河流和桥梁下地铁隧道施工技术论文
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河流和桥梁下地铁隧道的施工技术研究【摘要】城市发展以后轨道交通也随之发展起来，其中属地铁发展最快，然而地铁的发展受到城市规划的影响，地铁轨道的施工不可避免的要穿越河流或是桥梁，这就给施工工程带来很大的不便与风险。
一方面，在地铁的施工过程中要防止河水下渗至隧道里，影响隧道筑建的质量；另一方面，在地铁施工的过程中，不可避免的会改变桥梁下的地基，使得桥梁会受到损坏。
因此，就如何采用有效的措施解决地铁隧道穿越河流与桥梁的施工难度的问题，浅埋暗挖法已成为了首要选择的措施，它在这一领域与取得了良好的业绩，并避免了安全隐患的发生。
本文主要是通过对北京地铁五号线的浅埋暗挖案例进行仔细的分析，以此来研究地铁隧道下穿小河和桥梁的施工技术,着重介绍了浅埋暗挖法，并提出利用浅埋暗挖法施工时应注意的问题还提了几点建议。
【关键词】浅埋暗挖法；北京地铁五号线；施工方法；结论与建议
引言：
近几年新起的浅埋暗挖法一种应用新奥法原理，在地表下面较浅处对各种类型地下洞室进行暗挖施工的方法，这种方法在地下工程中被广泛的应用。
浅埋暗挖法采用了多种辅助工法，在河底铺设防水毯、超前支护、对围岩改善加固、调动部分围岩的自承能力、超前降水为确保地层施工人员的安全，利用三维渗流一应力耦合对降水过程进行分析，采用超前加固方案对隧道进行比选，利用时空
效应对隧道施工过程进行完整的分析等控制措施并采用不同的开
挖方法及时支护、封闭成环，使其与围岩共同作用形成联合支护体系。
应用浅埋暗挖法对地铁隧道下穿河流和桥梁的工程进行施工且竣工后，桥基的最大沉降深度为34．7 mm，最大差异沉降深度为6．2 lain。
1 地铁隧道下穿河流和桥梁施工案例的分析
1.1 工程概况
北京地铁五号线和乎西桥站一北土城东路站区问隧道在设计里程k 15+347～k 15+401范围内下穿小月河及樱花西桥。
小月河自西向东横穿樱花西桥，河床两侧为浆砌片石挡墙，河床底部为素混凝土基础，河床宽度为15 m；樱花西桥座落于小月河上，桥总宽度为48 m，长度为44．5 m，中跨长15 m，边跨长7．5 m，樱花西桥是石拱与宽幅t梁组合结构，该桥于1988年“月竣工桥台和桥墩为水泥砂浆砌块石，其基础为素砼。
区间隧道与樱花西桥的走向基本一致，设计为复合式衬砌标准断面形式，采用浅埋暗挖法施工。
隧道拱顶距桥墩基础底最小间距为4．4 m，距小月河底最小间距为6．4 m，隧道范围内的地层主要为填土和粉质粘土。
由于小月河对地层水的补给作用，此段地层含水饱和，水位埋深为3．2～4．8 m。
小月河、樱花西桥、隧道剖面位置示意下图所示。
1.2 施工技术难点
1.2.1 环境条件复杂
本工程位于樱花西桥下，小月河中。
樱花西桥是北京重要的交通干道，桥面交通繁忙，车流量大，樱花西桥下的小月河自西向东流，常年有水不能断流，施工时需要既要做到尽可能不对地面交通有影响，又要防止小月河的地下水影响。
隧道线路的选择一般在规划时就会避开既有结构的线路。
但是此工程由于特殊原因，桥梁恰巧在地铁车站附近，所以隧道无法变更其平面位置。
1.2.2 地下水资源丰富
由于小月河对地层水的补给作用，使得此段地层含水饱和，水位深至3.2-4.8m。
而此区间的隧道采用的是复合式衬砌结构，衬砌断面为标准的c型马蹄形，隧道拱项距桥墩基础底部最小间距为4．477 m，距小月河河床最小间距为6．614 m。
差不多全部浸没在小月河的河水。
1.2.3 地层岩性差造成桥梁、地铁隧道的稳定性差
北京地铁五号线区间隧道穿越的地层相对软弱，这就引起了一系列的问题，包括隧道施工引起周围土地的变形，土地的变形不仅给桥基竖向和侧向的压力，还会间接导致桩的变形，并对其内力产生一定的影响。
由于自重引力的作用，隧道开挖后其周围的岩石会松弛变形，严重时可能导致地质变形，更有甚者会导致桥梁坍塌。
同时给施工带来困难，因为岩石在地下水的浸泡下会被软化，丧失其原来的稳定性。
特别是岩石被长期浸泡后由硬塑变成流塑，随地下水流入隧道内淤积形成大的坍塌涌泥，给周边结构物和施工人员的安全带来
严重威胁。
所以隧道需要同时穿越河流和桥基,施工开挖前提前进行了降水, 防止产生大的变形及坍塌，但同时桥基由于降水则会产生附加沉降。
1.3 主要施工方法
根据北京地铁五号线地铁工程地质情况,结合小月河地下水发
