地鐵施工技術

目前國內外修建地鐵車站的施工方法有明挖法、蓋挖法、暗挖法、盾構法等。經過近40年的發展，我國地鐵修建方法已由最初單一的明挖法發展到現在的明挖、暗挖、淺埋暗挖、盾構法等多種方法并存，施工技術不斷發展提高，已初步形成了專門的學科體系。

伴隨著我國社會主義經濟建設的迅猛發展與綜合國力的增強，城市的規模也不斷的增大，城市人口流量還在增加、再加上機動車輛呈現逐年上漲的趨勢，交通狀況不斷惡化。為了改善交通環境，采取了各種措施，其中興建地下鐵道得到了普遍的認可，如最近幾年在北京、廣州、深圳、鄭州等城市便興建了大量的地下鐵道.

在城市中修建地下鐵道，其施工方法受到地面建筑物、道路、城市交通、水文地質、環境保護、施工機具以及資金條件等因素的影響較大，因此各自所采用的施工方法也不盡相同。下面將就城市地下鐵道施工方法分別加以介紹。

施工方法的選擇應根據工程的性質、規模、地質和水文條件、以及地面和地下障礙物、施工設備、環保和工期要求等因素，全面比較后確定。

1.明挖法

明挖法是指挖開地面，由上向下開挖土石方至設計標高后，自基底由下向上順序施工，完成隧道主體結構，最后回填基坑或恢復地面的施工方法。

明挖法是各國地下鐵道施工的首選方法，在地面交通和環境允許的地方通常采用明挖法施工。淺埋地鐵車站和區間隧道經常采用明挖法，明挖法施工屬于深基坑工程技術。由于地鐵工程一般位于建筑物密集的城區，因此深基坑工程的主要技術難點在于對基坑周圍原狀土的保護，防止地表沉降，減少對既有建筑物的影響。

明挖法的優點是施工技術簡單、快速、經濟，常被作為首選方案。但其缺點也是明顯的，如阻斷交通時間較長，噪聲與震動等對環境的影響。

地鐵適用條件：通常在地面條件允許的情況下，地鐵區間隧道宜采用明挖法，但對社會環境影響很大，僅適合在無人、無交通、管線較少之地應用。

明挖法施工程序一般可以分為4大步:維護結構施工→內部土方開挖→工程結構施工→管線恢復及覆土，如圖1

上海地鐵M8線黃興路地鐵車站位于上海市控江路、靖宇路交叉口東側的控江路中心線下。該車站為地下2層島式車站，長166.6 m，標準段寬17.2 m，南、北端頭井寬21.4 m。標準段為單柱雙跨鋼筋混凝土結構，端頭井部分為雙柱雙跨結構，共有2個風井及3個出人口。車站主體采用地下連續墻作為基坑的維護結構，地下連續墻在標準段深26.8m.墻體厚0.6m。車站出人口、風井采用SMW樁作為基坑的維護結構。

2.蓋挖法

蓋挖法是由地面向下開挖至一定深度后，將頂部封閉，其余的下部工程在封閉的頂蓋下進行施工。主體結構可以順作，也可以逆作。

在城市繁忙地帶修建地鐵車站時，往往占用道路，影響交通當地鐵車站設在主干道上，而交通不能中斷，且需要確保一定交通流量要求時，可選用蓋挖法。

2.1蓋挖順作法

蓋挖順作法是在地表作業完成擋土結構后，以定型的預制標準覆蕭結構(包括縱、橫梁和路面板)置于擋土結構上維持交通，往下反復進行開挖和加設橫撐，直至設計標高。依序由下而上，施工主體結構和防水措施，回填土并恢復管線路或埋設新的管線路。最后，視需要拆除擋上結構外露部分并恢復道路。施工順序如圖2。

在道路交通不能長期中斷的情況下修建車站主體時，可考慮采用蓋挖順作法。

工程實例:深圳地鐵一期工程華強路站位于深圳市最繁華的深南中路與華強路交叉口西側，深南中路行車道下。該地區市政道路密集，車流量大，最高車流量達3865輛/h。車站主體為單柱雙層雙跨結構，車站全長224.3 m，標準斷面寬18.9 m，基坑深約18.9 m，西端盾構并處寬22.5 m，基坑深約18.7 m。南側綠地內東西端各布置一個風道。主體結構施工工期為2年，其中圍護結構及臨時路面施工期為7個月.為保證深南中路在地鐵站施工期間的正常行車，該路段主體結構施工采用蓋挖順作法施工方案。

2.2蓋挖逆作法

蓋挖逆作法是先在地表面向下做基坑的維護結構和中間樁柱，和蓋挖順作法一樣，基坑維護結構多采用地下連續墻或帷幕樁，中間支撐多利用主體結構本身的中間立柱以降低工程造價。隨后即可開挖表層土體至主體結構頂板地面標高，利用未開挖的土體作為土模澆筑頂板。頂板可以作為一道強有力的橫撐，以防止維護結構向基坑內變形，待回填土后將道路復原，恢復交通。以后的工作都是在頂板覆蓋下進行，即自上而下逐層開挖并建造主體結構直至底板，如圖3。

