2K313012 地铁区间隧道结构与施工方法
【考点】地铁区间隧道结构与施工方法
一、施工方法比较与选择【必会】
（一）喷锚暗挖法
施工基本流程见图2K313012-1。
该法采用先柔后刚复合式衬砌和新型的支护结构体系，初期支护按承担全部基本荷载来设计，二次模筑衬砌作为安全储备，初期支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。
应用浅埋暗挖法设计和施工时，同时采用多种辅助工法，超前预支护以改善加固围岩，调动部分围岩的自承能力；采用不同的开挖方法及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系。

在施工过程中应用监控量测、信息反馈和优化设计，实现不塌方、少沉降和安全施工。
浅埋暗挖技术初期支护要刚度大，支护要及时。初期支护必须从上向下施工，二次衬砌模筑必须通过变形量测确认初期支护结构基本稳定时，才能施工，而且必须从下往上施工，绝不允许先拱后墙施工。

浅埋暗挖法与新奥法相比，更强调地层的预支护和预加固。浅埋暗挖法支护衬砌的结构刚度比较大，初期支护允许变形量比较小，有利于减少对地层的扰动及保护周边环境。
浅埋暗挖技术初期支护要刚度大，支护要及时。初期支护必须从上向下施工，二次衬砌模筑必须通过变形量测确认初期支护结构基本稳定时，才能施工，而且必须从下往上施工，绝不允许先拱后墙施工。

浅埋暗挖法与新奥法相比，更强调地层的预支护和预加固。浅埋暗挖法支护衬砌的结构刚度比较大，初期支护允许变形量比较小，有利于减少对地层的扰动及保护周边环境。
1．地层预加固和预支护
在城市地铁隧道施工中，需采用地层预加固、预支护的方法，以提高周围地层的稳定性。常用的预加固和预支护方法有：小导管超前预注浆和管棚超前支护等；详见 2K313034和2K313035。
2．隧道土方开挖与支护
采用浅埋暗挖法开挖作业时，根据不同的地质条件及隧道断面，选用不同的开挖方法，但其总原则是：预支护、预加固一段，开挖一段；开挖一段，支护一段；支护一段，封闭成环一段。
初期支护封闭成环后，隧道处于暂时稳定状态，通过监控量测，确认达到基本稳定状态时，可以进行二次衬砌的混凝土灌注工作。如量测结果证明尚未稳定，则需继续监测；如监测结果证明支护有失稳的趋势时，则需及时通过设计部门共同协商，确定加固方案；详见 2K313031。
3．初期支护形式
在软弱破碎及松散、不稳定的地层中采用浅埋暗挖法施工时，除需对地层进行预加固和预支护外，隧道初期支护施作的及时性及支护的强度和刚度，对保证开挖后隧道的稳定性、减少地层扰动和地表沉降，都具有决定性的影响。在诸多支护形式中，钢拱锚喷混凝土支护是满足上述要求的最佳支护形式；详见2K313032。
4．二次衬砌
在浅埋暗挖法中，初期支护的变形达到基本稳定，且防水结构施工验收合格后，可以进行二次混凝土衬砌灌注工序。这是浅埋暗挖法中二次衬砌施工与一般隧道衬砌施工的主要区别。
二次衬砌模板可以采用临时木模板或金属定型模板，更多情况则使用模板台车。衬砌所用的模板、墙架，拱架均应式样简单、拆装方便、表面光滑、接缝严密。使用前应在样板台上校核；详见2K313033。
5．监控量测
利用监控量测信息指导设计与施工是浅埋暗挖施工工序的重要组成部分。在设计文件中应提出具体要求和内容，监控量测的费用应纳入工程成本。在实施过程中施工单位要有专门机构执行与管理，并由项目技术负责人统一掌握、统一领导。
经验证明拱顶下沉是控制稳定较直观的和可靠的判断依据，水平收敛和地表下沉有时也是重要的判断依据。对于地铁隧道来讲，地表下沉测量显得尤为重要。

（二）盾构法
1．盾构法施工见图  2K313012-2，其基本施工步骤：
（1）在盾构法隧道的始发端和接收端各建一个工作（竖）井；
（2）盾构机在始发端工作井内安装就位；
（3）依靠盾构机千斤顶推力（作用在已拼装好的衬砌环和工作井后壁上）将盾构机从始发工作井的墙壁预留洞门推出；
（4）盾构机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；
（5）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；
（6）盾构机进入接收工作井并被拆除，如施工需要，也可穿越工作井再向前推进。

2．盾构法施工隧道具有以下优点：
（1）除工作井施工外，施工作业均在地下进行，既不影响地面交通，又可减少对附近居民的噪声和振动影响；
（2）盾构推进、出土、拼装衬砌等主要工序循环进行，施工易于管理，施工人员也较少；
（3）在一定覆土范围内，隧道的施工费用不受覆土量多少影响，适宜于建造覆土较深的隧道；
（4）施工不受风雨等气候条件影响；
（5）当隧道穿过河底或其他建筑物时，不影响航运通行和建（构）筑物的正常使用；
（6）土方及衬砌施工安全、掘进速度快。
（7）在松软含水地层中修建埋深较大的长隧道往往具有技术和经济方面的优越性。

