摘要：地铁隧道挖掘技术，是从施工风险、工期、管线以及交通疏通、沉降等各个方面，都会对地铁建设工作造成极大影响的建造技术。因此，通过对技术工法的比较，我们来研究富水砾砂岩溶地层中进行地铁区间隧道暗挖技术的地表沉降、地表位移、土层变化、作业风险以及工期等等问题。
关键词：砂岩地层；地铁隧道；隧道暗挖
前言：随着城市交通的飞速发展，地铁修建的进程正在不断的加快。地铁修建在隧道施工中可能遇到的地址情况正逐渐变得复杂，富水砾砂岩溶地层就是其中之一。地铁区间隧道的暗挖施工，由于承担着隧道结构安全的重任，因此对其技术要求十分严格，对于其造成的周边环境以及建筑的影响要保证控制的越小越好。这就要求，在富水砾砂岩溶地层区域开展的地铁区间隧道挖掘工作，既能够完成这种复杂地质的施工，又要完成整个施工的安全保障。施工中，地表沉陷风险以及工程坍塌风险要得到有效的规避，在隧道暗挖施工技术的选择以及工法上要极其谨慎以及标准。
一、富水砾砂岩溶地层地铁区间隧道暗挖施工的工程概况
1.富水砾砂岩溶地层概述
富水砾砂岩溶地层地质较为复杂。地层中夹带杂质复杂，多数情况下存在岩溶、软土、砂层以及砾石等，这些杂质相对其他土层来说不稳定，位移及流动性大。由于其形成原因多是由地下水和地表水对可溶性岩石的破坏和改造作用二形成的，因此地层中谁的含量也较高。另外，富水砾砂岩溶地层往往存在上覆土层强度低，以及土层间起伏较多，且易产生不规则沉降等问题。
2.施工地区的地质概况
施工中，不同区间的隧道土层具有不同的特点。本文选择的案例中隧道土层自上而下分别是杂填土、细 砂、中粗砂、砾砂、粉质黏土、泥质粉砂岩以及石炭系灰岩微风化带基岩等。土层的特性为，岩层质地较硬，砂层为含水层，整个砂层的厚度偏大，并且富含大量的地下水。
砂层和施工之间的深度关系以及危害有，地下水深度为地表下2.5米左右，施工中会造成沉降以及突水；灰岩中间融蚀带为中部透水，挖掘过程必须穿过；隧道主要位于砾砂以及粗砂层，隧道下3到6米是微风化的花岗岩，裂缝发育较强。
3.隧道暗挖施工初步分析
通过对隧道地质以及挖掘要求的初步分析，对风险的预估以及隧道的数据设计，主要为几个方面。一是隧道的沿线含水丰富，是压缩性大以及抗剪力强度低的软土层、底层地层之间夹带着孤石，施工的风险预估较大；二是，岩溶发育石炭系石灰岩层中，裂缝的发育较强，因此，洞顶的标高要在－21.660米到－3.510米之间，埋藏深度在16.50米到41.12米之间，洞高0.20米到10.20米，尽量规避石灰岩层。
二、富水砾砂岩溶地层地铁区间隧道暗挖施工的技术选择
通过以上工程概况以及施工区域的地质分析，结合以往的地质资料以及施工经验来看，适合富水砾砂岩溶地层地铁区间隧道暗挖施工的技术有盾构法、顶管法以及CRD工法等。根据本文所选案例的线路长度、施工地址条件以及交通线路等多方面的考虑，最终确定采用CRD工法以及单洞双线顶管法进行施工。依次来研究两种方法的实施以及效果对比。
1.CRD技术
根据已知的隧道施工设计，拟定的CRD施工方案为设置两个明挖的竖井，宽度为15米。通过将地铁沿线暗挖的形式，连接到修建隧道。根据最小的间距以及最大的间距和拟定的闭合断面，完成拟定隧道洞跨最大为11.9米，高8.62米，处于初步分析的数据要求之间。
为确保挖掘过程的安全顺畅、在施工之前，先采取对透水层以及不稳定底层的加固措施。首先进行第一道施工防护，采用加固的方式来进行超前加固。在开挖后，由于周围岩层的稳定性差，自主稳定时间短，因此再继续采用断面支撑保护，继续巩固施工防护。
2.单洞双线顶管技术
根据顶管施工段线间距的情况，拟采用单洞双线顶管法。首先计算断面尺寸，由断面内尺寸确定矩形顶管的断面尺寸以及结构厚度。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆再结合区间隧道地质情况以及周边环境情况、工程概况，根据顶管机对施工方土体切削的面积、刀盘对土体扰动及搅拌是充分程度，对刀盘组合进行选择，最后进行选择安装后的矩形土压平衡矩形顶管机进行隧道施工空洞的顶进。
