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1、西安地铁二号线区间隧道施工方法王春希1 樊红卫2（1铁道第第一勘察设设计院集团团，7100043 2西安地地下铁道有有限责任公公司 71100166）摘要: 本本文通过对对西安地铁铁二号线沿沿线工程地地质和水文文地质条件件的分析，结结合线路经经过地段的的地面建筑筑和交通状状况，论述述了西安地地铁二号线线一期工程程区间隧道道应采用的的施工方法法，并针对对西安地铁铁二号线一一期工程遇遇到的不良良地质问题题提出了处处理措施，对地铁二号线下一步应该研究的问题提出了设想。本文为笔者对西安地铁二号线一期工程所作的区间工法研究的总结，文中对施工方法的研究结论已经在二号线一期工程的设计施工中得到实施。关键词：
2、西西安地铁 区间隧道道 施工方方法1 前言言西安地铁二二号线为西安地铁铁线网南北北向骨干线线，线路北北起待建的的郑西铁路路客运专线线西安北客客站，向南南经北门、钟楼、南门、小寨至线路路终点韦曲曲。二号线一一期工程（北北客站长长延堡段）正正线全长220.6223km，均均为地下线线，设17座车站站。地铁二号线线穿过地层层比较复杂杂，且受多种不不良地质及及地层构造造的影响，加加之城市道道路交通及及其它控制制点的制约约，区间隧道施工方方法的选择择对施工安安全、地面面重要建筑筑的安全、工工程造价、工工程质量及及进度有决决定性的影影响。地铁铁二号线是是西安地区区的首条地地铁线路，因此此二号线区区间隧道工
3、工法选择不不仅对二号号线有直接接的影响，对对西安地铁铁的后续修修建也具有有重要的意意义。2 沿线线工程地质质及水文地地质西安市位于于关中平原原中部，其其内沉积了了巨厚的第第四系地层层，地铁二号线线工程涉及及的主要为为第四系全全新统、上上更新统和和中更新统统地层的黏黏质黄土、粉粉质黏土、古古土壤、细细砂、中砂砂。二号线区间间隧道主要要穿行于潜潜水含水层层中，水位位埋深一般般介于10020mm。潜水位位多年变化化不明显，大大部分12mm，局部小小于1m，属季季节性大气气降水动态态类型。地地下水主要要接受大气气降水、地地表水、灌灌溉水入渗渗补给及浅浅层承压水水的补给。渭渭河河漫滩滩及一、二二级阶地一
4、一带粗砂、砂砂砾石、卵卵砾石土的的渗透系数数K =220800m/d，渭渭河二、三三级阶地及及黄土梁洼洼地段新、老老黄土的渗渗透系数KK =116m/d。沿线的不良良地质主要要有地裂缝缝、饱和砂砂土液化、黄土湿陷陷性、饱和软黄黄土、地面沉降降等3 区间间隧道平纵纵断面、控控制点沿线对区间间隧道工法法选择有重重大影响的的控制点有有陇海铁路路、南北城城墙及护城城河、钟楼楼、地裂缝缝等。除变变形剧烈的的地裂缝影影响带须采采取特殊的的工程措施施外，其余余控制点处处均考虑采采用盾构法法施工。4 地铁铁二号线地下下区间施工工方法研究究区间隧道的的施工方法法一般有明明挖法及暗暗挖法，暗暗挖法又可可分为浅埋埋
