浅议市政工程地下通道施工技术

何志林

（中铁二局三公司，四川 成都 610000）

1 概述

随着城市现代化的水平不断提高，城镇居民生活水平的改善，城市交通拥塞不畅的现状，已成为制约城市经济持续发展的重要因素。利用地下空间，修建地下通道己成为缓解城市交通拥塞的一种有效途径。故市政工程地下通道施工技术近十年来发展异常迅速。根据目前施工方法，大致可分为：明挖法、管棚法、顶进法、盾构法等几种施工技术。

2 明挖法施工技术

在地下通道埋深较浅且周围环境较空阔简单的条件下，或地下通道埋置范围内地下障碍物较多的场区，地下木桩、块石杂乱分布，其性质和分布范围又难以查明，若采用管棚法、盾构法等方法施工，难度甚大，多选用明挖法施工方法。明挖法的优点是施工机械设备简单，对一些地下障碍物容易处理，其工程进度和投资也容易控制，一般说来，明挖法的成本较低，地下通道质量也易保证，在条件许可的情况下，常为地下通道施工的首选方法。成都市红星路下穿通道采用的就是明挖法施工。

2.1 基坑降水

在砂性地层，工程降水是一项极其重要的施工环节，降水成功与否，是影响工程成败的主要环节。必须编制详细的工程降水设计。降水设计中应含有下列内容：

现场做简易抽水试验，以确认场区砂性土的渗透系数K 值（因为地质报告中提供的渗透系数，是在实验室中取得，与现场条件相差甚殊，多次实践，发觉误差甚大）；计算降水深度；根据现场实测的渗透系数，求得影响半径R；计算涌水量；选定降水方法，确定降水方式；计算单井出水量；布置降水井数；提出降水工艺具体操作要求，包括抽水井结构及操作要领、注意事项，还应明确水位观测孔的布置，并确定观测的频率，方法，人员，记录格式；提出降水要求，指导基坑开挖进度；分析计算由于降水对周围土体的变形，沉降等的影响程度，及制定预防对策。

从红星路地下通道的施工情况分析，根据土层的渗透系数、降水深度、设备条件和经济比较，成都地区宜采用管井井点降水法，在基坑两侧或者四周按一定距离设置管井，每个井点单独采用1台抽水机进行抽水，并连成管井网进行降水作业。

2.2 基坑支护

采用明挖法修建的地下工程，必须对基槽（坑）进行详细严谨的验算，若不能满足安全要求，应采取相应有效措施，确保工程安全实施。

主要验算以下几个问题：边坡稳定性验算;地基土强度验算;基坑周围土体变形验算。成都地区浅基坑深度一般为7～8m、深基坑深度一般为15～18m。根据调查总结，成都地铁一期工程全部车站和部分区间地下通道间采用明挖法施工，车站基坑深度一般为15～17m（个别基坑深度达到26m），且基坑大多临近建筑物和地下管线，环境要求高，施工难度大，成都市采用了人工挖孔桩、土钉墙、放坡开挖等基坑支护形式，并取得了成功经验。

2.3 基坑开挖

成都市红星路下穿道明挖基坑开挖在基坑降水20d 后进行，基坑开挖前先挖人工探槽。探明地下管线，并作好标记；开挖时人工机械采用“中部挖槽、纵向分段、竖向分层”的方法开挖，开挖过程中及时进行边坡挡护；每段开挖完成后，尽快进行该段结构的施工、减少基坑暴露时间，确保基坑稳定。

3 管棚法施工技术

当地下通道顶部上方有重要建（构）筑物或必须保护的古树、文物等，采用其他施工方法条件又不具备，则可采用管棚方法施工。管棚的构造如图1。

管棚法施工，即是在进洞前，先挖出一段沟槽，作为工作面，然后用钢管密排打入地下通道仰拱的上方，用注浆方法加固隧道顶部土体，然后再用高压喷射混凝土进行衬砌，当地下通道顶部用管棚支撑稳固后，再逐段分层挖除棚下土体，一段一段的按序前进，先撑后挖继衬，先顶后墙再底，形成流水作业，蚕食渐进。由于管棚法施工安全性小、难度大、要求高、进度慢等，故一般不予采用，当其他施工方法难以施展时，才采用之。

3.1 工程降水

若在软粘土地基中，多采用明沟+集水井排水方法，集水井一般每隔巧米设置一口，方形或矩形，长×宽×深=50×50×50厘米，排水井明沟用砖砌，内用砂浆摸面，以防漏水，明沟底要有4%底坡度，通向集水井。

若在粉土或砂性土地层中，必须作好降水工作，降水成功与否，是影响到工程是否顺利进行的关键，应根据土质情况，特别对渗透系数的准确确定极为重要，要求在施工现场作一简易抽水试验，以验证地质勘察报告的正确性，编制降水设计方案、计算降水深度、影响半径、降水水量、采用降水方法等。同时还应考虑到降水对周围建筑物及市政地下管线底沉降影响，制定保护措施。

3.2 基槽开挖

基槽应分段分层开挖，要考虑到挖土运输车辆的进出方便，其路线及纵坡要求。

切忌将挖出的土方堆在沟槽边侧，增加沟槽支护结构的侧向压力，危及边坡支护结构的安全。

基槽开挖达到设计标高后，于底部设10厘米厚的C10 混凝土垫层，一方面方便后面施工操作，保护基底不受损伤，同时也便于文明施工。保护场区的整洁。

3.3 管棚注浆超前加固

管棚注浆超前加固可以利用长管棚的超前支护作用，控制围岩变形，防止隧道围岩上方坍塌和地下管线受损。同时，通过管棚进行地层注浆，使拱部砂卵石层得以胶结，在开挖之前形成注浆加固圈，提高砂卵石层的自稳能力。

