对地铁工程几种施工方法的认识和比较

摘要：本文介绍了地铁施工中常用的明挖法、盾构法和浅埋暗挖法及其特点，并对这三种施工方法各进行了对比，并结合工程实例介绍其在实际地下工程中的应用。

关键字：地下铁道；施工方法；明挖；盾构；浅埋暗挖

一引言

目前，地铁以其运量大、行车速度快、运输成本低、安全、可靠、舒适及合理利用地下空间、保护城市景观等特点，已成为许多大城市公共交通的重要手段

[1][2]。一些大城市如纽约、芝加哥、伦敦、巴黎、东京、莫斯科等地下铁道运营里程都超过100km以上。随着社会的需求及科学技术的不断进步，地下工程中地铁的修建施工技术，也得到极大的发展。

地下工程的施工方法是土木工程的基础技术结合地下工程的特点而形成的，在城市地下工程地铁修建的施工方法中主要有明挖法、盾构法和浅埋暗挖法等。但是，随着施工水平和施工机械的不断发展，城市交通流量的与日俱增加，和对城市环境的要求越来越严格，城市内断道施工已几乎不可能了，因此，盾构法、浅埋暗挖法将是今后研究和实践的主攻方向[3]。在这里，本文主要结合工程实例，介绍了三种地铁施工方法，并进行了比较，以在不同的工程环境条件和施工要求下，为地铁施工提供施工方法选择的参考。

二明挖法

明挖法是从地表面向下开挖，在预定位置修筑结构物方法的总称。在城市地下工程中，特别是浅埋的地下铁道工程中，获得广泛的应用。明挖法的施工方法一般分为基坑开挖、支挡开挖和地下连续墙三大类。各类又包含多种方法，主要有顺筑法、逆筑法、分部开挖法和沟槽法等。明挖法隧道采用的结构形式一般都是箱形的、纵向连接的结构。

1 明挖法的施工特点

明挖法一般可适用于各种不同的工程地质条件。其施工工艺简单、技术成熟、进度快、防水效果好、风险小，如在上海徐家汇地铁车站中得到了应用[4]。根据基坑开挖深度及场地条件可采用放坡开挖、土钉墙、排桩等围护结构型式。

采用明挖法修筑的隧道，主要的问题是设置深度问题。根据地质状态，隧道建成后的地层有可能发生位移。特别是在软弱地层厚度变化大时，可能沿纵向产

生地层的不均匀下沉，而造成结构纵向的异常变形。有饱和松散砂土时，地震会诱发砂层液化，从而使结构物受到较大的应力。

此外，明挖法对地面交通和沿线的环境影响比较大。随着埋深的增加，明挖法的工费、工期都将增大。因此，采用明挖法时，应充分考虑各种施工方法的特征，选择最能发挥其特长的施工方法。

2 明挖法应用于成都地铁区间隧道施工的可能性分析

成都地铁一号线一期工程为，北起红花堰，南至规划的世纪广场，线路总长15.15km。若采用土钉墙作为基坑开挖的围护结构，在技术上较成熟，具有造价低、施工进度快、用料省的优点。当明挖法隧道埋置较浅时，工程造价低于暗挖法隧道。因此，在交通疏解、地下管线、四周环境许可的条件下，区间隧道可尽量抬高轨面标高，使之置于较小的埋置深度，为明挖法施工创造条件，从而降低工程造价，加快工程进度。

成都市地铁一期工程线路一般位于主干道下或居民密集区域，交通繁忙、地下管线密集，增加了明挖法施工的困难。因此，进行合理的交通疏解，减少对地面交通的干扰，减少地下管线的拆迁是关系到明挖拖工能否顺利的关键。

三盾构法

盾构法指的是利用盾构进行隧道开挖，衬砌等作业的施工方法。用盾构在软质地基或破碎岩层中掘进隧洞的施工方法。盾构是一种带有护罩的专用设备，利用尾部已装好的衬砌块作为支点向前推进，用刀盘切割土体，同时排土和拼装后面的预制混凝土衬砌块。

1 盾构法的施工特点

盾构法施工具有施工速度快、洞体质量比较稳定、对周围建筑物影响较小等特点，适合在软土地基段施工。盾构通常由盾构壳体、推进系统、拼装系统、出土系统等四大部分组成。用盾构机进行隧洞施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。

现代盾构掘进机集光、机、电、液、传感、信息技术于一体，具有开挖切削土体、输送土碴、拼装隧道衬砌、测量导向纠偏等功能，而且要按照不同的地质进行“量体裁衣”式的设计制造，可靠性要求极高，被广泛应用于地铁、铁路、公路、市政、水电等隧道工程。

