基于矿山法的区间隧道设计——福州地铁6号线林浦站—樟岚站区间

摘 要：随着城市化进程的不断推进，地铁成为现代城市交通系统中不可或缺的组成部分。隧道作为地铁线路的重要组成部分，其设计和施工关系地铁线路的安全性和运营效益。基于矿山法施工技术的隧道设计相对于传统技术而言更加灵活、高效，能够满足复杂地质条件下的施工需求。文章以福州地铁6号线林浦站—樟岚站区间隧道设计为例，对基于矿山法施工技术的隧道设计展开探讨，通过分析前期施工准备与方案设计，深入探讨盾构井开挖与支护加固技术在区间隧道设计中的应用，以期为类似项目提供参考和借鉴，推动地铁隧道设计的发展。

关键词：矿山法;建筑施工;区间隧道;隧道设计;

作者简介：刘栋（1989—）,男,硕士研究生,工程师,研究方向：城市轨道交通结构。;

在现代城市交通系统中，地铁作为一种快速、便捷、环保的公共交通方式，为人们的出行带来了极大的便利[1]。隧道作为地铁线路的重要组成部分，对于地铁线路的安全性和运营效益起着至关重要的作用。因此，隧道设计的科学性和合理性对于地铁建设至关重要。随着地铁建设规模的不断扩大和复杂地质条件的增加，传统的隧道设计方法已经不能完全满足实际需求[2]。矿山法施工技术作为一种新兴的隧道设计和施工方法，逐渐受到了广泛关注和应用[3]。与传统技术相比，矿山法施工技术具有更高的灵活性和效率，能够解决复杂地质条件下的难题，提高工程施工的质量和效率。该文以福州地铁6号线林浦站—樟岚站区间的隧道设计为例，探讨和研究基于矿山法施工技术的区间隧道设计。通过对设计过程的总结和展望，提出基于矿山法施工技术进一步完善隧道设计的建议，希望该文的研究成果能够为地铁隧道设计领域的发展提供启示和支持，进一步推动城市交通系统的现代化建设。

该项目施工范围临近地铁6号线林浦站—樟岚站区间、6号线樟岚站B号出入口、6号线樟岚站-梁厝站区间及6号线樟岚出入场线区间隧道结构；燕浦河河道平面上与6号线樟岚站-梁厝站区间及6号线樟岚出入场线区间垂直相交布置，燕浦支河河道平面上与6号线林浦站—樟岚站区间、6号线樟岚站B号出入口垂直相交布置，工程概况详情见表1。

樟岚站（原芦岐站，以下均称“樟岚站”）为6号线第三个车站。6号线林浦站—樟岚站区间起点位于林浦站，沿福泉高速公路南侧往东南方向行进，中部下穿福泉高速公路，进入樟岚站，上行线里程为SK1 329.571～SK3 799.407，全长2 469.836 m，宽度为5.0 m，结构底板埋深16.00～83.00 m，埋深标高-1.29～-19.70 m，拟采用盾构法 矿山法施工。

在实施矿山法隧道施工前，需要进行详细的方案设计，包括确定开挖顺序、盾构井的位置、隧道断面形状、支护方式等[4,5]。同时，还需制定详细的施工计划，包括开挖速度、支护周期等，矿山法隧道与盾构井的接口结构立面图如图1所示。

表1 工程概况表 下载原图

图1 6号线林浦站—樟岚站区间矿山法隧道与盾构井接口立面图 下载原图

6号线林浦站—樟岚站区间线路出林浦站向东走行到达樟岚站，分别在里程SK2 484.557设置一处中间风井兼联络通道，在里程SK3 530.000设置一处明挖盾构井兼联络通道。区间隧道覆土最大厚度74 m，最小厚度13.4 m。矿山法穿越主要地层为（8-1）中风化花岗岩，围岩等级为Ⅲ～Ⅳ。暗挖隧道初期支护采用C25喷射混凝土（早强），P6；二衬结构采用C40模筑混凝土，P12。

基于矿山法施工技术进行施工的过程中，盾构井是一个关键的步骤。它通常涉及区间隧道的进出口以及盾构机的安装和运行。

盾构井的位置是根据工程设计、隧道线路和地质情况来确定的。井口的位置应该考虑盾构机的进出口，同时要保证施工的安全性和效率。在该工程中，盾构井位于隧道的起点或终点。在确定盾构井位置前，需要进行详细的地质调查和勘探，以了解地下地质情况、地层性质、地下水位等。这些数据将有助于确定盾构井的位置并确保位置设置的安全性。透水量对盾构井位置的确定至关重要。透水量（Q）可以使用达西公式进行估算，如式（1）所示：

式中，k——渗透系数；A——过滤面积；i——水头损失；n——渗透率系数；S——水头落差。如果盾构井位置的地下水位变化较大，则需要计算并预测地下水位在施工过程中的变化。如果地下水位的变化幅度超过了1 m，即发生较大的变化时可能会对隧道施工产生显著影响；如果地下水位的变化在0.5 m以下，被视为变化不大，对施工影响较小。采用常规的土方开挖方法完成盾构井的开挖，具体的开挖流程如图2所示。