5、暗挖法及及盾构法,下面将结结合西安地地铁二号线线的具体情情况进行讨讨论。4.1明挖挖法明挖法是采采用一定的的施工措施施，从上往往下逐步开开挖基坑的的岩土，然然后从下至至上逐步施施工结构，最最后回填基基坑的施工工方法。明明挖法施工工工艺简单单、技术成成熟、进度度快、质量量可靠、防防水效果好好、风险小小，结构防水水质量易保保证。在交通疏疏解、地下下管线、周周围环境许许可的条件件下，区间间隧道可尽尽量抬高轨轨面标高，使使之置于较较小的埋置置深度，为为明挖法施施工创造条条件，从而而降低工程程造价，加加快工程进进度。(1)明挖挖法分类明挖法按支支护方式分分放坡明挖挖和围护明挖。放放坡明挖可可采用锚喷喷护
6、坡、土土钉墙等方方式。围护护明挖有钻孔孔灌注桩、人人工挖孔桩桩、SMWW工法、地地下连续墙墙、钢板桩桩等围护结结构型式。(2)西安安地区现有有明挖基坑坑采取的支支护方式：西安地区现现有基坑一一般为建筑筑地下室基基坑，深度度普遍较小小（为59米），排桩加锚锚杆（锚索索）支护在在西安市地地下工程的的基坑支护护工程中应应用非常普普遍，实践践中的效果果也比较好好。(3)西安安地铁二号线线明挖法施施工选择：西安地铁二二号线工程程可行性研研究过程中中，依据西安地铁二号线线沿线地面面交通、配配线布置、地地裂缝分布布、沿线建建筑物分布布等情况，在在线路平纵纵断面设计计中进行统统筹规划，在在有条件采采用明挖施施
7、工的区间间，从平纵断断面设计上上为明挖法法施工创造造条件。 4.2暗挖挖法：暗挖法根据据不同地段段的工程地地质、水文文地质及地地表环境场场地条件等等，可分为为浅埋暗挖挖法及盾构构法。4.2.11浅埋暗挖挖法：浅埋暗挖法法沿用了新新奥法的基基本原理，创创建了信息息化量测反反馈设计和和施工的新新理念，采用先柔柔后刚复合合式衬砌新新型支护结结构体系。在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，保证施工安全。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，以达到安全与经济的目的。(1) 浅浅埋暗挖法法隧道的监监控量测在采用浅埋埋暗挖法施施工的区间间应该进行行
8、严密的监监控量测，监监控量测的的项目和测测点布置如如图1 所示，对对重要项目目的量测应应满足专门门的要求，并并加密量测测的频率。在在施工中严严格以量测测数据指导导施工。图1 浅埋暗挖挖法施工监监控量测图图(2) 浅浅埋暗挖法法隧道的防防水浅埋暗挖法法施工虽然然有许多优优点，但防防水效果不不佳确是有有目共睹的的。究其原因不不外乎以下下几点，第第一，种种种原因引起起防水混凝凝土的质量量不过关，达达不到防水水的要求；第二隧道道施工后的的受力变形形与设计不不一致，引引起衬砌变变形、开裂裂导致渗漏漏；第三防防水板在施施工过程中中被损坏，失失去防水作作用。为了了减少浅埋埋暗挖法施施工工艺引引起的渗漏漏水病
9、害，应应针对以上上问题进行行攻关，从从混凝土的的配比工艺艺，施工工工艺等方面面进行认真真研究，积积极采用新新材料、新新工艺彻底底解决施工工工艺引起起的渗漏水水。在设计计方法上应应针对本地地实际的地地质条件，探探索地层物物理参数与与地下洞室室受力变形形的关系，灵灵活应用新新奥法精髓髓，使结构构在设计上上能够承受受以后的各各种应力状状况。(3) 西西安地铁二号线线区间隧道道暗挖法施施工策略西安地铁二二号线区间间隧道穿过过的地层属属典型的第第四系黄土土地层，隧隧道埋深位位于地下水水位以下，从从钻孔资料料可以看到到，隧道埋埋深范围内内的土层饱饱和度大多多为85%以上，液液性指数基基本大于00.30，隧