3．盾构法施工也存在以下一些问题：
（1）当隧道曲线半径过小时，施工较为困难；
（2）在陆地建造隧道时，如隧道覆土太浅，则盾构法施工困难很大，而在水下时，如覆土太浅则盾构法施工不够安全；
（3）盾构施工中采用全气压方法以疏干和稳定地层时，对劳动保护要求较高，施工条件差；
（4）盾构法隧道上方一定范围内的地表沉陷尚难完全防止，特别在饱和含水松软的土层中，要采取严密的技术措施才能把沉陷控制在很小的限度内；
（5）在饱和含水地层中，盾构法施工所用的拼装衬砌，对达到整体结构防水的技术要求较高；
（6）对于结构断面尺寸多变的区段适应能力较差。
4．使用管片的技术要求：
盾构到达接收井（进洞）时，建议在进洞时的10环管片上，增设纵向拉紧装置，并适当加强第一次螺栓紧固力。工作井在盾构洞口应预埋现浇钢筋混凝土环梁筋。一般盾构从硬地层到软地层易下沉、扎头，此时要注意盾构推进保持匀速，推进时要严格控制出土量，保持土压平衡，必要时同步注浆，适当增加压力，并提早做管片二次压浆，减少本区段管片的沉降。作为盾构法隧道设计，此时应进行隧道纵向强度和变形验算，适当加大螺栓直径。

5．隧道内的水平运输以及地面的垂直运输：
隧道内配套的水平运输往往也关系到整个施工的进度。通过整个施工流程来看，隧道水平运输包括管片、砂浆以及其他材料的运进，土压平衡盾构还有掘进所出渣土的运出。

二、不同方法施工的地铁区间隧道结构
（一）明挖法施工隧道
在场地开阔、建筑物稀少、交通及环境允许的地区，应优先采用施工速度快、造价较低的明挖法施工。明挖法施工的地下铁道区间隧道结构通常采用矩形断面，一般为整体浇筑或装配式结构。
整体式衬砌结构——结构整体性好，防水性能容易得到保证，可适用于各种工程地质和水文地质条件；但是，施工工序较多，速度较慢。
预制装配式衬砌——目前以单跨和双跨较为通用。整体性较差，对于有特殊要求（如防护、抗震等）的地段要慎重选用。

（二）喷锚暗挖（矿山）法施工隧道
在城市区域、交通要道及地上地下构筑物复杂地区，隧道施工喷锚暗挖法通常是一种较好的选择；隧道施工时，一般采用拱形结构，其基本断面形式为单拱、双拱和多跨连拱。前者多用于单线或双线的区间隧道或联络通道，后两者多用在停车线、折返线或喇叭口岔线上。
采用喷锚暗挖法隧道衬砌又称为支护结构，其作用是加固围岩并与围岩一起组成一个有足够安全度的隧道结构体系，共同承受可能出现的各种荷载。
1．衬砌的基本结构类型——复合式衬砌
这种衬砌结构是由初期支护、防水隔离层和二次衬砌所组成。
复合式衬砌外层为初期支护，其作用是加固围岩，控制围岩变形，防止围岩松动失稳，是衬砌结构中的主要承载单元。一般应在开挖后立即施作，并应与围岩密贴。所以，最适宜采用喷锚支护，根据具体情况，选用锚杆、喷混凝土、钢筋网和钢支撑等单一或并用而成。
2．衬砌结构的变化方案
在干燥无水的坚硬围岩中，区间隧道衬砌亦可采用单层的喷锚支护，不做防水隔离层和二次衬砌，但此时对喷混凝土的施工工艺和抗风化性能都应有较高的要求，衬砌表面要平整，不允许出现大量的裂缝。
在防水要求不高，围岩有一定的自稳能力时，区间隧道亦可采用单层的模筑混凝土衬砌，不做初期支护和防水隔离层。单层模筑衬砌又称为整体式衬砌，为适应不同的围岩条件，整体式衬砌可做成等截面直墙式和等截面或变截面曲墙式，前者适用于坚硬围岩，后者适用于软弱围岩。

（三）盾构法隧道
1．盾构法隧道衬砌
（1）管片类型
管片按材质分为钢筋混凝土管片、钢管片、铸铁管片、钢纤维混凝土管片和复合材料管片。其中，钢管片和铸铁管片一般用于负环管片或联络通道部位；钢筋混凝土管片是盾构法隧道衬砌中最常用的管片类型。
（目前，国内城市地铁盾构法隧道的管片常见厚度为300mm和350mm，常用的环宽为1000mm、1200mm和1500mm。）
（2）管环构成
盾构隧道衬砌的主体是管片拼装组成的管环，管环通常由 A型管片（标准环）、B型管片（邻接块）和 K型管片（封顶块）构成，管片之间一般采用螺栓连接，见图2K313012-3a。封顶块K型管片根据管片拼装方式的不同，有从隧道内侧向半径方向插入的径向插入型（图 2K313012-3b）和从隧道轴向插入的轴向插入型（图 2K313012-3c）以及两者并用的类型。半径方向插入型为传统插入型。
随着隧道埋深的增加，不易脱落的轴向插入型 K管片被越来越多地使用。
2．联络通道
联络通道是设置在两条地铁隧道之间的一条横向通道，起到乘客的安全疏散、隧道排水及防火、消防等作用，如图 2K313012-4所示。
（两条单线区间隧道应设联络通道，相邻两个联络通道之间的距离不应大于 600m。）
目前，国内地铁的联络通道主要采用暗挖法、超前预支护方法（深孔注浆或冻结法）施工。其施工顺序为：
（1）打开冻结侧通道预留口钢管片。
（2）按照通道中部的全断面开挖并作临时支护直到对侧门钢管片。
（3）返回刷大两侧喇叭口断面并作临时支护。
（4）集水井开挖、临时支护和一次浇混凝土永久支护。
（5）最后打开通道对侧门钢管片。
在有承压水的砂土地层施工联络通道是地铁施工风险最大的工序之一，施工时必须引起注意。

【提示】
要求掌握此部分相关技术要点。