在盾构井开挖前需要进行准备工作，包括确定开挖位置、清理现场、设置施工围挡等。施工围挡用于防止土方坍塌，保护施工人员和设备安全。盾构井的开挖通常从顶部开始，使用挖掘机、钻机等设备逐层进行土方开挖。开挖的过程中要确保土方的稳定，避免坍塌。开挖后需要进行土方的运输和处理，使用装载机、运输车等设备将土方运出盾构井，并根据需要进行临时堆放或处理。顶部开挖后，进行盾构井侧壁的开挖，最后进行底部的开挖。底部开挖需要更小型的设备，以确保在狭窄的空间内完成开挖。盾构井开挖过程中，需要根据地质情况和土方稳定性，设置锚杆进行支护和加固。在开挖过程中，为解决遇到地下水渗入的情况，需要设置排水设施，将地下水排出盾构井，以确保施工现场的安全。在开挖过程中，需要进行地下水位监测、土方变形监测，以确保土方的稳定性和支护效果。在盾构井开挖完成后，对施工现场进行清理和整理，确保没有残留的材料和设备，为后续的盾构机安装和施工做好准备。

图2 盾构井开挖流程 下载原图

该工程通过锚杆等材料将岩体固定在隧道周围，增强岩体的稳定性。在进行锚固支护前，清理支护面和施工现场，确保支护面的光滑和清洁，以便锚杆的黏结和固定。之后将锚固杆预先安装到支护面上，根据设计要求和施工方案确定锚杆的数量和位置，在中间风井位置（SK2 484.557）以及明挖盾构井位置（SK3 530.000）区域定下锚杆，锚杆的直径为32 mm，使用钻机在支护面上钻孔，将锚杆埋入孔中，锚杆之间的距离为50 mm，深度相同，锚杆材质为钢筋，破断强度不低于490 MPa。在钻孔中注入灌浆材料，即混凝土或聚合物灌浆，灌浆的作用是填充钻孔，增加锚杆与岩体之间的黏结力。将锚杆插入灌浆的钻孔中，确保锚杆与岩体紧密接触。待灌浆固化后，锚杆就会与岩体固定在一起。有些锚固系统允许锚杆的伸缩，以适应地质变化和隧道的变形。在锚杆安装过程中，需要根据实际情况调整锚杆的伸缩量l，伸缩量的计算公式如式（2）所示：

式中，ΔL——地质变形或隧道变形引起的锚杆位移量；Δd——锚杆的初始伸缩量。灌浆固化需要一定的时间，在开始下一步工作前，需确保灌浆已经充分固化，以确保锚固的稳定性。在锚固支护过程中，进行实时的监测和质量控制，确保锚固的效果符合设计要求。

在基于矿山法施工技术的区间隧道设计中，二次衬砌是保障隧道结构稳定和安全的重要环节。二次衬砌阶段仍需关注结构混凝土与钢管片接触部位的支护，通过在对应部位焊接锚筋，并在纵向筋与钢管片的搭接处采用L字形焊接的方式增强连接强度。采用混凝土管片需在二次衬砌时继续注意支护措施，在制作混凝土管片时，保证钢筋锚固在管片头部，然后连接其他钢筋，确保整体结构的稳定性。模板立模采用16#槽钢制作的碹骨作为模板支撑，碹骨间距仍应保持在1 000～1 500 mm之间。碹骨底脚处加型钢横撑，以避免浇混凝土时侧墙内移。在进行二次衬砌时，对碹骨和模板进行加固，防止模板倾倒和坍塌。在二次衬砌的混凝土浇筑过程中，均匀布置振捣点，控制振捣程度，确保混凝土的质量，遵循四个标准“不出现气泡、混凝土不下沉、表面不泛浆、表面形成水面”，以此保持混凝土浇筑的连续性，以保障隧道结构的稳定。

综上所述，该文通过对福州地铁6号线林浦站—樟岚站区间的隧道设计进行研究，探讨了矿山法施工技术在区间隧道设计中的应用优势和适用性。该文从确定盾构井的位置，分析如何进行盾构机的安装调试等方面总结了基于矿山法施工技术的区间隧道设计施工要点，以便施工顺利推进。希望该文的研究成果能够为类似项目的设计和施工提供有益的经验和指导，为地铁隧道设计领域的发展作出一定贡献，推动未来地铁线路的建设和运营，推动城市交通系统的发展。

[1] 廖能武,王兵.山岭隧道矿山法（钻爆法）施工开挖作业面机械四次排危法关键技术及应用研究[J].大众标准化,2023(8):50-52.

[2] 王涛.隧道矿山法施工对地表建筑物影响分析及其控制措施[J].辽宁省交通高等专科学校学报,2023(2):28-32.

[3] 许四法,朱洪水,魏新江,等.隧道矿山法施工可伸缩钢拱架的应用研究[J].低温建筑技术,2023(1):127-131.

[4] 官威名,童湘雄,王敏.矿山法施工铁路隧道衬砌拱部预制拼装施工工艺及单价分析研究[J].铁路工程技术与经济,2022(6):25-29.

[5] 房玉中,齐如见,杨海航,等.矿山法施工铁路隧道衬砌拱部预制拼装拱部注浆施工工艺研究[J].隧道建设(中英文),2022(S2):421-427.

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