10、隧道结构范范围内的地地层多处于于可塑到软软塑状态，地地下水位附附近有软塑塑带，由于于围岩自身身承载能力力很差，为为避免隧道道施工过程程中对地面面和周围建建筑物造成成破坏，需需要严格控控制地面沉沉降量。因因此，要加加强初期支支护的刚度，支支护要及时时。在施工工过程中应应该严格按按国内长期期总结的“管超前、严严注浆、短短进尺、强强支护、早早封闭、勤勤量测、速速反馈”的经验进进行施工。从西安地区区地层的有有关指标可可以发现，水水位线以下下的黄土，处处于可塑到到软塑状态态，而且地地层的渗透透系数较大大，因此暗暗挖隧道应应采用辅助助降水措施施，由于地地下水位以以下的黄土土饱和度均均在80%以上，估估计一
11、般的的注浆方法法和浆液不能能满足施工工要求，所所以在西安安的黄土地地层中应该该选择浆液液颗粒很细细，渗透性性好而有比比较经济的的浆液，从从以往的工工程经验，水水玻璃浆液液或水泥水水玻璃浆液液也许是比比较好的选选择，或者者在地层非非常软弱的的地方采取取聚氨酯浆浆液注浆。浅埋暗挖法法施工的辅辅助施工措措施有小导导管注浆、长长管棚、冷冷冻法等，小小导管注浆浆和长管棚棚是施工中中经常采用用的方法，冷冷冻法因为为工艺复杂杂，造价高高，所以一一般仅用于于地质较差差的大跨隧隧道。在西西安地铁二号线线区间隧道道的施工中中，依据浅浅埋暗挖法法施工的区区间隧道的的地质和洞洞室跨度情情况，在单单线断面施施工中隧道道
12、拱部采用用小导管注注浆方式，双双线断面可可以采用管管棚、双层层小导管注注浆或管棚棚结合小导导管注浆方方式，在局局部喇叭口口段的大跨跨衬砌施工工中采用长长管棚注浆浆的施工辅辅助措施。4.2.22盾构法：盾构法是在在盾构机钢钢壳体的保保护下，依依靠其前部部刀盘上的的刀具挖掘掘地层，并并在盾构机机壳体内完完成出碴、管管片拼装、推推进等作业业的一种施施工方法。盾盾构法施工工不仅施工工进度快，而而且无噪音音，无振动动公害，对对地面交通通及沿线建建筑物、地地下管线和和居民生活活等影响较较少。国内目前在在盾构区间间的施工中中地面变形形的控制方方面普遍已已经达到13的水平平，在对变变形要求严严格的区段段采取加
13、强强对位同步步注浆、衬衬砌回填压压浆、地面面跟踪注浆浆的综合措措施，地面面沉降已经经可以控制制在几个毫毫米的水平平。(1) 盾盾构法在西西安地区的的适用性盾构施工技技术从广州州地区的微微风化岩层层到上海地地区的淤泥泥质地层均均能够适用用，西安的的地层从与与其他城市市的比较可可以看出是是非常适合合采用盾构构施工的。西安地铁盾盾构机选择择土压平衡衡盾构机最最适合西安安地层，也也能满足西西安地铁二号线线施工通过过大量的古古建筑对地地面变形的的严格要求求。(2) 盾盾构法施工工在西安面面临的主要要问题西安地铁二二号线盾构构区间要通通过国家级级文物保护护单位西安安古城墙及及钟楼，盾盾构施工通通过时的沉沉
14、降和隆起起的控制比比一般地段段更要严格格，在盾构构机的选型型中必须考考虑到这样样的特殊要要求。盾构构在黏质黄黄土地层中中施工时容容易形成泥泥饼，造成成推进困难难，效率降降低，因此此盾构的刀刀盘开口率率应较大，或或者采用辐辐条式刀盘盘。(3) 盾盾构工法选择对区间功能能及车站的的影响盾构法采用用单圆形结结构，单一的断断面形式，制制约了区间间隧道的使用用功能。盾盾构法施工工的区间内，无法设置存存车线、渡渡线、折返返线、联络络线等辅助助线，也无无法设置迂迂回风道、人防隔断断门、不宜悬吊吊风机，联联络通道与与区间排水水泵房的施施工也有相相当的难度度。为了盾构施施工的经济济性，一般般一台盾构构机通常连连
