复杂条件下地铁施工技术及控制要点

张 坤

（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司 天津 300000）

1 引言

为应对中大城市交通堵塞和人员流动密集问题，各大城市开展对地铁施工建设，用以缓解交通压力。通过修建地下地铁交通网络，从而使得城市交通在原有地面交通的基础上，具备了更大的交通运输能力，极大地方便人员的出行。地铁施工工程量极为庞大，每一个地铁车站的距离比较短，在施工过程中，占用地块多，施工工序比较繁琐。在地铁开挖工艺应用过程中，对项目施工组织要符合当地标准化建设，在人力资源配置、工序部署、工期筹划等必须符合地铁建设工程的必需条件。在地铁施工过程中，面对不同的地质结构和地下水文条件，造成施工技术难度不断增加，在施工过程中要确保各个施工环节作业落实到位，保证地铁施工顺利进行。

2 地铁施工技术要点

地铁施工的开挖方法主要分为四大类：明挖法、暗挖法、盾构法和盖挖法。其中，明挖法由于施工技术简单、快速、经济，通常是各国地下铁道施工的首选技术。但由于阻断交通时间较长，产生的噪声与震动等对环境影响很大。

2.1 明挖法施工技术

明挖法是各国地下铁道车站施工的首选方法，在地面交通和环境允许的地方通常采用明挖法施工，明挖法施工属于深基坑工程技术。由于地铁工程一般位于建筑物密集的城区，因此深基坑工程的主要技术难点在于对基坑四周原状土的保护，防止地表沉降，减少对既有建筑物的影响。

明挖施工方法就是根据施工路线从地表开始往下挖掘的施工方法。其工序主要为：控制深基坑降水、边坡初期支护、土层开挖、防水施工及主体结构施工等。这种施工方法出现的比较早，当时这项技术的应用在国内属于较为领先的地铁施工技术。

尽管明挖施工技术和其他地铁施工技术相对比，成本低、效率高、出现塌方及断裂等概率低，保证了施工人员的安全。但是随着社会和经济快速发展，城市地面建筑的越来越高，地下管线也越来越复杂，明挖法已无法满足此环境下正常施工，使得这项技术的运用受到了极大的限制。

2.2 暗挖法施工技术

鉴于现代城市建筑物的越来越高、越来越多，人们由明挖法施工技术的原理，开发出了暗挖法施工技术。暗挖法施工是在不开挖地面情况下，采用从施工通道在地下开挖、支护、衬砌的方式，按照“十八字”原则进行隧道内设计及施工的技术，主要包括台阶法、中洞法、PBA法、CRD法等工法。暗挖技术原理主要为通过提前注浆的方式进行开挖，在短时间内开挖，采用快封闭、勤测量的方式进行开挖。

暗挖技术主要适用于交通繁华，人员密集的城市街道，优点是对周边交通及居住干扰小，对各类通信和水利管线改造影响较小。但是也存在地下作业风险大、造价较高、机械化施工技术不成熟。相对于明挖，暗挖技术的优势明显，能够在保证交通正常运行的情况下，进行施工建设。在现实施工技术中，通过暗挖法施工的工程项目比较多，例如北京地铁施工中，暗挖法施工技术较为普遍。

2.3 盾构法施工技术

盾构法施工是以盾构机为主要掘进施工设备，盾构机刀盘切削土体，用盾构机的盾壳为初期支护，由液压系统推进盾构机前进，紧随拼装预制管片作为主体受力结构，从而研制地铁隧道内盾构施工方法。盾构法施工技术要点主要为盾构进出洞和掘进施工技术要点，盾构法施工中进出洞技术对地质与环境调查采取相应的技术措施，做好各项盾构进出洞准备工作，对盾构机是否具备出洞进行条件验收核查。盾构掘进施工主要是通过对开挖面保持土层稳定，并优化盾构掘进的各项参数，控制盾构轴线在设计偏差范围，确保盾构施工轴线的无偏移及后续工序施工质量。

能做好各类复杂的工程地质和地下水文条件的勘察工作前提下，盾构法施工是目前最先进的一种施工方法，与传统的施工方法相比较，盾构施工方法是安全性好、施工效率高、施工质量能得到保证。但是这种施工技术的成本和施工操作比较高，对设备设计及制造比较严格。盾构施工对管片精度及机械制造精度要求很高，在盾构施工过程中要求单行前进，不可出现错误操作，负责对此段的地铁施工产生较大的影响。

2.4 盖挖法施工技术

盖挖法施工是地铁工程施工中的一种常用的施工工艺，主要是从地面向下开挖一定的土层，然后对顶部进行封闭施工，沿地铁车站四周施工相应的支护结构，在结构内部对应的位置浇筑支撑桩，承受上部结构的压力及施工荷载，然后进行土层开挖，对地下主体结构进行混凝土浇筑，直到底板封底。按照主图结构的施工顺序，可细分为盖挖顺作法、盖挖逆作法、盖挖半逆法等几个工法分支。

（1）盖挖顺作法

盖挖顺作法是在地表作业完成挡土结构后，以定型的预制标准结构置于挡土结构上维持交通，往下反复进行开挖和加设横撑，直至设计标高。依序由下而上，施工主体结构和防水措施，回填土并恢复管线路或埋设新的管线路。最后，视需要拆除挡上结构外露部分并恢复道路。

