浅谈矿山法隧道开挖与衬砌工程技术

冯秀敏

【摘 要】矿山法是一种传统的暗挖方法，是人们在长期的施工实践中发展起来的。它是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成型后。逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式厚衬砌作为永久性支护的施工方法。

【关键词】矿山 地铁施工 隧道 工程技术

中图分类号：G4 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1672-0407.2016.06.200

一、矿山法施工在地铁施工领域的背景

矿山法是一种传统的暗挖方法，是人们在长期的施工实践中发展起来的。它是以木或钢构件作为临时支撑，待隧道开挖成型后。逐步将临时支撑撤换下来，而代之以整体式厚衬砌作为永久性支护的施工方法。

继1984年王梦恕院士在军都山隧道黄土段试验成功的基础上，又于1986年在具有开拓性、风险性、复杂性的北京复兴门地铁折返线工程中应用，在拆迁少、不扰民、不破坏环境下获得成功。同时，结合中国特点及水文地质系统，创造了小导管超前支护技术、8字型网构钢拱架设计、制造技术、正台阶环形开挖留核心土施工技术和变位进行反分析计算的方法，提出了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测” 18字方针，突出时空效应对防塌的重要作用，提出在软弱地层快速施工的理念。创立了适用于软弱地层的地下工程设计、施工方法。目前国内各大城市地铁工程，大都采用此方法。

二、施工中遇到的重难点及应对措施

（一）软弱地质及地下水处理方法

例如长春地铁北-人区间矿山段地形南高北低，北侧350米为汇水方渠，地下水由南向北流动。此区间砂层厚度仅为3.5米左右，上层导洞的拱脚处于砂层位置，且地势走向坡度起伏较大，存在多处凸凹面，地下水很难全部流入周围降水井内。从而在开挖过程中，水量较大，砂层松动，施工难度增加。

因此，在开挖竖井及横通道时做好了充分的试验段，来处理开挖过程中流水流砂现象。

1.软弱地层侧壁打管注双液浆止水固砂。

①施工机械：空压机1台，风镐2把，双液注浆机1台，喷浆机1台；②施工人员：喷浆工1人，注浆工4人，风镐工4人；③施工方法：在2号导洞侧墙面上用风镐将已喷好的砼破除成孔，在每两榀中间斜向下45°打设注浆导管，导管长度为3.0米，使用高压风镐将导管顶入泥岩30cm，端头外漏30cm，将导管四周用喷射砼封闭完成后，注水泥水玻璃双浆液。④浆液配比：依据水玻璃35-40Be，水：水玻璃=1：5，水泥：水=1：1，水泥浆：水玻璃=1：（1～0.6），场外注浆前试验，确定水泥水玻璃的调配比。

①制备水泥浆：水泥、水各称取4kg，等质量制备1：1水泥浆液。

②制备不同波美度的水玻璃溶液：把进场的水玻璃调制成波美度为35°的基本溶液，之后按照体积比1：1、1：2、1：3、1：5与水混合调配，制成不同波美度的水玻璃溶液。与制备好的水泥浆液混合，记录凝结时间。

洞内注浆步骤：①在已喷好的侧墙砼面上用风镐凿开尺寸大约为20×40cm的孔洞，露出原砂层面；②用风镐斜向下45°打入3米长注浆导管，进入泥岩30cm，端头外漏30cm；③每个孔洞打入4根注浆管，为1组；④每相邻两榀之间打入1组，并用喷浆料封孔；⑤制备比例已调配好的水泥水玻璃溶液；⑥开始注浆，直到浆液外漏。

注浆效果：

现场进行注浆配比试验，先后按不同波美度水玻璃与水泥浆液混合注浆，把凝结时间调制成30s-70s不同时间段，在3号导洞开挖时发现，上台阶拱脚处水量减少，砂层相对稳定。

（二）地面沉降如何控制（开挖及二衬两方面）

控制好地面及拱顶的沉降值是暗挖工程能否取得成功的关键。监测是施工的眼睛，在开挖过程中，做好日常拱顶、地表及管线的监测工作，若有数据突变的情况，立即进行复测，确保数据的真实性。数据变化较大时，立即采取措施，严禁超挖，格栅架设时各个节点之间连接紧密，超前小导管支护到位，锁脚锚管长度打设到位，必要时采用格栅密排，来减小沉降。施做二衬时，面临初支隔壁隔板的破除，在破除之前做好监测沉降点，采取初始值，在破除过程中加密监测。

二衬施做时，破除临时隔壁隔板后立即用工20a工字钢做回撑处理，同时加大人力物力，在最短的时间内让此段二衬封闭成环，减小沉降。在大断面二衬施做期间拱顶及地表的最大沉降值为6.8mm，安全可控。

（三）冬季施工

东北地区施工受气温影响很大，到了冬季，若不采取措施是无法正常施工的。按照《建筑工程冬期施工规程》JGJ/T104-2011的规定，当室外日平均气温连续5d稳定低于5℃的范围时为冬期施工，应采取冬期施工措施。

根据审批的冬施方案，按需要量提出各种材料计划，并做好材料的试验及报验工作。根据冬施期间的工程量，施工进度，确定冬施材料的数量及进场时间，由专人负责，确保材料按时进场，并妥善保管。

北—人区间暗挖导洞内喷射混凝土的地面备料必须采用防水和保温措施，施工用水采用地下水，水温保持在5℃以上（使用水箱储水，水箱放置在空压机棚内，依靠空压机散热保温，必要时在水箱内放置加热棒加温）；喷射砼添加防冻剂。

根据冬施劳力，适当配备劳保用品，以提高劳动效率。

各种机械设备在进入冬施前应进行全面检修，部分机械应提前做好更换冬季润滑油的准备工作，保证在冬施期间机械设备正常运行，全力确保生产。

及早采购冬施期间所用的各种称量、测温、测量等计量工具，并应进行检定，保证数据真实、可靠；所购置棉被、棉帘子均为阻燃防火面料材质。

混凝土输送管、输送泵料斗用缠绕岩棉包裹，以减少热损失，在浇筑混凝土前由项目部自行准备热水，整体预热之后再浇筑混凝土，以减少热损失，确保混凝土入模温度不低于5℃，要求搅拌站供应的商品混凝土运至工地的出罐温度不低于10℃。

三、关于类似工程的建议

城市城轨始发大多处于繁华地带，长距离、大断面的暗挖区间应尽量避开闹市区。若因工程需要必须设置，则建议如下：

1.多增加竖井，缩短开挖时间，减小风险。

2.地勘应详尽、详实，为开挖作业提供参考依据。

3.适当加密降水井，增大井管直径，保证降水效果。

4.在施工竖井时，记录好地层的详细构造及地下水位与正线区间的位置关系，提前做好试验段，积累经验，为后期区间开挖提供有力依据。

参考文献

[1]黄宏伟. 隧道及地下工程建设中的风险管理研究进展[C].全国地铁与地下工程技术风险管理研讨会论文集. 2005.

[2]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

[3]张凡，孔恒.地层预加固技术的研究现状和方向[J].市政技术，2004.