15、续施工223个区区间，其间间的车站均均采用过站站方案。这这对于减少盾盾构机拆装装及转场次次数、延长长机械寿命命、缩短工工期是很有有价值的，但但是盾构机机经过的车车站结构底底板需在车车站通长范范围内加深深，会增大永久久结构规模模。(4) 盾盾构施工的的变形监测测盾构施工的的变形监测测包括地表表沉降监测测和盾构内内变形监测测两部分内内容。在盾盾构施工的的线路上方方每隔200米左右布布置监测横横断面，进进行变形监监测，依据据监测数据据指导盾构构的下一步步施工。除除必测项目目外，监测测断面的监监测项目和和监测频率率依据地表表变形大小小和地表建建筑的重要要性进行确确定。4.2.33西安地铁二号线线区间隧
16、道道工法总结结地铁区间隧隧道的各种种施工方法法各有其特特点，亦存存在一定的的局限性。根根据沿线不不同地段的的工程地质质和水文地地质条件、线线路埋深、地地面与地下下建(构)筑物及管管线的分布布情况、城城市总体规规划要求，结结合道路交交通状况，通通过对技术术、经济、环环境、交通通影响、工工期及使用用功能等方方而的综合合比较，合合理选择施工工方法。除地面环境境要求宽松松，埋深较较浅的段落落选择明挖挖法外，其其余区间隧隧道的施工工方法可在在浅埋暗挖挖和盾构之之间进行选选择，鉴于于沿线地质质状况，并并结合沿线线地面交通通、地面建建筑状况及及工程统筹筹规划，区区间隧道的的选择原则则是，在有有条件采用用盾构
17、工法法的前提下下，优先选选择盾构法法施工。区区间隧道要要穿过8条条地裂缝，鉴鉴于隧道上上方的地面面建筑和交交通状况，隧隧道穿过地地裂缝处除除一处外其其余均采用用浅埋暗挖挖法施工。基于以以上的分析析，西安地铁二二号线区间间隧道工程程，除个别别条件允许许的区段采采用明挖法法外，绝大大多数地下下线路的施施工方法只只能在矿山山法和盾构构法中进行行选择。依据西安地地铁二号线线区间隧道道的线路埋埋深、沿线线建筑物分分布、道路路交通等因因素确定西西安地铁二号线线一期工程程区间隧道道采用工法法如下表所所示。 西安安地铁二号线线区间隧道道工法分段段 表表1序号区间名称工法选择结结果及原因因工法选择附注1铁路北客
18、站站麻家什什字盾构2麻家什字城运村盾构3城运村张张家堡盾构+土钉钉墙护坡 部分明明挖4张 家 堡堡 尤 家 庄盾构5尤 家 庄庄 南 康 村浅埋暗挖有配线段6南 康 村村 方 新 村浅埋暗挖7方 新 村村 龙 首 村盾构8龙 首 村村 北 关关盾构+浅埋埋暗挖处理2地地裂缝段采采用浅埋暗暗挖9北 关 北 大 街街盾构+浅埋埋暗挖联络线和渡渡线段采用用浅埋暗挖挖法10北 大 街 钟钟 楼盾构11钟 楼楼 南 门门盾构12南 门门 南 稍稍 门浅埋暗挖13南 稍 门门 草草 场 坡坡浅埋暗挖 有配线线14草 场 坡坡 小小 寨浅埋暗挖15小 寨寨 八 里里 村盾构+浅埋埋暗挖处理8地地裂缝段采采用
