塌现象,安全隐患大。

(二)塌方处理方案

1、加固塌体后方支护结构

为保证坍塌范围不再向后方延伸,保证施工人员安全,首先对坍塌体DK24+150后方长20m范围的初期支护进行摸查和加固。从已浇筑二次衬砌部位开始(DK23+130),拆除钢筋、防水板,每次拆除2m范围,初期支护无裂缝、无侵限部位不做处理。有裂缝、有侵限部位按下面方法进行加固。

(1)加固围岩:DK24+130-142段(有防水板段)全断面打φ42径向锚管,锚管长度5m,间距1m×1m,有裂缝及侵限变形部位,锚管加密,加密范围为在其周边扩展3.0m,锚管间距0.5m×0.5m;注1:1水泥单液浆加固岩体,注浆压力2.5MPa以上。DK24+142-150段(防水板至塌体外缘段)危险性大,全断面斜向(朝前)45°打φ42放射向锚管,锚管长度5m,间距1m×1m,有裂缝及侵限变形部位,锚管加密,加密范围为在其周边扩展3.0m,锚管间距0.5m×0.5m;注1:1水泥单液浆加固岩体,注浆压力2.5MPa以上。

(2)增设锁脚锚管:在已完成初期支护O2基线以下,增设φ42mm锁脚锚管,锚管长度5m,每榀12根(拱架两侧各6根),并与拱架焊接牢固,并注1:1水泥单液浆对围岩进行加固。锚管前部钻注浆孔,孔径6-8mm,孔间距15cm,呈梅花型布置,尾部100cm不钻孔做为止浆段。

(3)进行拱顶下沉、周边收敛观测,待围岩确实稳定后,测量断面,如边墙侵限部位不能保证二次衬砌厚度在25cm以上,用风镐将其凿除,及时施做一板二衬。塌体后方初期支护断面和加固情况(见图2)。

2、塌方体处理

(1)封闭掌子面:在坍塌体后方回填碴石,达到形成三台阶作业条件。塌腔洞室边缘(DK24+151)与塌体间顶部相连,但下部与塌体间有深3m左右的空腔,需回填。在塌体边缘第一榀拱架(DK24+150)下方堆码草袋,之后在空腔内泵送回填C20混凝土(见图3)。

(2)超前预支护。穿越塌方体采用φ89×5大管棚加φ42小导管超前预支护(见图4)。

大管棚:φ89×5大管棚长9m,入岩长8.5m左右,设在拱部120°范围,环向间距40cm,纵向搭接长度不小于3m,外插角10°左右,注浆孔孔径30mm、孔距15cm、梅花型布置。由于塌方体块石多,孔隙大,先用混凝土泵泵入1:2水泥砂浆,用以填充石块缝隙,砂浆注入以混凝土泵不能泵入为止;管棚端头安装法兰盘,钢板厚2cm,孔数、孔径与泵管法兰相配套。砂浆泵完后,即再用注浆泵注入1:1(体积比)水泥浆,大管棚端头旁侧焊接φ42小导管40cm长,用于与注浆泵管连接;注入水泥浆前,泵管端头用钢板焊死。大管棚管钻进时如产生坍孔、卡钻现象,可旁位重新钻孔或采用导管与钻头同时钻进的方法,导管前端安装硬质钻头。

小导管:φ42小导管长5m,设在拱部120°范围,环向间距30cm,纵向搭接长度不小于1.0m,外插角30°～45°,注1:1水泥单液浆,固结塌腔内的坍塌体。

根据小导管长度、打入角度、打入难易程度,结合地质超前预报结果推测上部碴石厚度,如碴石厚度小于3.0m,需先通入φ100泵管,管顶口高出拱顶线3m以上,泵入C20混凝土(塌落度180-220),再打小导管注浆加固松散碴石,保证拱顶以上固结碴石加混凝土厚度不小于3.0m。泵送混凝土可与坍塌体后方初支加固同时进行。

大管棚、小导管水泥浆液要充满塌方体,注浆压力2.5MPa以上。

(3)采用“三台阶七步平行流水作业法”掘进塌方体。“短台阶七步平行流水作业法”是采用三层短台阶,分步平行开挖,分步平行施作拱墙初期支护混凝土,混凝土仰拱超前施作及时闭合构成稳固的初支体系。上部碴体大管棚加小导管预注浆固结后,上部弧形导坑短开挖施作拱部初期支护,再左右错位开挖及施做边墙初期支护;混凝土仰拱紧跟下台阶并及时施做,尽早闭合成环构成支护受力体系。

第一,工艺流程。“三台阶七步平行流水作业法”的工艺流程可简述如下:超前预支护――开挖上部弧形导坑,并施做初期支护――左右错位开挖阶并施作初期支护――左右错位开挖下台阶并施作初期支护――施做混凝土仰拱使初期支护闭合成环――监控量测反馈,施做防水层,灌筑混凝土衬砌。

第二,开挖、支护。采用三台阶分步平行开挖法,施工顺序如图5所示。上半断面环形部分采用人工风镐开挖,其余各部分采用挖掘机开挖、装碴。待注入坍塌体内浆液强度达到10MPa以上(一般注浆两天后即可),围岩稳定后,开始进行塌方段损坏初期支护恢复,采用三台阶开挖,从外向里一榀一榀施工,逐榀架设I20b型钢拱架,间距50cm,在拱架内外侧分别加设φ8双层钢筋网片、间距20×20cm,φ22双层连接筋,环向间距50cm,拱架尺寸按Ⅴ级围岩预留变形量加工安装。上台阶高度2.5m-3.0m,拱脚以上1m范围内两侧各打设4根φ42锁脚小锚管,长5m,注1:1单液水泥浆,拱脚钢板以下松散碴体也要注浆,保证拱脚稳固。拱架范围喷射C25混凝土,与坍塌体间必须保证密实,不许有空洞。上台阶施做I20b临时仰拱,及时封闭成环。