管棚沿拱部设置，采用φ108mm 钢管，环向间距为40mm，工作长度为20～25m。

图2 管棚注浆超前加固示意图

成都市顺城街地下人行通道工程就是采用管棚法施工成功的例子。其技术思路为：采用大面积井点降水和大管棚注浆进行超前加固，矿山法开挖，格栅架支撑和模喷混凝土支护。同时，加强施工过程中的监控量测，确保交通和建筑物的安全以及各种地下管线不受损坏。

4 顶进法施工技术

在铁路与公路交叉口，以往多用平立交形式，即当火车进入交叉口前，扳道员即放下栏杆，汽车与行人待火车过后，方可通行，这种方法对于日渐繁忙的公路交通，无疑成了拦路虎。故现多采用立交方式，或是公跨铁的公路立交桥，或是铁跨公的箱式隧道，互不干扰，交通畅行。

用顶进法建造下立交车行道与建造上立交相比，其工程投资小，而且在施工中不影响火车的运行，具有极好的环境效应，故用顶进法下穿铁路隧道，已被广泛应用。同理，在已建高速公路下修建立交车行道也可采用顶进法。其他一些特殊环境条件苛求状况下，如两侧建筑物众多，开槽明挖需拆迁量很大时，或基槽很深，开槽开挖需要大量支护工程费用，造价较高时，均可采用之。如：广西南宁市环城快速通道，下穿双线铁路便采用其顶进法施工。

其中，顶进力的计算应根据顶进长度、土质、隧道外形及施工方法等因素确定，可按下式公式计算：

P=k[N1ξ1+(N1+N2)ξ2+2Eξ3+RA]

式中：P-最大水平顶力(KN)

N1-箱体顶上荷重(KN)

ξ1-箱体顶部表面与顶上荷重的摩擦因数（视顶进润滑处理情况经试验确定）

N2-箱体自重(KN)

ξ2-底板面摩擦因数（由基底土质试验确定）

E-隧道侧的土压力之和(KN)

ξ3-侧面摩擦因数，若土质均一与ξ2 取值相同

R-钢刃脚的正面阻力(KPa)

A-钢刃脚的正面面积(m2)

k-安全系数，一般取1.2。

5 盾构法施工技术

盾构法是用暗挖地下通道的专用机械在地面以下建造通道的一种方法。盾构是与地下通道形状一致的盾构外壳内，装备着推进机构设备、挡土机构设备、出土运输机构设备、安装衬砌机构设备等部件的隧道开挖专用机械。

近年来，由于盾构法施工技术上的不断改进，机械化施工程度愈来愈高，对地层的适应性也越来越好。目前，在国内许多城市中地铁均大量采用盾构法进行区间地下通道施工，北京地铁5号线是首次采用盾构法修建的地下通道，针对北京特有的地层条件，主要采用了盾构法隧道衬砌设计和施工的技术。

盾构法的施工流程如图3所示。

在盾构法地下通道的起始端和终端各建一个工作井；盾构在起始端工作井内安装就位；依靠盾构千斤顶推力（作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上）将盾构从起始工作井的墙壁开孔处推出；盾构在地层中沿着设计轴线推进，在推进的同时不断出土和安装衬砌管片；及时地向衬砌背后的空隙注浆，防止地层移动和固定衬砌环位置；盾构进入终端工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。

6 结语

本文结合成都、北京、南宁地区的几个工程实例，将目前在国内采用过的地下通道施工方法较为系统、全面的予以整理、介绍，认为：

明挖法具有施工机械简便、通用，工程造价较低，遇到障碍物容易处理等优点，当地下通道埋深较浅，周围环境要求不太苛求的情况下，当属首选的方法。

管棚法只是在其它方法难以施展时，局部地段才采用之。该方法风险大，投资大。在施工过程中，风险甚大，不得已而用之。

顶进法目前仅使用于下穿铁路的箱式通道施工中，该方法具有不影响铁路运输、施工方便等优点，但是若距离过长，顶力及后座反力难以解决，故适用条件受到一定限制。

盾构法广泛使用于地下通道施工中，其适应性强、可以建造长距离地下通道。目前许多城市地下通道及地铁建造时，几乎皆采用此法。但该方法设备投资昂贵，还须专业制造管片的工厂相辅，技术难度大，要求高。

市政工程地下通道施工除应参考以上技术的应用外，还应考虑对环境的影响，如不能影响上边的交通，不能影响正常的车流组织与商务环境等。这就需要我们的土建工作者要有更深入的专业拓展能力、更全面的协调统筹能力、更客观的综合分析能力和持之以恒的工作态度。通过不懈努力，我们会在不断学习、思考和实践中更好地施工。

[1]铁道第二勘察设计院.成都市地铁一期工程可行性研究报告[R].成都：铁道第二勘察设计院,2000.

[2]姜玉松.地下工程施工技术[M].武汉理工大学出版社,2008年第一版.

[3]黄俊.北京地铁5号线区间渡线区隧道施工技术研究[J].铁道标准设计,2005年07期.

[4]王占生,王梦恕.盾构施工对周围建筑物的安全影响及处理措施[J].中国安全科学学报,2002年02期.