19、浅埋暗暗挖16八 里 村村 长 延 堡盾构+浅埋埋暗挖处理9地地裂缝段采采用浅埋暗暗挖17长 延 堡堡站后配线线明挖+浅埋埋暗挖5、沿线不不良地质对对区间隧道道的影响及及工程措施施沿线的不良良地质主要有饱和和砂土液化化、湿陷性性黄土、饱饱和软黄土土5.1 饱饱和砂土液液化西安地铁二二号线饱和和砂土液化化层的分布布，呈星点点状分布特特征，主要要分布在渭渭河漫滩、一一级阶地及及潏河一级级阶地，地地震液化层层厚177m，埋深深35mm，等级属属轻微中中等液化，对对二号线工工程基本没没有影响。5.2黄土土湿陷性西安地铁二二号线经过过段落地表表广泛分布布有湿陷性性黄土，以以级、级非自重重湿陷性为为主，少
20、部部分段落分分布有级自重湿湿陷性黄土土。湿陷性黄土土主要分布布于地表段段，对占全全线绝大多多数段落的的暗挖法施施工段在施施工阶段影影响不大，但但考虑到以以后因地表表湿陷可能能会引起结结构承受额额外的荷载载，对埋深深较浅的区区间隧道设设计时应予予以加强。湿湿陷性地层层对区间的的影响表现现的另一个个方面是对对明挖段和和地表加强强处理段的的影响。由由于施工过过程中工程程用水的参参与，会引引起地表沉沉陷变形，但但根据西安安地区既有有工程的经经验，只要要在施工过过程中能够够采取分段段跳槽施工工，加强施施工用水的的管理。或者改变变有关浆液液的材料，施施工引起的的地表湿陷陷是可以得得到控制的的，不会对对工程
21、和周周围建筑造造成破坏。黄土湿陷性性对区间隧隧道的影响响主要表现现在两个方方面，第一一，基底湿湿陷变形后后引起隧道道不均匀沉沉降，衬砌砌开裂，漏漏水，影响响正常的运运营。第二二，隧道洞洞身及上部部地层遇水水湿陷后，引引起地层物物理力学参参数变化，隧隧道衬砌受受力加大，衬衬砌发生破破坏，影响响正常的运运营。因此此在受黄土土湿陷性影影响的段落落的区间隧隧道的设计计，应针对对以上两点点采取以下下针对性措措施：(1)对于于埋深很浅浅的段落（隧隧道拱顶覆覆土小于55m），如如果地面有有条件，采采用在地面面进行处理理的方法，处处理采用灰灰土挤密桩桩，经过处处理的土层层承载力应应不低于2200KPPa。如果
22、果基地处的的湿陷性黄黄土较浅，也可采用换填的方法进行处理。(2)对于于隧道埋深深较大或地地面没有条条件进行处处理的浅埋埋段，采用用在隧道内内进行处理理的方法，对对隧道基底底进行灰土土挤密处理理。(3) 结结构设计中中应对可能能产生的附附加应力采采取针对性性加强措施施，设置必必要的变形形缝，变形形缝处应加加强防水措措施。对区间隧道道内的湿陷陷性地层的的处理主要要是对基底底土层进行行挤密加固固，在消除除加固范围围地层的湿湿陷性的同同时，降低低地层的渗渗透系数，以以隔绝区间间隧道运营营过程中汇汇聚的各种种地下水或或其它水流流向基底地地层的渗透透影响，从从而达到消消除地层湿湿陷性的目目的。为减少黄土土
23、湿陷性的的影响，在在施工中应应加强施工工用水的管管理，隧道道内必须建建立完善的的临时排水水系统，对对受湿陷性性影响段的的压浆应采采取双液浆浆，以加强强浆液的加加固效果同同时减少用用水量。在该段隧道道设计中适适当加大预预留沉落量量，以便为为难于预料料的地层沉沉降预留必必要的处理理空间。 5.3饱和和软黄土西安地铁二二号线部分分段落由于于地下水位位浅，部分分黄土受地地下水的浸浸润及软化化，土体处处于饱和状状态、湿陷陷性消失、承承载力降低低，位于特特殊的工程程地质层，对对工程修建建影响较大大。从饱和软黄黄土的纵向向分布可以以看出，沿沿线部分段段落暗挖区区间隧道的的拱部和部部分边墙部部位位于饱饱和软黄