在道路交通不能长期中断的情况下修建车站主体时，可考虑采用盖挖顺作法。如深圳地铁一期工程华强路站位于深圳市最繁华的深南中路与华强路交叉口西侧，深南中路行车道下。该地区市政道路密集，车流量大，最高车流量达3865辆/h。车站主体为单柱双层双跨结构，车站全长224.3 m，标准断面宽18.9 m，基坑深约18.9 m，西端盾构并处宽22.5 m，基坑深约18.7 m。南侧绿地内东西端各布置一个风道。主体结构施工工期为2年，其中围护结构及临时路面施工期为7个月。为保证深南中路在地铁站施工期间的正常行车，该路段主体结构施工采用盖挖顺作法施工方案。

（2）盖挖逆作法

盖挖逆作法是先在地表面向下做基坑的维护结构和中间桩柱，和盖挖顺作法一样，基坑维护结构多采用地下连续墙或帷幕桩，中间支撑多利用主体结构本身的中间立柱以降低工程造价。随后即可开挖表层土体至主体结构顶板地面标高，利用未开挖的土体作为土模浇筑顶板。顶板可以作为一道强有力的横撑，以防止维护结构向基坑内变形，待回填土后将道路复原，恢复交通。以后的工作都是在顶板覆盖下进行，即自上而下逐层开挖并建造主体结构直至底板。

假如开挖面积较大、覆土较浅、四周沿线建筑物过于靠近，为尽量防止因开挖基坑而引起临近建筑物的沉陷，或需及早恢复路面交通，但又缺乏定型覆盖结构，常采用盖挖逆作法施工。如南京地铁南北线一期工程的区间隧道在地质条件和四周环境答应的情况下，以造价、工期、安全为目标，经过分析、比较，选择了全线区间施工方法。其中，三山街站，位于秦淮河古河道部位，位于粉土、粉细砂、淤泥质粘土土层中。因为是第1个车站，又位于十字路口，因此采用地下连续墙作围护结构。除入口结构采用顺作法外，其余均为盖挖逆作法。

（3）盖挖半逆作法

盖挖半逆作法与逆作法的区别仅在于顶板完成及恢复路面后，向下挖土至设计标高后先浇筑底板，再依次向上逐层浇筑侧墙、楼板。在半逆作法施工中，一般都必须设置横撑并施加预应力。

根据现场施工环境、地下水文位置、结构开挖深度、各类通信水利管线及周围建筑物的远近程度，选择暗挖法的围护结构施工技术的工序。盖挖法施工能实现地面与地下工程的同时进行，大大缩短工期，减少对路面交通的影响在交通繁忙的大城市内修建车站，尤其修建综合功能要求的车站或地下车库等一体化的结构时，采用盖挖半逆作法进行施工。

3 地铁施工技术控制要点

3.1 做好地质探测准备工作

在地铁施工前，充分认识地质和水文探测的重要性，加大对地质和水文探测的力度。利用地质雷达探测、超前钻孔和地质描述等检测方式，并根据勘测结果对地质特点进行详细对比分析，组织专家做好技术攻关、地质判别及科研攻关的分析，为施工企业克服各种复杂地质打下坚实的基础。

3.2 监督施工技术的选择

根据地铁周边的环境、地质和管线情况，参考相似地铁施工要求与结构，确定地铁施工技术。在进行施工技术的选择过程中，需经过专家的评审和论证，经过各技术人员的审核批准后方可实施。施工单位在进行施工组织方案审核后，必须对方案进行详细的技术交底，确保各工班长及一线施工人员能够了解并熟练相关的安全操作及注意事项，熟悉运用现场的各类安全防护设施。通过定期的对施工人员进行交底教育，提升施工人员的安全意识及操作水平，保证地铁施工能够安全进行。

3.3 选用先进的施工技术和机械

地铁施工环境复杂，作业难度大，对施工人员的技术规范和机械设备要求很高。因此，使用先进的机械设备代替施工人员，减少复杂地下环境对人身伤害，实现地铁施工的机械化和多元化，技能提高施工效率还能提高施工质量。比如暗挖台车的技术研究，专门为地铁工程暗挖施工的研发的专用设备，若能实现将以设备代替人工，必将给轨道交通传统的人工开挖带来革命性变化。

3.4 提高技术人员的管理能力

随着地铁施工的难度越来越大，需要技术人员对技术的掌握能力不断提高，也需要技术人员在先进技术和机械的学习能力上进行培训。从管理实践来看，先进的理念和技术能够指导施工，先进的的管理可提升施工技术，技术人员不仅要对施工工程中的安全质量进行监督，还需要按照规范制度对施工工序的每一步进行控制，实现地铁施工的百年大计。

4 结语

随着城市化的地下交通网络发展，地下线路和水文环境越来越复杂，地铁施工所面临的技术问题越来越复杂。对此，应从地铁建设等多层问题分析，面对地铁施工多元化的难题，设计出合理的施工技术方案，将控制点设立在施工技术的关键点，以及部分施工方面与技巧的创新应用等。做好施工技术选择工作，才能确保地铁施工的质量与安全，也才能为城市轨道交通的发展与提升，起到相应的推动作用。

由于科技水平不断提高，设备不断完善，在一些特殊地段采用冻结法、化学注浆等方法加固围岩，当隧道穿过建筑物时采用基底托换等方法，为处理好地下水采用降水深层回灌等施工技术，在全国地铁施工中也得到应用，并取得了一定的效果。