浅埋暗挖法在地铁车站施工中的关键技术及创新应用

摘要： 本文深入探讨了浅埋暗挖法在地铁车站施工中的关键技术，包括地层预加固技术、开挖与支护技术、监控量测技术以及防水技术等方面。通过实际工程案例阐述了这些关键技术的创新应用，分析了创新应用所带来的工程效益，旨在为浅埋暗挖法在地铁车站施工中的进一步发展提供参考。

关键词：浅埋暗挖法、地铁车站施工、关键技术、创新应用

一、引言

随着城市地下空间开发的不断深入，地铁建设成为解决城市交通拥堵的重要手段。浅埋暗挖法作为一种在软弱地层中进行地下工程施工的有效方法，在地铁车站施工中得到了广泛应用。该方法具有对地面交通和环境影响小、适应多种地质条件等优点，但也面临着地层稳定性控制、施工安全保障等诸多挑战。深入研究浅埋暗挖法在地铁车站施工中的关键技术及其创新应用具有重要的现实意义。

二、浅埋暗挖法在地铁车站施工中的关键技术

（一）地层预加固技术

1. 超前小导管注浆加固

超前小导管注浆是浅埋暗挖法中常用的地层预加固技术。小导管通常采用直径为32 - 50mm的钢管，长度一般为3 - 5m。通过在掌子面前方的地层中钻孔并插入小导管，然后注入水泥浆或其他化学浆液，以提高地层的强度和稳定性。例如，在某地铁车站施工中，超前小导管注浆采用水灰比为0.5 - 1.0的水泥浆，注浆压力控制在0.5 - 1.5MPa之间。经加固后，地层的抗压强度可提高30% - 50%。

2. 深孔注浆加固

对于地质条件较差、自稳能力极低的地层，深孔注浆加固更为有效。深孔注浆的钻孔深度一般可达10 - 20m，注浆范围更大。在注浆材料方面，除了水泥浆外，还可采用水泥 - 水玻璃双液浆，其凝胶时间可根据工程需要在几秒到几十分钟内调整。

（二）开挖与支护技术

1. 环形开挖预留核心土法

- 环形开挖预留核心土法是浅埋暗挖法中常用的开挖方式。开挖时先进行环形开挖，环形的宽度一般为0.5 - 1.0m，高度为0.5 - 0.8m，然后预留一定体积的核心土。这种方法有利于控制开挖面的稳定性。例如，在某地铁车站施工中，环形开挖预留核心土的核心土尺寸为隧道断面面积的1/3 - 1/2左右。通过这种方法，开挖面的坍塌风险显著降低，在施工过程中，开挖面的最大变形量控制在10 - 15mm以内。

2. 初期支护结构施工

初期支护在浅埋暗挖法施工中起着关键的支撑和防护作用。初期支护结构一般包括喷射混凝土、锚杆、钢拱架等。喷射混凝土的厚度通常为20 - 30cm，强度等级不低于C20。锚杆的长度根据地层情况而定，一般为2 - 5m，间距为1.0 - 1.5m。钢拱架多采用工字钢或格栅钢架，间距为0.5 - 1.0m。在某地铁车站初期支护施工中，采用喷射混凝土厚度为25cm，锚杆长度为3m，间距为1.2m，钢拱架间距为0.8m。经过初期支护后，支护结构能够承受较大的地层压力，保证了施工安全。

（三）监控量测技术

1. 监测项目与频率

在浅埋暗挖地铁车站施工中，监控量测项目包括地表沉降、拱顶下沉、周边收敛等。地表沉降监测点沿车站周边地表布置，间距一般为5 - 10m；拱顶下沉和周边收敛监测点在隧道内布置，间距为5 - 15m。监测频率根据施工阶段而定，在开挖初期，每天监测1 - 2次，在稳定期可适当降低为2 - 3天监测一次。例如，在某地铁车站施工过程中，共布置了100个地表沉降监测点，50个拱顶下沉和周边收敛监测点。通过严格按照监测频率进行量测，及时掌握了施工过程中的地层变形情况。

