礦山法地鐵區(qū)間隧道設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和建議
摘 要：本文對礦山法與盾構(gòu)法的適用條件作了簡要比較。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合廣州、南京、深圳等城市地鐵區(qū)間隧道的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對區(qū)間隧道支護(hù)參數(shù)和防水設(shè)計(jì)提出了一些建議。1、概述
地鐵暗挖區(qū)間隧道越來越多地選擇盾構(gòu)法。但是，由于盾構(gòu)法施工存在的局限性，作為區(qū)間隧道施工的常用工法，礦山法在中、微風(fēng)化層和不適于盾構(gòu)法施工地段仍是經(jīng)常選擇的方法。礦山法區(qū)間隧道設(shè)計(jì)中，由于環(huán)境條件、隧道覆土厚度、工程地質(zhì)條件千差萬別，礦山法區(qū)間隧道初期支護(hù)參數(shù)又以工程類比為主確定，加之不同城市地鐵的技術(shù)要求和各設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)習(xí)慣也不一樣，導(dǎo)致支護(hù)參數(shù)的選擇差異性較大。
2、礦山法與盾構(gòu)法適用條件之比較
暗挖區(qū)間隧道一般采用盾構(gòu)法或礦山法。盾構(gòu)法是暗挖隧道的一種先進(jìn)工法。盾構(gòu)施工進(jìn)度快，無噪音、無振動(dòng)公害，對地面交通、沿線建筑物及地下管線影響小，通過調(diào)整切削與出土速度、跟蹤注漿和補(bǔ)充注漿等手段，地面沉降或隆起易于控制在允許范圍內(nèi)。管片采用高強(qiáng)度、高精度預(yù)制構(gòu)件，機(jī)械化拼裝，質(zhì)量有保證，勞動(dòng)強(qiáng)度低。管片通過縱、環(huán)向螺栓連接，縱、環(huán)縫間設(shè)彈性密封墊防水，并在管片內(nèi)側(cè)設(shè)嵌縫槽，防水效果好。目前，盾構(gòu)法在國內(nèi)地鐵區(qū)間隧道施工中得到了廣泛應(yīng)用。但是，盾構(gòu)法施工也有其局限性：
（1）不適合在不均勻地層中施工。隧道所處圍巖是軟硬互層、上軟下硬、基巖起伏面變化大、有較大孤石、花崗巖球狀風(fēng)化及斷層角礫（單軸抗壓強(qiáng)度往往很高）時(shí)，雖然采用土壓平衡敞一閉胸盾構(gòu)可以通過，但施工進(jìn)度慢，有時(shí)易損壞盾構(gòu)機(jī)。
（2）盾構(gòu)施工只適合于標(biāo)準(zhǔn)的圓形斷面，不能適用于折返線、渡線等斷面復(fù)雜段施工。
（3）線間距偏小地段。雙圓盾構(gòu)可以施工雙連拱隧道或小線間距隧道，但該型盾構(gòu)機(jī)在國內(nèi)尚無施工經(jīng)驗(yàn)，盾構(gòu)機(jī)攤銷成本較高。
（4）樁基托換段。建筑物樁基侵入隧道，盾構(gòu)通過時(shí)需進(jìn)行樁基托換，拔除或切斷舊樁。需切斷舊樁數(shù)量較多時(shí)，礦山法施工更為方便。
（5）需要適當(dāng)?shù)牡孛婀ぷ骶畧龅?。盾?gòu)始發(fā)、接收井一般設(shè)在區(qū)間線路中心，施工場地緊臨工作井設(shè)置，對地面交通影響較大，而礦山法施工豎井可選擇線路中線兩側(cè)稍遠(yuǎn)的空地上。
（6）工期與經(jīng)濟(jì)長度。工期緊張時(shí)，礦山法可通過增加施工通道多開工作面掘進(jìn)，必要時(shí)還可增加豎井。盾構(gòu)法由于盾構(gòu)機(jī)本身造價(jià)高，攤銷費(fèi)用大，其經(jīng)濟(jì)長度一般在3km左右，為趕工期而增加盾構(gòu)必須考慮成本問題。
礦山法是為適應(yīng)城市淺埋暗挖隧道而發(fā)展起來的一種施工方法，亦稱淺埋暗挖法。該工法一般采用馬蹄形斷面，襯砌采用由初期支護(hù)、防水夾層和二次襯砌組成的復(fù)合式襯砌，根據(jù)施工監(jiān)控量測信息反饋來驗(yàn)證或修改設(shè)計(jì)參數(shù)，以達(dá)到安全、適用、經(jīng)濟(jì)的目的。
