地铁地下工程暗挖法施工风险及质量控制

黄克新

(长春市建设工程质量监督站，长春 220100)

0 前言

近些年，随着经济的快速发展，我国城市化的进程快速提升，作为城市化建设的重要组成部分，很多城市进行了轨道交通的建设。其中暗挖施工技术由于在地下进行作业、占地小、对环境友好、不大范围开挖地面、不影响交通、无需改移管线、技术成熟等优点，被广泛应用于城市轨道交通建设中，特别是管线复杂且道路狭窄的老城区。目前，在长春市城市轨道交通建设中采用暗挖法建设的车站就有19座，区间更是数不胜数。但也正是因为暗挖法全部在地下施工，隐蔽工程较多，施工风险较大，所以质量控制更难。因此，熟知暗挖法的特点，并在城市轨道交通施工中合理应用暗挖法，深入分析施工风险，做好质量控制，才能保证地下工程在挖掘过程中能够正确使用暗挖法，并发挥其优势。

1 地下工程应用暗挖法施工的风险点

地下工程应用暗挖法施工的风险分为自身风险和环境风险。

暗挖法施工的自身风险由其自身工艺决定，主要风险包括马头门开挖风险、结构自身质量风险、开挖风险、盾构始发接收风险、塌方风险等。对于马头门开挖风险，由于马头门开挖改变了原结构的受力状态，如施工不当容易造成原结构的变形和破坏，增大地表沉陷和塌方的风险。对于结构自身质量风险，初期支护施工质量差，强度、刚度不符合设计要求，开挖时可能会破坏支撑体系或因变形过大引起支撑体系失稳。初期支护质量差会造成渗漏水，使封底格栅地下水携带砂土颗粒流入坑内，造成坑外地表的沉陷或出现裂缝，严重危害周边环境及地下工程的自身安全。对于开挖风险，由于挖掘土体体积大于隧道所占体积，土体损失会引起沉降，从而对既有建构筑物、管线等造成破坏，盾构施工过程中的挤压和扰动还会使土体结构产生变化，发生固结，导致地面沉降，引发事故。对于盾构始发接收风险，盾构始发时若发生栽头、左右姿态偏差等，均会导致后续轴线位置的偏离，对施工精度产生较大影响。盾构机到达空推段前，随着刀盘前方岩土逐渐减少，盾构机对前方岩体及矿山法段与盾构段接口位置的扰动也逐渐增加，可能使到达部位发生失稳。对于塌方风险，影响因素较多，如施工过程中监测项目不到位、监测数据没有及时处理等；施工中设计变更未得到报告或计算的支持；隧道支护施工不符合要求；超前支护保护不到位；隧道拱部、洞壁、底部上出现岩溶地质；岩体中蕴含应变能，在开挖过程中释放产生岩爆，造成开挖面破坏；围岩面封闭不及时；开挖施工流程不合理；人力机械资源配置不合理等等。

暗挖法施工的环境风险由外部环境因素决定，主要包括水文地质风险、复杂环境风险等。对于水文地质风险，由于地质勘察无法做到绝对连续，不同地下工程水文地质条件不同，同一工程受气候、季节等因素影响使水文地质条件不断变化，将对暗挖法施工产生较大影响；对于复杂环境风险，地下工程一般处于城市中心，沿线不可避免会临近重要建(构)筑物、桥涵、道路、铁路、河流、湖泊、地下空间、管线、空洞等环境风险。

2 地下工程应用暗挖法施工的质量控制

除前述风险要点，由于施工质量、监控量测等原因，又给地下工程暗挖法施工增加了不稳定因素，这些问题严重影响施工的安全和质量，因此，加强地下工程暗挖法施工质量控制是十分必要的。针对地下工程暗挖法施工中的风险点，结合既有施工经验，总结了质量控制的要点。

2.1 加强环境风险调查，掌握数据信息

提高沿线重要建(构)筑物资料调查的深度，为设计施工提供确切可靠的依据。对于房屋建筑、塔型物，除核查建筑物性质、结构形式等，重点核查其基础形式、地下结构参数、地下结构围护参数等；对于桥涵：除核查桥梁结构形式等，重点核查墩台基础、桥桩参数；对于公路和铁路等路面交通系统，除核查宽度、设计荷载等，重点核查其基础形式、地基处理措施等；对于河、湖等，除核查河道、湖泊几何参数、水里要素等，重点核查底部标高、冲刷线等。对于市政管线，除核查管线走向、埋深等，重点核查管线资料与现场是否匹配。