根据案例的实际情况，选择顶管完成后，进行顶管机注浆方式。从顶管机的预留孔进行花管注浆，可以已有的地铁运营对施工作业造成影响，更具有可控性，因此，止水封堵在本次选择顶管注浆方式。
三、富水砾砂岩溶地层地铁区间隧道暗挖施工的技术对比分析
1.施工工时耗费对比
根据具体的施工要求，对两组技术进行工时耗费的分析。
首先CＲD 技术进行隧道暗挖施工时，每次挖掘可以前进行尺0.5米，隧道的断面要分成四次进行挖掘，挖掘前后，都要进行抽水以及降水的作业，而且降水作业需要较长的工时耗费，这是由于降水措施会造成一定程度的沉降，因此需要立刻进行初期的支撑保护。降水之后需要使用止水胶带以及进行二次衬砌，这样的过程耗时较多可同时对周围岩层造成的多次的扰动，可能需要一定的维护工时，总体来说，工时大约需要20个月。
单洞双线顶管技术施工挖掘，需要先进行中矩形顶管的设计和制造，大约需要6个月，之后可以进行顶进的施工，约为4个月左右。施工过程中，要包括地下水的抽水、降水施工以及工作井、隧道连接过程，最后还包括内衬墙的完成以及顶管机的拆解。由于整个过程是一次进行顶进挖掘的，因此工期大约需要14个月。
从施工耗时来看，单洞双线顶管技术施工更具有优势。
2.沉降情况对比
由于无法直接观察沉降情况，因此，采用软件数值模拟，进行沉降情况的对比分析。通过对比地层以及支撑保护结构的物理学参数，完成两种技术的沉降的情况对比。
进行数据模拟需要进行施工过程的模拟输入，输入的CRD技术施工过程为：左右、上下分部开挖、初期的支撑保护以及支撑临时隔墙、临时隔墙的拆除、整个断面二次衬砌施工。单洞双线顶管技术施工过程为：顶管挖掘施工、矩形管片的拼装。
由于初期的支撑保护以及二次衬砌施工物理重度参数都较高，而矩形管片拼装基本没有物理重度参数，因此从沉降情况对比来看，单洞双线顶管技术施工更具有优势，沉降情况不明显。
3.挖掘的难易度对比
两组技术的难易度，需要从技术施工设计开始进行比较。
首先CRD技术采取的是整个水平洞内的跨度施工，根据工程设计，整个施工的跨度最大可达到12米，并且需要采取加固洞内以及辅助洞内设施的施工措施，容易发生塌陷或者涌砂等施工风险。施工过程中需要进行加固止水施工，加固需要整个地层向下穿箱操作，箱体体积约为2.5乘2.2米，并且包括箱体的迁移和位置改动。整个断面都需要进行防护涌砂以及塌陷，总体来说，挖掘工艺涵盖较多，部分较为困难，同时风险较高。
单洞双线顶管技术挖掘过程含有曲线弧度顶进工艺19米，这个工艺较为复杂，需要利用纠偏中继间工艺。同时，刚结构管节在施工过程中，要不断的进行工艺的调整，由于富水砾砂岩溶地层的砂层硬度以及水量等问题，需要在施工注浆过程中，同时结合小面积的挖掘，对是施工位置可能出现的深水位进行注聚氨酯进行止水的施工，在防水问题上具有可行性。总体来说，施工挖掘过程有一定的设计难度，挖掘部分关注点较多，但是风险较低。
结语：富水砾砂岩溶地层地铁区间隧道暗挖施工技术可以采用单洞双线顶管技术挖掘或者CRD技术挖掘。这两种挖掘在适应性上各有不同。通过对两种技术方案的施工工时耗费对比、沉降情况对比以及挖掘的难易度对比，可以看出相较于CRD技术部施工单洞双线顶管技术具有更多的优势，对于这种富水砾砂岩溶地层的地铁区间隧道暗挖，更具有可行性。
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论文作者:胡乃光
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/3
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