礦山法的缺點(diǎn)是地表沉降較難控制，防水效果較盾構(gòu)隧道差，通過軟弱土層、砂層、斷層破碎帶時(shí)施工較困難。但若環(huán)境條件允許，輔以地面及洞內(nèi)輔助措施，礦山法可適用于各種不同的地層和復(fù)雜斷面的施工。
3、關(guān)于內(nèi)凈空與施工誤差
結(jié)構(gòu)凈空尺寸除滿足建筑限界要求外，尚應(yīng)考慮施工誤差、測量誤差、結(jié)構(gòu)變形和后期沉降的要求，同時(shí)應(yīng)結(jié)合工程地質(zhì)條件、結(jié)構(gòu)型式、埋深、荷載、施工方法等因素綜合分析確定。礦山法施工的隧道一般采用馬蹄形斷面。
鐵路隧道開挖主要考慮允許超挖、施工誤差、預(yù)留變形量三項(xiàng)，允許超挖與預(yù)留變形量和圍巖類別有關(guān)，前者取值范圍50~150mm，預(yù)留變形量（10~100mm）在設(shè)計(jì)中一般按取值的一半計(jì)算鋼架尺寸及噴砼數(shù)量，施工誤差50mm。由此可見，建筑限界（內(nèi)凈空）外側(cè)的預(yù)留總量是比較大的。
公路隧道設(shè)計(jì)有一種做法，即將施工誤差與允許超挖合并考慮，因圍巖類別不同而有所區(qū)分，其值一般在100mm左右，預(yù)留變形量由施工單位根據(jù)實(shí)測結(jié)果選擇?；?qū)⑹┕ふ`差、允許超挖、預(yù)留變形量籠統(tǒng)地一并考慮，其值在100~150mm。礦山法施工的地鐵區(qū)間隧道凈空是在建筑限界的基礎(chǔ)上拱部與邊墻外擴(kuò)50~100mm，開挖時(shí)又考慮了允許超挖、施工誤差及預(yù)留變形量，工程量偏大，因此，凈空尺寸以擴(kuò)50mm為宜，區(qū)間隧道埋深較淺，基底主要位于軟弱地層中時(shí)，后期沉降較大，可考慮100mm。同時(shí)，考慮地鐵區(qū)間隧道沉降控制標(biāo)準(zhǔn)較高（30mm），要求初期支護(hù)及時(shí)施作的實(shí)際情況，將施工誤差、允許超挖與預(yù)留變形量統(tǒng)一按100mm左右的標(biāo)準(zhǔn)考慮是比較合理的。
單線鐵路隧道與地鐵區(qū)間隧道（標(biāo)準(zhǔn)斷面）支護(hù)參數(shù)比較表
4、支護(hù)參數(shù)的選擇
4.1支護(hù)參數(shù)比較表的說明
（1）鐵路隧道初期支護(hù)厚度一般較公路隧道略薄。
（2）按新奧法原理設(shè)計(jì)的山嶺隧道，要求根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果選擇合適的時(shí)機(jī)施作二次襯砌，必要時(shí)可補(bǔ)噴。地鐵區(qū)間隧道對地面交通、地面建筑物的安全要求萬無一失，因此要求初期支護(hù)承擔(dān)施工期的全部荷載，兩者相比支護(hù)參數(shù)差別較大。
（3）由于礦山法區(qū)間隧道初期支護(hù)參數(shù)是以工程類比為主確定的，即使同一條線同一類地層各設(shè)計(jì)單位的取值也存在一定的差異。
（4）鐵路隧道Ⅵ類圍巖噴射砼厚度為噴錨襯砌厚度。
4.2地鐵礦山法區(qū)間隧道支護(hù)參數(shù)選擇的建議
（1）區(qū)間隧道初期支護(hù)噴射砼厚度可取比較表下限，線路上方管線、房屋等對沉降要求較高地段，Ⅱ~Ⅳ類圍巖可取上限。
（2）Ⅳ類圍巖噴射砼厚度差別較大，取15cm時(shí)不設(shè)鋼架，20cm時(shí)設(shè)三肢鋼架，25cm時(shí)（特殊需要時(shí)采用）設(shè)四肢鋼架；Ⅳ類圍巖中10~12m以上的大跨隧道宜考慮設(shè)格柵鋼架。
（3）I類圍巖及Ⅱ類圍巖土層段不設(shè)系統(tǒng)錨桿，上軟下硬地層可只設(shè)邊墻錨桿，Ⅱ類圍巖全風(fēng)化層段宜設(shè)錨桿；Ⅲ、Ⅳ類圍巖拱墻設(shè)系統(tǒng)錨桿；Ⅴ、Ⅵ類圍巖拱墻設(shè)局部錨桿。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類圍巖拱部設(shè)有超前小導(dǎo)管或管棚支護(hù)的隧道拱部不設(shè)系統(tǒng)錨桿，僅設(shè)邊墻錨桿，但10m以上的大跨度隧道拱墻宜設(shè)系統(tǒng)錨桿。
