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1、深究成都地铁一期 工程区间隧道施 工方法 的选择摘要：成都地铁一期 工程沿线建筑物密集、交通繁忙、地下管线纵横，其区间隧道基本通过饱水 的砂卵石、且含有少量大粒径漂石 的地层中，其施 工方法 的选择对于加快 工程进度、提高 工程质量、降低造价至关重要、在对国内外盾构施 工进行调研基础上，推荐采用加泥式土压早衡盾构机进行区间隧道施 工。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1515km，其中地下线长1192km，高架及过渡段长323km。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
2、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365-15m，自上而下有下列各层：21人 工填筑层(Q4ml)22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0641m，北薄南厚。下部为卵石土，湿饱和，稍密密实，厚210m。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
3、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。23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0864m；下部为卵石土，饱和，般中密密实，少为稍密，厚7015om，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58cm，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(>200mil
4、l)：O223，卵石(20200mm)：456-746，砾石(220mm)：31-201，砂粒(<2mm)：53-381。卵石单轴抗压强度655-184MPa，平均1022MPa，极值为206MPa。在该层中还存在钙质胶结、半胶结 的砾石层，硬度大，相当于C10-C20。24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39m，最薄14m，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。25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
5、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=1253-274md，枯水期地下水位埋深35m，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。31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
6、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
7、、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55093m，开挖宽度58m，净高56m，隧道基底埋置深度为15m，顶部覆盖层厚度755m。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
8、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
9、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
10、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
11、、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。32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
12、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。321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
13、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55km 的铁路双线隧道，内径106m。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
14、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116m 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31km，内径1235m，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2561m地段 的隧道 工程。英国FyldeCoast
15、al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。322开挖面
16、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。