24、土土层中，采采取的工程程措施是，在有条件件的情况下下尽量采用用盾构法施施工，在采采用浅埋暗暗挖法施工工的地段对对拱部初期期支护进行行加强，采采用小导管管压注水泥水水玻璃浆液液。在施工工措施上尽尽量减少对对地层的扰扰动，初期期支护尽早早封闭，二二次衬砌紧紧跟。6 地铁二二号线应进进一步研究究的问题(1) 地地裂缝段处处理措施地裂缝是西西安地铁遇遇到的特殊殊地质现象象。地裂缝缝具有活动动的特性，一一般的建筑筑均采取绕绕避的方法法避免地裂裂缝的影响响。但地铁铁工程无法法绕避，因因此应该对对此进行深深入的研究究，使地铁铁工程能够够安全的施施工和正常常的运营。下下阶段在以以下方面应应进行研究究。第一，结
25、结构如何适适应地裂缝缝的变形，并并满足正常常的使用；第二，地地裂缝发生生变形后防防水问题的的处理；第第三，地裂裂缝处的轨轨道结构和和接触网适适应性研究究。(2) 黄黄土地层盾盾构施工的的后期沉降降研究通过地层(同时考虑虑地下水影影响)、盾盾构机体和和管片结构构的整体数值模模拟分析，从从总体上把把握盾构机机掘进时，机机体与前方方土体、机机体与管片片结构以及及管片结构构与周围土土体的相互互瞬态作用用关系，探探明在掘进进各阶段土土体的应力力松弛、孔孔隙水的上上升和下降降、盾构机机前方及周周围土体的的沉降和隆隆起的三维维位移分布布规律，把把握掌子面面稳定性与与盾构机的的合理推力力的关系，掘掘进时对地地
26、面建筑物物及近接结结构物的影影响程度。同同时研究解解决盾构法法施工的监监控量测体体系。 (3) 盾构隧隧道受力特特征及长期期安全性研研究分析在在不同土压压、地下水水压和邻近近建筑物影影响下，盾盾构隧道主主体结构的的受力特征征。从管片片结构与周周围地层的的相互作用用关系上，对对隧道结构构的设计模式进进行分析，研研究开发适适合西安地区地地层特点、可可考虑地下下水压和不不同埋深条条件下的设设计手法和和具体参数数。分析比比较隧道管管片的不同同拼接方式式对断面的的结构内力力的影响，并并进一步考考虑施工推推进过程对对隧道管片片的影响，得得出纵横向向的最佳拼拼接方式。对对结构体的的长期安全全性进行评评价。(
27、4) 区间盾构构法施工时时的跨站施施工技术方方案研究从工期、施施工技术及及提高盾构构设备的利利用率等方方面出发，研研究在地铁铁区间采用用盾构法施施工时通过过车站的技技术方案，研研究解决盾盾构设备过过站的工艺艺流程和施施工组织设设计。 参考文献 1 铁铁路隧道设设计规范，TB10003-2005J449-2005 中国铁道出版社 2 地地铁设计规规范，GGB 500157-20033中国计计划出版社社 200033 西西安市城市市快速轨道道交通二号号线详细勘勘察阶段沿沿线地裂缝缝勘察报告告 长安安大学工程程设计研究究院二零零七年年四月西安4 西西安市城市市快速轨道道交通二号号线初步设设计平纵断断面设计图图 铁道道第一勘察察设计院 20007.55 西西安地裂缝缝场地勘察察与工程设设计规程DDBJ611-6-22006 陕西省省建筑标准准设计办公公室发行6 西安市市城市快速速轨道交通通二号线详详勘报告 20077 机械械工业勘察察设计研究究院、西北北综合勘察察设计研究究院等7 西安市市轨道交通通二号线区区间施工方方法专题研研究报告 铁道第一一勘察设计计院 20006.11111