2.2 加强自身风险管控，保证工程质量

2.2.1 采用降水或止水措施，保证在无水情况下施工作业

降水或止水措施是暗挖法施工的前提，是施工作业和支护结构不受地下水影响的保证。除需保证降水效果外，重点保证降水在开工前进行，且施工期间要密切注意渗透系数差异较大的土层、砂层，防止出现流沙、流土或管涌等不良现象。

2.2.2 超前探测

超前探测是了解开挖围岩情况的重要手段，是安全施工的有效保证，也是暗挖作业的重要依据，常用的超前探测有现代物探、洞内钻探等(图1)。除探查前方水文地质参数是否与设计内容一致外，重点探查掌子面前方空洞、层间水及地下构筑物的情况。

图1 常规超前探测方法

2.2.3 施工过程严格执行“十八字方针”

管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测“十八字方针”，是经验教训的高度总结，必须认真执行。

对于“管超前”“严注浆”，除严格按照设计要求施作超前支护措施并注浆外，重点保证超前支护数量、长度、角度满足要求(图2)。

对于“短开挖”，一般在地层不良地段每次开挖进尺0.5～0.8 m，减少坍塌的情况发生。除严格按照设计要求不超挖、欠挖外，重点核查是否存在擅自变更工法和简化工艺的情况。图3为土方开挖。

图2 超前支护

图3 土方开挖

对于“强支护”“早封闭”，初支格栅采用洞外加工，洞内拼装。除严格按设计要求精度、间距等参数进行拼装外，重点核查格栅节点的连接情况和喷混情况，混凝土喷射时要保证其密实平整无空洞、厚度满足要求、养护到位、无渗漏，特别是连接板周边不易喷实的部位。图4为初支格栅制作、拼装与喷混。

图4 初支格栅制作、拼装与喷混

对于“勤量测”，要严格按照国家和地方标准要求，对应测项目坚持监控测量，重点保证数据真实有效，对于施工过程出现的失效测点要及时进行补充测量。

2.3 提高人员安全素质

控制施工安全风险最关键的是要提高各级人员的安全素质，包括各级管理人员的安全素质，也包括一线施工作业人员的安全素质，进行安全宣传、教育和培训是提高安全素质最为直接且有效的方法。对于管理层，培训内容应以法律法规、安全风险要点、岗位安全生产责任等内容为主，对于一线施工人员，培训内容应以危险源知识，安全技能和应急处置措施等为主。所有建设者均应认真参加培训，提高安全素质，才能具备更强的防范技能和风险意识。

3 案例分析

3.1 区间概况

长春地铁2号线建设街站—文化广场站区间采用盾构法+暗挖法施工，区间长度581.069 m，盾构区间隧道在K30+241.775～K30+391.905下穿和部分侧穿吉林大学地质科学学院(原长春地质学院)学生三宿舍(后文简称“吉大宿舍”)楼体及一处居民楼(图5)。区间侧穿右线距吉大宿舍楼最小距离仅为0.3 m，最大距离16.17 m；区间左线下穿吉大宿舍楼，侧穿左线距离居民楼的最小距离为3.31 m，最大距离为7.89 m(图6)。区间隧道距离吉大宿舍楼基础为8.6～9.3 m，距离居民楼约11 m。盾构区间采用衬砌环预制钢筋混凝土管片，隧道管片内净空为5 400 mm，环宽1 200 mm，环向分6块，管片厚度为300 mm，混凝土强度等级为C50，抗渗等级≥P10。