如果開挖面積較大、覆土較淺、周圍沿線建筑物過于靠近，為盡量防止因開挖基坑而引起臨近建筑物的沉陷，或需及早恢復路面交通，但又缺乏定型覆蓋結構，常采用蓋挖逆作法施工。

 工程實例:南京地鐵南北線一期工程的區間隧道在地質條件和周圍環境允許的情況下，以造價、工期、安全為目標，經過分析、比較，選擇了全線區間施工方法。其中，三山街站，位于秦淮河古河道部位，位于粉土、粉細砂、淤泥質粘土土層中。因為是第1個車站，又位于十字路口，因此采用地下連續墻作圍護結構.除人口結構采用順作法外，其余均為蓋挖逆作法。

2.3蓋挖半逆作法

蓋挖半逆作法與逆作法的區別僅在于頂板完成及恢復路面后，向下挖土至設計標高后先澆筑底板，再依次向上逐層澆筑側墻、樓板。在半逆作法施工中，一般都必須設置橫撐并施加預應力，如圖4

3.暗挖法

暗挖法是在特定條件下，不挖開地面，全部在地下進行開挖和修筑襯砌結構的隧道施工方法。

暗挖法主要包括:鉆爆法、盾構法、掘進機法、淺埋暗挖法、頂管法、沉管法等。其中尤以淺埋暗挖法和盾構法應用較為廣泛，因此，本文著重介紹這兩種方法。

3.1淺埋暗挖法(淺埋礦山法)

淺埋暗挖法即松散地層的新奧法施工，新奧法是充分利用圍巖的自承能力和開挖面的空間約束作用，采用錨桿和噴射混凝土為主要支護手段，對圍巖進行加固，約束圍巖的松弛和變形，并通過對圍巖和支護的量測、監控，指導地下工程的設計施工。淺埋暗挖法是針對埋置深度較淺、松散不穩定的上層和軟弱破碎巖層施工而提出來的，如深圳地鐵區間隧道大部分采用了淺埋暗挖法施工。

淺埋暗挖法的施工技術特點:圍巖變形波及地表;要求剛性支護或地層改良;通過試驗段來指導設計和施工。

淺埋暗挖法施工隧道時，應根據工程特點、圍巖情況、環境要求以及施工單位的自身條件等，選擇適宜的開挖方法及掘進方式。

施工中區間隧道常用的開挖方法是臺階法、CRD工法、眼鏡工法等;城市地鐵車站、地下停車場等多跨隧道多采用柱洞法、測洞法或中洞法等工法施工。

地下鐵道是在城市區域內施工，對地表沉降的控制要求比較嚴格，所以更要強調地層的預支護和預加固，所采用的施工方法有超前小導管預注漿、開挖面深孔注漿、管棚超前支護。淺埋暗挖法的施工工藝可以概括為“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”18個字，其工藝流程見圖5。

工程實例:北京地鐵東單車站東南風道與車站主體結構正交，北側在長安街下，中部及南側穿過居民區，風道全長43.4 m。采用淺埋暗挖洞樁法施工，在基本維持環境原狀條件的情況下從地面居民生活區和人防設施下面順利通過。

3.2盾構法

盾構法施工是以盾構這種施工機械在地面以下暗挖隧道的一種施工方法。

盾構(shield )是一個既可以支承地層壓力又可以在地層中推進的活動鋼筒結構。鋼筒的前端設置有支撐和開挖土體的裝置，鋼筒的中段安裝有頂進所需的千斤頂;鋼筒的尾部可以拼裝預制或現澆隧道襯砌環。盾構每推進一環距離，就在盾尾支護下拼裝(或現澆)一環襯砌，并向襯砌環外圍的空隙中壓注水泥砂漿，以防止隧道及地面下沉。盾構推進的反力由襯砌環承擔。盾構施工前應先修建一豎井，在豎井內安裝盾構，盾構開挖出的土體由豎井通道送出地面。盾構法施工工藝見下圖6所示。

按盾構斷面形狀不同可將其分為:圓形、拱形、矩形、馬蹄形4種。圓形因其抵抗地層中的土壓力和水壓力較好，襯砌拼裝簡便，可采用通用構件，易于更換，因而應用較為廣泛;按開挖方式不同可將盾構分為:手工挖掘式、半機械挖掘式和機械挖掘式3種;按盾構前部構造不同可將盾構分為:敞胸式和閉胸式2種;按排除地下水與穩定開挖面的方式不同可將盾構分為:人工井點降水、泥水加壓、土壓平衡式，局部氣壓盾構，全氣壓盾構等。

盾構法的主要優點:除豎井施工外，施工作業均在地下進行，既不影響地面交通，又可減少對附近居民的噪聲和振動影響;盾構推進、出土、拼裝襯砌等主要工序循環進行，施工易于管理，施工人員也比較少;土方量少;穿越河道時不影響航運;施工不受風雨等氣候條件的影響;在地質條件差、地下水位高的地方建設埋深較大的隧道，盾構法有較高的技術經濟優越性。