上台阶进尺5m后,施工中、下台阶,各级台阶错台长度5m左右。在施工钢拱架时,要逐榀架设,每循环开挖进尺不得大于50cm。施工中,对边墙部位打设φ42小导管注浆加固,小导管长5m、间距1.0×1.0m、梅花型布设,注1:1单液水泥浆。阶也加设临时仰拱,封闭成环。临时仰拱待正式仰拱浇筑完毕后拆除。其他按Ⅴ级围岩参数施工。

架设工钢拱架时,在坍塌体部位及后方3m范围视情况,分高度架设I20b竖撑(底部设钢板,保证受力面),顶在拱中心线部位,增强整体刚度。

第三,拱部回填。在塌方段加固处理时,在拱顶留设φ100泵管,范围在拱顶以上高5m,待二次衬砌施工完成达到强度后,在加固的护拱上方泵送水泥粉煤灰砂浆(水泥:粉煤灰=1:2,坍落度140-180)形成缓冲层(2.0m)厚。

3、塌方体前缘(DK24+150-146)拱部侵限部位处理

当二次衬砌最小厚度不能保证25cm时,需进行侵限处理,方法是进行换拱。换拱施工时,在拱部120°范围打设φ42超前小导管预以保护。小导管长度5m,环向间距30cm,外插角5°-10°,注1:1水泥单液浆。同时,对侵限部位打径向φ42锚管进行加固,锚管长5m、间距1.0×1.0m,之后进行换拱施工。换拱时,原拱架先不动,在侵限范围内的两榀拱架间进行切槽,拆除喷射混凝土和钢筋网,安装Ⅰ16工钢拱架,每榀新换拱架拱脚1m范围两侧各打设4根φ42注浆锁脚锚管,与拱架焊牢。同时,拱架与径向锚管也要焊接牢固。换拱要逐榀进行,稳扎稳打,步步为营。

4、监控量测原则

(1)量测断面间距按5m考虑,每个量测断面各布置一个拱顶下沉点和3条净空水平收敛量测线(3个台阶各一条)。

(2)各测点尽量靠近开挖面布置(不大于2m),在开挖后24h内或下次开挖前,读取初读数。

(3)周边收敛、拱顶下沉各测点应尽量集中断面布设,以便量测成果的协调分析、综合运用。

(4)当下半断面开挖靠近上半量测断面,量测频率应适当增加。

5、技术控制要求

(1)技术员24h跟班作业,做好旁站记录,尤其是注浆作业,部位、间距、锚管打入长度、注浆量、注浆压力等要详细记录清楚。此项要求每日填写表格,工区总工签字确认,指挥部每日检查,如有不实,追究相关人员责任。

(2)工字钢拱架必须按设计图纸尺寸加工,连接时对准中心、钢板密贴(有间隙填加钢板)、螺栓对位、螺丝拧紧。

(3)锁脚锚管在拱脚处向下斜向打入,锚管必须注浆,与拱架焊接牢固。

(4)拱架要与围岩(初喷混凝土)紧贴。钢架与围岩间的空隙,用喷射砼充填密实。当间隙过大时用混凝土楔块顶紧,其支点间距不大于1m。严禁使用木材或片石回填。

(5)钢架安装在墙脚处长度不够时,不得悬空,也不得用土石回填,必须采用钢垫板或混凝土楔块垫高顶紧。

(6)开挖中如发现塌体注浆效果不理想,须重新进行补注。

(7)喷层后面决不能有空洞,不得垫石棉瓦喷射混凝土,如超挖较大,可分层回填片石,片石间缝隙喷混凝土浆砌紧密。

(8)注浆时,如遇浆液溢流、长时间不能注满时,可注水泥-水玻璃双液浆。

6、安全控制要点

(1)领导跟班作业,提高整体协调能力。

(2)指挥部安全员、项目部安全员及技术员、旁站员、施工队负责人必须现场值班,发现如下异常情况及时处理:开挖工作面的稳定状态,顶板有无坍塌;喷混凝土有无裂隙或垫板脱离围岩现象;钢拱架有无被压变形情况。

(3)坍方体后面围岩加固没有达到预期效果,不能向前推进。塌体段每循环掘进时,必须检查碴体固结效果,特别是钢架拱脚部位固结效果。

(4)在靠近塌腔已完初期支护拱顶、边墙上建立观测点,每天早、中、晚各进行一次观测,密切注意拱顶下沉、周边收敛情况,如数据异常,立即停止施工。

(5)所有作业过程必须有安全员现场值班僚望,随时观察周围围岩变化情况,如有异常情况及时组织人员撤离作业区。

(6)对塌体进行开挖前,必须待塌腔充填密实并能产生作用后进行。

(7)当塌体穿过后,对原岩进行开挖时,需精心组织,小心掘进,不能麻痹,更不能冒进,必须在确保安全的前提下进行施工。

四、结束语

经过业主、设计单位和施工企业共同审定,认为本文所述的塌方处理方案符合现场实际情况、安全性和操作性都有保障,再加上施工企业有处理类似隧道塌方的成功经验,决定将本处理方案付诸实施。经过施工单位近两个月的紧张施工,圆满完成塌方处理工作,取得了显著的社会和经济效益,同时也为类似隧道塌方处理工程提供了技术参考。

参考文献:

1、冯卫星,栾显国,孙茂明.朱家垭隧道坍方处理施工方案[J].现代隧道技术,2006(2).

2、刘光新,宜昌市北海路隧道塌方处理技术[J].探矿工程(岩土钻掘工程),2007(7).

3、关宝树,隧道工程施工要点集[M].人民交通出版社,2003.