2 盾构法在上海青草沙越江输水隧道工程的应用

青草沙原水过江管工程[5]是上海市世博会重点建设工程，位于上海崇明越江通道长江隧道保护带内侧，管线基本与之平行。其中，青草沙水源地原水过江管隧道是世界上最长的中等直径盾构法越江隧道，在采取一系列措施后已解决了多项施工难点。过江隧道采用盾构法施工，隧道内径为5840mm，外径为6800mm，管片厚度为480mm。每环由6块管片拼装而成，管片与管片之间采用3根M39螺栓连接，环宽为1.5m。

在工程进度的总体筹划中，东线隧道在盾构掘进贯通后，采用单层衬砌结构先行通水，待另一根隧道内衬砌浇注完成、投入使用后，再将东线隧道排空浇注内衬。值得注意的是，青草沙原水过江管工程是国内首例采用单层衬砌结构的输水隧道工程，外层衬砌单独承受外部土压力和内水压力，在衬砌管片设计与手孔封堵等方面可供借鉴的经验少。

四浅埋暗挖法

浅埋暗挖法属于矿山法的一种，是在新奥法的基础上，针对城市地下工程的特点发展起来的。与明挖法、盾构法相比较，由于它避免了明挖法对地表的干扰性，而又较盾构法具有对地层较强的适应性和高度灵活性。因此，浅埋暗挖法被广泛应用于世界各国的城市地下工程建设。

1 浅埋暗挖法的施工特点

浅埋暗挖法的实质内涵可用18字原则来阐明，即 “管超前”、“严注浆”、“短开挖”、“强支护”、“快封闭”和“勤量测”。与明挖法、盾构发相比，浅埋暗挖法的特点在适合于各种地质条件和地下水条件；具有适合各种断面形式和变化断面的高度灵活性；通过分部开挖和辅助工法，可以有效地控制地表下沉和坍塌。另外，与盾构法相比，在较短的开挖地段使用，也很经济；与明挖法比较，可以极大地减轻对地面交通和商业活动的影响，避免大量的拆迁；从综合效益观点出发，是比较经济的一种方法。

2 浅埋暗挖法在北京地铁西单车站的应用

北京西单地铁车站[6]是我国首次采用暗挖法施工的地铁车站，它的建成标志着我国地铁及地下工程施工技术的重大发展。它是在大城市繁华地区修建的大跨度、超浅埋、特大型地下工程。车站全长为260m，高13.5m，开挖宽度26.14m，为三联拱双层岛式站台结构，施工方法采用双眼镜法：将车站主体结构分为三个洞，两侧洞分别采用眼镜法施工，形成空间，施作完二次衬砌，而后再用正台阶法施作中洞。

由于中洞的开挖会引起两侧洞向中洞方向的偏移，有时甚至造成两侧洞结构的损伤。在中洞开挖时，应使两侧洞受到的偏压能够逐渐平衡，安全转换一方面

要充分利用两侧洞的闭合体的壳效应，另一方面要把中洞的初期支护落在两侧洞的柱梁的顶部，并联结牢。初期支护是由格栅、钢筋网和喷混凝土组成，格栅应分段组合成环，形成可靠的封闭体系。

五总结

地铁工程建设中利用的大断面化、长距离化、深层化，给施工带来了相当大的难题，但也给施工技术的发展提供了广阔的天地。在地铁施工方法技术的选择中，通过优化对比分析，因地制宜选择隧道和车站的施工方法，可达到缩短工期，节约投资，事半功倍的效果。

为了提高一系列分析的可靠性，进行反分析也是一项重要的发展。城市地下工程地铁建设中要树立城市公害观念，做到不干扰交通，不同地层变形不会引发既有建筑安全使用危害，不引起环境保护等问题。另外，大规模的地铁建设势必造成对城市地下管线的影响，有许多管线年代很久，结构强度低，稍加扰动就会引起渗漏而酿成灾害和事故。因此，研究地铁施工对邻近管线影响问题具有重要的理论和实际意义[7][8]。

参考文献

[1] 关宝树，杨其新. 地下工程概论[M]. 成都: 西南交通大学出版社，2001.

[2] 张庆贺. 地下工程[M].上海: 同济大学出版社, 2005.

[3] 王梦恕. 我国地下铁道施工方法综述与展望[J]. 地下空间, 1998, 18(2): 98-103.

[4] 施仲衡, 张弥, 王新杰. 地下铁道设计与施工[M]. 西安: 陕西科学技术出版社,1997.

[5] 沈庞勇. 青草沙原水过江管工程施工技术难点与控制措施基本要求[J]. 给水排水, 2009, 35(7): 53-57.

[6] 郭建国, 梁风林, 王兆民. 北京地铁西单车站工程概述[J]. 铁道建筑, 1997, (3): 16-17.

[7] 王霆, 刘维宁, 李兴高, 何海健. 地铁施工影响邻近管线的研究现状与展望[J]. 中国铁道科学, 2006, 27(6): 117-123.

[8] 吴波, 高波, 索晓明, 刘维宁, 史玉新. 城市地铁隧道施工对管线的影

响研究[J]. 岩土力学, 2004, 25(4): 657-662.

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