特點是：地層掘進、出土運輸、襯砌拼裝、接縫防水和注漿充填盾尾間隙，并隨時排除地下水和控制地面沉降，因而是工藝技術要求較高，綜合性很強的一類施工方法。

可用于：在各類軟土地層和軟巖地層中掘進隧道，穿越面建筑群和地下管線地集中的區域時，對周圍密集環境影響較小，尤其適用于市區地鐵和水底隧道的掘進。

工程實例:北京地鐵五號線即采用了盾構法施工地鐵五號線是一條貫穿北京市中心的南北向地下交通大動脈。南起豐臺區宋家莊，向北經蒲黃榆、祟文門、東單、東四、雍和宮止于昌平區太平莊北站，全長27.7 km。由于該路段地上大型建筑物密集，交通流量大，地下管網復雜，為減少對城市經濟和市民生活的影響，經專家論證，決定在雍和宮至北新橋約700 m長的試驗段率先采用盾構施工方法。該盾構為大直徑土壓平衡盾構機。

4.沉管法

沉管法是將隧道管段分段預制，分段兩端設臨時止水頭部，然后浮運至隧道軸線處，沉放在預先挖好的地槽內，完成管段間的水下連接，移去臨時止水頭部，回填基槽保護沉管，鋪設隧道內部設施，從而形成一個完整的水下通道。

沉管隧道對地基要求較低，特別適用于軟土地基、河床或海岸較淺，易于水上疏浚設施進行基槽開外的工程特點。由于其埋深小，包括連接段在內的隧道線路總長較短，采用暗挖法和盾構法修建的隧道明顯縮短。

沉管斷面形狀可圓可方，選擇靈活。基槽開挖、管段預制、浮運沉放和內部鋪裝等各工序可平行作業，彼此干擾相對較少，并且管段預制質量容易控制。基于上述的優點，在大江、大河等寬闊水域下構筑隧道，沉管法稱為最經濟的水下穿越方案。

按照管身材料，沉管隧道可分為2類:鋼殼沉管隧道(有可分為單層鋼殼隧道和雙層鋼殼隧道)和鋼筋餛凝土沉管隧道。鋼殼沉管隧道在北美采用的較多，而鋼筋混凝土沉管隧道則在歐亞采用較多。

沉管隧道施工主要工序:管節預制→基槽開挖→管段浮運和沉放→對接作業→內部裝飾。

上程實例:廣州珠江隧道是我國第一條公路與地鐵合用的越江隧道，公路隧道全長1 238.5 m。河中段隧道埋置在河床下.不影響水面通航，河中沉管段全長457 m。該沉管為多孔矩形鋼筋混凝土結構，其中包括兩個雙車道機動車孔、一個地鐵孔、一個電纜管廊。沉管斷面為典型矩形斷面，外形尺寸為33 mx7.956 m(寬x高)，底板厚1.2 m、頂板厚1.0 m，兩外側墻分別為0.7 m和0.55 m、最長管節的混凝土量達12 000砰。管段的基底坐落在河床的風化花崗巖層上。開槽時采用了炸礁施工。基礎處理采用灌砂法。

5.全斷面隧道掘進機(TBM)方法

TBM為TUNNEL BORING MACHINE的縮寫，由機械控制進行掘進，全稱為:全斷面隧道掘進機。

    通常定義中的TBM為: 在以巖石層為掘進對象時，在全斷面隧道掘進機中，不具備土壓、水壓等維護掌子面的功能，裝備接觸壁面固定器，靠推進時的反作用力推進的盾構機。

   由于全斷面隧道掘進機具有施工速度快、隧道成型好、機械化程度高以及對周邊環境影響小等優點，已成為國外隧道開挖普遍采用的方法。

5.混合法

可以根據地鐵隧道的實際情況，在地鐵隧道的施工過程中采用以上2種或2種以上的方法同時使用，稱其為混合法。

工程實例:北京地鐵東四站位于朝陽門內大街與東四南大街交叉日上，處于繁華的市中心，有多路公交車經過。車站主體順東四南大街，呈南北走向，東四南大街規劃道路紅線寬70 m，現狀路寬為22 m，朝內大街已改造完，道路紅線寬60 m，兩方向客流均衡，交通十分繁忙;且遠期六號線順朝內大街，呈東西走向，在此站換乘。本車站兩端為明挖段，結構形式為3層三跨框架結構;中間為暗挖段， 結構形式為單層三拱兩柱結構。車站總長度197 m，暗挖段長為96.80 m，明挖段長為100. 20m。

6結束語

隨著我國地下鐵道建設事業的發展，原有的施工技術不斷地發展與提高的同時，新的施工方法也被應用到施工當中，施工技術水平得到不斷提升，其中有些施工技術已經達到世界先進水平。另外，由于城市交通流量的增加導致城市道路已擁擠不堪，加上城市環境的要求越來越嚴格，城市內封路施工已不現實了。因此，暗挖技術，如盾構法、淺埋暗挖法將是今后研究和實踐的主攻方向。