（4）按新奧法原理設(shè)計(jì)的山嶺隧道，Ⅲ類及以下圍巖中二次襯砌與初期支護(hù)組成共同受力結(jié)構(gòu)，Ⅳ類及以上圍巖二次襯砌作為安全儲(chǔ)備。在地鐵區(qū)間隧道設(shè)計(jì)中，由于采用全包防水，二次襯砌按全水壓計(jì)算，兩者的結(jié)構(gòu)厚度沒有可比性。但是，后者的結(jié)構(gòu)計(jì)算不同城市或不同的設(shè)計(jì)院仍存在差異：一是二次襯砌全部按全水壓+（30%~50%）的土壓計(jì)算，二是二次襯砌按全水壓計(jì)算，僅當(dāng)初期支護(hù)未穩(wěn)定即施作二次襯砌時(shí)才計(jì)及30%左右的土壓，后者更為合理。這其中尚存在兩個(gè)問題：一是未被平衡土壓的比例如何確定；二是當(dāng)埋深較大時(shí)，（如廣州地鐵三號(hào)線廣州東站折返線最大埋深達(dá)138m，Ⅴ類圍巖）按全水壓計(jì)算不盡合理，有專家提出按滲流原理計(jì)算水壓的辦法更加符合實(shí)際情況，但在軟弱地層特別是灰?guī)r中是否適用，尚有待進(jìn)一步研究。
5、地鐵區(qū)間隧道防水
雖然部分專家認(rèn)為全包防水板因焊（粘）接施工工藝不過關(guān)，難以取得預(yù)期的防水效果，僅僅起了隔離層的作用，但是在目前的條件下，全包防水板的設(shè)計(jì)與施工仍是地鐵區(qū)間隧道達(dá)到二級(jí)防水要求的關(guān)鍵措施之一。適當(dāng)改進(jìn)全包防水板的設(shè)置辦法，仍能取得較好的防水效果。當(dāng)然，也是取消排水盲溝的做法。
（1）設(shè)置防水分區(qū)
區(qū)間隧道（防水板）每隔20米左右設(shè)一個(gè)防水分區(qū)，其具體長度與二次襯砌模數(shù)有關(guān)，通過與防水板焊接的背貼式止水帶實(shí)現(xiàn)分區(qū)防水。排水盲管設(shè)在防水板與二次襯砌之間，通過橫向排水管與區(qū)間隧道側(cè)溝相連，以排除防水板因焊（粘）不牢、破損等原因進(jìn)入的少量滲漏水。設(shè)防水分區(qū)后，排水盲溝相應(yīng)地分段設(shè)置。
（2）移動(dòng)保護(hù)板
區(qū)間隧道二次襯砌采用鋼筋砼，鋼筋施工易將防水板戳破，鋼筋焊接時(shí)易將防水板燒穿，拱、墻防水板鋪設(shè)完成施工二次襯砌時(shí)采用隔離移動(dòng)保護(hù)板，保護(hù)板采用白鐵皮等材料制做。仰拱防水板鋪設(shè)后，在其上鋪設(shè)50mm厚細(xì)石砼保護(hù)層，以防焊渣燒穿防水板。廣州、深圳地鐵施工采用這一技術(shù)的效果是比較好的。
（3）區(qū)間與車站接口防水
區(qū)間與車站接口是防水的薄弱環(huán)節(jié)，變形縫兩側(cè)防水板一定要做收口處理，外側(cè)設(shè)附加防水板過渡。變形縫內(nèi)設(shè)止水帶，端口設(shè)密封膏，并在結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)設(shè)接水槽排水。
（4）加強(qiáng)補(bǔ)充注漿
初期支護(hù)出現(xiàn)滲漏水時(shí)，應(yīng)向初期支護(hù)背后注漿，滲漏水嚴(yán)重時(shí)加長注漿管向圍巖注漿，二次襯砌拱部埋管進(jìn)行填充注漿。
6、結(jié)語
山嶺隧道與地鐵區(qū)間隧道設(shè)計(jì)與施工在國內(nèi)已積累了大量成功的經(jīng)驗(yàn)，本文結(jié)合近幾年地鐵區(qū)間隧道的設(shè)計(jì)提出了幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和建議，僅供參考，許多課題還需在今后的實(shí)踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷提高認(rèn)識(shí)。
參考資料：
[1]《鐵路隧道設(shè)計(jì)規(guī)范》TBJ3-96、TB10003-2001
[2]廣州、深圳、南京地鐵技術(shù)要求