育情况,本工程采用针对各个情况分别进行控制措施施工。
1.3.1 防止小月河地下水浸透的施工措施
由于隧道据拱顶只有4477m的间距，而且地质条件极差，因此，为了保持樱花大桥的安全性与稳定性与小月河的流通性，还要避免地下水的渗入对隧道的影响，在隧道开挖施工前两个月时开始，采取河道截流、施工管井降水（降低水位）等排水、清淤工作，防止河水直接补给地下。
管井要求高出河底两米。
在其排水清淤工作完成后，再在河底铺设防水毯进行地层预加固，其导流范围约为隧道前后各70m的范围。
这一疏干地层水、铺设防水毯措施，严格控制了地质的变形，保证了地铁隧道施工环境的无水性干扰，它决定了实施浅埋暗挖法的隧道工程成败的关键。
1.3.2 关于控制洞内围岩变形的施工措施
水平旋喷桩、长管棚、深孔注浆、加密小导管注浆并辅以临时仰拱这四种方案是建造隧道的超前支护方案，加密小导管注浆并辅以临时仰拱在这四种方案中造价最低，对地基的控制力也不错，是这四种隧道超前支护方案中最具优势的。
其中水平旋喷桩只要超过25 mpa压力限制后，就可能导致河底被击穿，深孔注浆虽然对地基
的控制力较好，但与长管棚型断面相比，造价很高，所以长管棚屈居第二，通过对以上四种超前支护方案优缺点的分析，决定采取了长管棚结合加密小导管注浆并辅以临时仰拱的方案来控制洞内围
岩的变形，这样不仅能达到深空注浆对地基的控制力程度，又能保证其造价的合适性
在长管棚结合加密小导管注浆加固周边土地时，均采用了坚硬的长棚管和小导管，环间距均为0.4m。
长管棚管内设有三根钢筋笼，利用水平超前注浆进行预支护。
小导管每5m一环。
其他材料力学参数，如下图所示：
1.3.3 关于地面超载的施工措施
地铁隧道施工过程中，考虑到了超载可能导致河底被击穿，所以施加了20kpa的地面超载。
等效加固周边隧道厚度是加密小导管注浆时应考虑的问题，加固桥墩则采用弹塑性本构关系实体单元进行模拟，加固桥面、初支和二衬是采用弹性本结构壳单元进行模拟，而模拟加固地层采用了塑性-蠕变耦合本构关系实体单元。
为了避免地面超载后的结果，桥基、桥面、隧道三层关系相互支撑相互作用。
1.3.4 施工结果
地铁隧道浅埋暗挖法施工完成至桥梁、隧道、小河稳定时，地表沉降最大深度为24.5mm，河底沉降深度为8.5mm，拱顶最大沉降深度为29.3mm，桥基的最大沉降深度为34．7 mm，最大差异沉降深度为6．2 mm，桥基最大纵向差异沉降深度约为5mm。
此数据对
于降水方案和地铁隧道浅埋暗挖法施工方案是可行的，且能够保障施工过程中施工人员的安全给出了重要的证明。
2 结论与建议
2.1确保地质的稳定性
保障开挖时土体的稳定和桥梁桥基的稳定性，是地铁隧道在小月河水层地质中施工时需要注意的问题。
这一问题的注意可以很好地避免由扰动导致的坍塌，不仅确保了施工人员的安全还能起到控制沉降的重要作用。
为了避免形成缝隙施工人员应将每环注浆施工时间控制在5小时以内。
2.2 地质含水量的注意
含水率在地层中为表征地表安全性的重要参数之一。
地铁隧道的施工过程中含水率的变化是很重要的，特别是出现异常变化的部位，施工人员必须给予重视，而施工人员每天对含水率检测两次，是为了及时发现含水率的异常变化，预防因渗水而引起的坍塌现象。
2.3 及时填补注浆
混凝土第一次注浆后会因受到自身的重量及喷射混凝土密实度等因素的影响，与地面形成一定的缝隙，进而导致地面的下沉。
若施工人员在施工时预先准备再次注浆的钢管钢管，长约50cm左右，埋入地层20cm，外露10cm，每3~5m设置一道，就能很好地避免这一事故的发生，减少自身的危险。
待施工完成时，及时的补给注浆，防止注浆不完全或地面空洞的影响，避免地面的升降问题。
3 总结
在地铁隧道施工时，施工者必须要根据工程所处的地理环境和工程地质情况，针对工程特点，在确保道路行车安全和施工安全前提下，制定切实可行的施工方案和相关措施、以及详细的应急预案，才能保证施工顺利地进行。
目前国内外类似地铁隧道施工需要同时下穿河流和桥梁这种高难度和高风险的工程实例和研究都很少，一直苦于无法解决，而北京地铁五号线工程的成功实践证明浅埋暗挖法施工方案可行性，它保障了施工人员的安全，其施工工程安全控制模式可为其他工程提供参考，这对创建工程城市具有重要意义。
参考文献：
[1]吴波,汪东林.北京地铁工程过河过桥数值模拟分析
报,2007.
[2]杨仲杰,吴波,邓墩义.北京地铁区间隧道和车站安全快速施工关键技术研究,2007.。