2. 数据处理与反馈

监测数据的处理采用专业软件进行分析，如采用最小二乘法对沉降数据进行拟合分析，以预测地层变形趋势。一旦监测数据超过预警值，立即将数据反馈给施工单位，以便及时调整施工方案。

三、浅埋暗挖法在地铁车站施工中的创新应用

（一）地层预加固技术的创新

1. 新型注浆材料的应用

近年来，一些新型注浆材料开始应用于浅埋暗挖地铁车站地层预加固。例如，纳米复合注浆材料，其具有良好的流动性和填充性。与传统水泥浆相比，纳米复合注浆材料的渗透系数可降低一个数量级，能够更好地填充地层中的微小孔隙，提高地层的密实度。在某地铁车站试验段应用后，地层的加固效果明显优于传统注浆材料，地层的渗透系数降低了约50%。

2. 多重注浆加固技术

采用多重注浆加固技术，即先进行浅孔注浆初步加固，然后再进行深孔注浆深层加固。这种技术可以在不同深度和范围内对地层进行全面加固。在某复杂地质条件下的地铁车站施工中，多重注浆加固技术使地层的整体稳定性得到显著提高。经测试，地层的变形模量较单一注浆加固提高了约40%。

（二）开挖与支护技术的创新

1. 大断面分块开挖技术

对于大断面地铁车站，创新地采用大断面分块开挖技术。将大断面划分为若干个小断面分块进行开挖，例如，将一个跨度为20 - 30m的大断面地铁车站划分为6 - 8个小断面分块。每个分块按照一定的顺序和时间间隔进行开挖，这样可以有效减小开挖过程中的地层扰动。在某大断面地铁车站施工中，采用这种技术后，周边地层的沉降量较传统全断面开挖减少了30% - 40%。

2. 可回收式支护体系

研发了可回收式支护体系，如可回收式锚杆和可回收式钢拱架。可回收式锚杆在施工结束后可以拔出，减少了地下遗留物对地下空间后续开发的影响。可回收式钢拱架采用特殊的连接装置，便于拆除和回收。在某地铁车站施工中，可回收式支护体系的应用不仅降低了工程成本（约15% - 20%），还提高了地下空间的利用效率。

（三）监控量测技术的创新

1. 自动化监测系统

引入自动化监测系统，利用传感器、数据采集器和远程传输设备实现对监测数据的自动采集和传输。例如，采用高精度的激光位移传感器进行地表沉降和拱顶下沉监测，其测量精度可达±0.01mm。自动化监测系统可以实时将数据传输到监控中心，一旦数据异常，能够及时发出警报。在某地铁车站施工中，自动化监测系统的应用提高了监测效率，减少了人工误差，同时能够及时发现并处理了多次潜在的工程风险。

2. 基于BIM的监测数据可视化

基于BIM（建筑信息模型）技术，将监测数据与三维模型相结合，实现监测数据的可视化。通过BIM模型，可以直观地看到不同位置的地层变形情况，方便施工人员和管理人员进行分析和决策。在某地铁车站施工中，基于BIM的监测数据可视化技术使施工人员能够快速准确地判断地层变形的发展趋势，及时调整施工方案，提高了施工的安全性和效率。

五、结论

浅埋暗挖法在地铁车站施工中的关键技术及其创新应用对地铁建设有着重要的意义。地层预加固技术、开挖与支护技术、监控量测技术和防水技术的不断创新，提高了工程的安全性、质量、进度，并降低了成本。在未来的地铁车站建设中，应继续深入研究和推广这些创新技术，不断推动浅埋暗挖法的发展和完善。

参考文献：

[1] 王梦恕. 浅埋暗挖法施工中的地层加固结构分析[J]. 岩石力学与工程学报， 2005， 24（10）： 1753 - 1757.

[2] 朱永全， 宋玉香. 地下工程[M]. 中国铁道出版社， 2005.