图5 区间与下穿楼房平面位置关系

图6 区间与西配楼、宿舍楼剖面位置关系

3.2 周边建筑物概况

3.2.1 吉大西配楼与宿舍楼

经多次深入调查，吉大宿舍楼与西配楼设计建造于20世纪40年代，吉大宿舍楼为地下1层、地上主体4层，局部5层的砖混结构房屋，建筑平面布局为L型，采用毛石基础；西配楼为两层砖混结构房屋，采用毛石基础。吉大宿舍楼抹灰层脱落严重，部分墙体存在裂缝，地下室渗水，4层走廊顶板存在过火现象、木质板损毁严重；西配楼为日伪时期建造，实际使用年限约70 a，由于经历过改造，内部承重墙出现了较大开洞，内隔墙被部分拆除，存在自由墙肢的现象，造成墙体在平面布置上不闭合(图7)。门窗老化严重，局部漏水。

图7 吉大西配楼与宿舍楼风险源现状

3.2.2 楼房附近管线情况

该工程位于老城区，管线错综复杂，结合既有管线资料和先查踏勘，该区域存在燃气、排水、给水等重要管线，如图8。

图8 现状管线资料图

3.2.3 工程地质情况

根据地勘资料，区间下穿风险源段主要穿越②3层粉质黏土和②4层粉质黏土。本区间存在两层地下水，第一层为表层潜水，第二层为泥岩裂隙水(图9)。本区间未见砂层，浅层承压水缺失。

3.3 风险要点

该工程位于老城区，环境风险中建构筑物老、破、旧，管线错综复杂，存在燃气、排水、给水等重要管线，建构筑物及管线距离区间较近，本地可借鉴经验较少。本工程涉及的主要风险点有：由于盾构始发时发生栽头、左右姿态偏差造成的风险；盾构机到达空推段前，随着刀盘前方岩土逐渐减少，盾构机对前方岩体的扰动也逐渐增加，到达部位有失稳风险；在盾构施工过程中，挤压、扰动还会使土体结构发生变化，产生固结，导致地面沉陷、地面建构筑物倾覆、管线渗漏以及管线渗漏引发的次生风险；施工过程中因监测项目不到位、监测数据没有及时处理而造成的塌方风险、建构筑物倾覆和管线被破坏风险等。

图9 文化广场站—建设街站区间地质剖面图

3.4 盾构下穿楼房施工方案及控制要点

开工前深入调查建构筑物信息，重点核查其地下室、基础形式，建构筑物基础形式为毛石基础，地下室无支护结构；复核现场管线与调查资料相符的情况，汇总至图8中；结合勘察数据，确定应对风险措施为对下穿和部分侧穿的吉大西配楼与宿舍楼下方隧道穿越区域斜向下和正下方进行深孔注浆加固，加固形式如图10所示；并对既有建筑物基础进行袖阀管加固，加固方式如图11所示。

图10 区间下穿吉大西配楼与宿舍楼风险源关系图

风险控制要点：施工前详细核查周边环境风险信息是否与现场一致，并对建筑物基础及上部结构建立严密的监测网，实施连续监测；工程周边地下管线密集，施工前应对附近地下管线做充分细致的调查，查明既有各种管线及相互关系，尤其是燃气、热力、污水、上水等主要管线，施工期间应加强对市政管线(尤其是污水管、燃气管)等重要设施的安全监测。要求参建各方认真按管理规定完成建设程序，设计按要求完成规定的审查，施工按要求完成专家评审、岗前培训、交底、会审、条件验收等工作。施工时，严格按照施工方案进行，不得任意省略，最大限度地保证工程质量安全。根据目前的实施结果，该区间已顺利完成施工，工程质量控制措施有效。

图11 吉大西配楼与宿舍楼基础加固形式

4 结语

暗挖法施工法作为目前地下工程的主要施工方法正在被广泛应用，但是本施工法也面临着较大的施工风险和施工难度。质量安全控制是工程建设质量管理的重中之重。暗挖法施工质量安全的控制要点有：

1)保证水文地质资料、环境风险等资料详尽有效；

2)保证施工质量，加强施工风险控制，认真做好降水及超前探测工作，施工时严格执行“十八字方针”；

3)提高工作人员和管理人员的安全意识和素质。

本文通过对地下工程暗挖法施工所面临的风险点进行了梳理分析，总结出了地下工程暗挖法施工质量的控制要点，最大限度地对风险进行防控，提高工程质量，保障人身财产安全，并为同业人员提供技术参考。