浅埋暗挖法地铁隧道土方开挖施工技术

摘要：在公用地下工程中，因地下障碍物和周围环境限制通常采用浅埋暗挖法施工。它的突出优势在于适用于城市松软地层，不影响城市交通，无污染、无噪声，且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。本文结合郑州地铁1号线02合同段郑～中暗挖区间隧道施工实践，对浅埋暗挖法隧道土方开挖施工技术进行研究，主要介绍了上下台阶环形开挖预留核心土法、CRD法的施工工艺以及施工方法。

Abstract： In the public underground works， because of underground obstacles and restrictions of surrounding environment， shallow tunneling method is usually used. Its prominent advantage is suitable for urban soft formations， does not affect the city traffic， no pollution， no noise， and is suitable for a variety of sizes and section forms of the tunnel cavern. Combined with the construction practice of Zhengzhou Metro Line-1 02-contract section Zhengzhou University-Eastern Zhongyuan road station underground-cut section tunnel， this paper studied the construction technique of shallow tunneling method for tunnel earth excavation， introduced the construction technique and method of up and down stairs ring reservation core soil method and CRD method.

关键词：浅埋暗挖法；优势；地铁隧道；土方开挖；台阶法；CRD法

Key words： shallow tunneling method；advantage；subway tunnel；earth excavation；step method；CRD method

中图分类号：TU761 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）12-0146-03

0 引言

传统地铁隧道土方施工方案一方面会烦扰正常行车秩序，破坏环境；另一方面，需要拆迁一部分管线和建筑物，成本昂贵，材料难以灵活周转。尤其是租赁或购置盾构机械需要一大笔费用，整套工程项目耗资巨大。浅埋暗挖法是在距离地表较近的地层暗挖地下洞室的施工方法。相较于传统工法来说，采用浅埋暗挖法开展隧道施工，可以保证大部分地上的管线、设备、建筑等的正常秩序，无需过多搬迁地上设备，不污染环境，也不扰民，总之这套工法兼容性极强，具有传统工法不可比拟的技术优势。

1 浅埋地下工程基本概念

1.1 浅埋隧道的定义

①铁路隧道。对于单线或双线隧道洞顶埋深小于：Ⅵ级围岩35～40m，Ⅴ级围岩18～25m，Ⅳ级围岩10～14m，Ⅲ级围岩5～7m，为浅埋隧道。

②城市地铁。覆跨比H/D在0.6～1.5m时为浅埋，在0.6m以下时为超浅埋。

1.2 浅埋隧道特点

埋深浅是浅埋隧道的显著特点。施作地铁隧道难免引起地层损失，继而导致地面小幅度移动，严重影响了周边环境的正常秩序，鉴于此，应适当提高开挖、支护、衬砌、排水、注浆等工序的技术指标施工难度。

1.3 浅埋地下工程的施工方法

目前业界常用盾构法、盖挖法、明挖法和浅埋暗挖法施作地铁隧道。表1按照“场地占用情况、断面、深度”等几个维度，总结了各种工法的的优缺点。

2 浅埋暗挖法原理和特点

浅埋暗挖法是一种基于新奥法施工原理延伸而来的合配套施工工法。它通过多种加固技术措施来提高围岩稳固性。利用围岩自身的承载力来支护开挖后的隧道，并封闭成环，使围岩结构与支护结构形成一套能够控制围岩变形的联合支护体系。这套工法在新奥法原理基础上提出了新的信息化量测设计与施工理念，应用先柔后刚复合式衬砌新型支护结构，以全部承担基本荷载为基准设计初期支护，将二次模筑衬砌作为安全储备，前后两次支护共同承担特殊荷载。在实际施工中，须严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针灵活运用这套工法。

浅埋暗挖法常用在第四纪软弱地层的地下施工项目上，围岩本身欠缺稳固性，地表沉降极易导致围岩松散、变形。为避免此类现象出现，必须及时、适当地增加初期支护的刚度。在图1所示的特征曲线中，C点距离A点越近越好，距离越近，支护结构的承载力越强，可有效减少围岩的自承载。

3 浅埋暗挖法施工方法

本文结合郑州地铁1号线02合同段郑～中暗挖区间土方开挖的施工实践，对土方施工台阶法和CRD法的施工方法、施工工艺进行分析。

4 工程概况

郑州大学站～中原东路站区间沿中原东路自西向东布置，区间隧道右线长511.1m，区间隧道左线长511.101m，共计1022.201m。隧道顶覆土厚度9.4m～10.6m。区间所在地层主要为粉土层，含少量粉砂。区间左右线间距13m～13.4m。左线共设置两组平曲线，半径均为3000m。区间隧道最大纵坡4.17‰，最小纵坡2.0‰，最小竖曲线半径3000m。区间隧道设计为单洞单线马蹄形暗挖结构形式，区间主要分为Ⅵ级围岩断面和人防段断面两种断面类型，Ⅵ级围岩断面采用上下台阶环形开挖预留核心土法，人防段采用CRD法进行施工。

5 台阶法施工

台阶法是最基本、运用最广泛的施工方法，而且是实现其它施工方法的重要手段。当开挖断面较高时可进行多台阶施工，每层台阶的高度常用3m～5m，或以人站立方便操作选择台阶高度。根据台阶的长度可分为以下几种类型：

长台阶：长台阶对掌子面的稳定有利，但施工的干扰大；上台阶上设备、材料困难；上台阶向下台阶出碴困难；不能及时封闭成环，有时不得不在上台阶底板上作临时仰拱，这种方法在一般情况下不宜采用。

阶：阶的特点介于上台阶和短台阶之间，由于台阶有一定长度，当拱部锚杆和初期支护壁后注浆工作量大时可减少和上台阶开挖的施工干扰。由于上台阶的距离不长，喷砼和注浆设备仍可放在下台阶。

短台阶：在土质隧道中上台阶不必上大型设备，而且从上台阶向下台阶运土的距离短，下半段能在6～10m内封闭成环，也能保证围岩开挖后的稳定，这种台阶长度在城市地铁的第四系地层中普遍采用。

微台阶：在满足掌子面开挖稳定要求、满足开挖下台阶时喷砼的强度和方便施工的原则下进行选择，一般为3～4m。当使用反向挖掘机开挖装碴时，上台阶大部分可利用该机进行挖、装，可以提高施工速度。

本区间Ⅵ级围岩断面采用台阶法，主要施工工艺流程如图4、图5所示。

主要施工方法如图6所示。

6 CRD法

CRD是“Center Cross Diaphragm”的缩写，即交叉中隔墙法。

CRD法实际上是左右分块、上下分台的开挖方法，将大断面分割成小断面施工，逐步封闭成环，各个施工阶段自成一套结构均匀的受力系统。CRD法模筑砼施工方案，即先实施支承替换法施作底板，将中壁分段拆除，设防水板和施工底板，再用支撑恢复中壁，最后将中壁即临时仰拱按段依次拆掉，由初期支护承受荷载来进行墙、拱衬砌。这样一来，不仅大幅度提高了支护体系的安全系数，有效控制了地表沉降量，同时减少了中隔壁和临时仰拱施工和拆除的麻烦。CRD法的施工工艺流程见图7。CRD法施工方法见图8。

7 结束语

浅埋暗挖法作为喷锚暗挖法隧道施工的一种，与新奥法相比，未考虑利用围岩的自承能力，更强调地层的预支护和预加固，适合于城市地区隧道埋深小、松散土质围岩条件下、通过控制地表沉降来建造地铁隧道。解决了城市隧道由于地下障碍物及周围环境（如地表拆迁量大等）等影响无法使用盾构施工、明挖施工时的诸多难题。通过郑～中暗挖隧道的施工实践，深入的了解了浅埋暗挖法台阶法、CRD法施工工艺和施工方法，为浅埋暗挖法小断面隧道施工积累了丰富的施工经验，收集了大量的施工指导数据，为今后类似地铁暗挖隧道施工具有一定的指导意义。

参考文献：

[1]李海，孙铁成.浅埋暗挖法在大跨隧道中的应用探讨[J].国防交通工程与技术，2009（02）.

[2]陶冰杰.浅埋暗挖技术在地铁隧道施工中的应用[J].中国新技术新产品，2009（06）.

[3]杨军峰，潘淡浓.浅埋暗挖法隧道施工技术及其地面沉降控制[J].中国水运（理论版），2008（01）.

[4]程思军.地铁建设浅埋暗挖法的应用分析[J].中华建设， 2008（03）.

[5]胡达远.隧道工程浅埋暗挖法的施工技术[J].山西建筑，2008（18）.

[6]郑向红.浅埋暗挖法隧道穿越城市污水干管施工风险控制[J].西部探矿工程，2007（05）.