非开挖技术在城市隧道施工中的应用

1、非开挖技术在城市隧道施工中的应用来源：非开挖技术 作者：王银献 江源日期：2009年08月28日访问次数：备3361、非开挖技术在隧道工程中的应用概述随着我国城市基础设施建设步伐的加快，城市地下空间开发利用力度不断增大，相关城市基 础设施、城市各类管网和城市交通地下化，已成为未来城镇建设的重要发展方向，特别是城 市有轨交通系统，作为城市的基础设施和灾害防御设施，得到了巨大发展，这是城市国际化、 现代化的一个重要标志。地下空间的不断开发，势必向大断面、长距离、深层化及多样化发 展，这就需要高度发展地下工程施工技术，满足地下空间开发利用要求。目前用于城市隧道施工的主要方法有矿山暗挖法和机械法（盾构

2、、顶管等），特别是矿山暗 挖法，由于其优越性日益明显，已成为城市地下工程施工的主要方法之一。城市地下工程的 施工，大多数是在繁华地段和靠近密集建筑物群或居民区进行的，控制好施工过程中引起的 地表下沉和对周边环境及结构物的影响，是矿山暗挖法施工成败的关键。因此大多数情况下， 在进行“钢筋格栅+混凝土喷射”的初期支护结构前，常辅以一定的辅助技术手段以确保隧道 围岩和掌子面稳定。目前用于暗挖隧道控制地表下沉和加强围岩的辅助施工技术方法，主要有浆液压注、冻结、 垂直锚杆、管棚、水平高压喷射等。经过近年来的不断发展与实践，强度大、支护效果好的 管棚支护已成为控制地面下沉和加强隧道围岩的主要技术手段。而且

3、随着隧道施工要求的不 断提高，管棚支护已由原先的短、小超前支护向长、大超前支护发展，这对管棚施工的精度、 施工能力及相应设备提出了较高要求。非开挖技术作为一项新兴的施工技术由初期的市政无 法开挖区域的地下管线铺设，向城市隧道暗挖施工的超前支护技术方向延伸，并已显示出较 大的优越性，而得到了蓬勃发展。就北京地铁而言，较具代表性的有北京地铁五号线崇文门站穿越既有环线地铁，在车站隧道 开挖前，采用水平螺旋钻进法铺设了600mm、长36m的大管棚；地铁五号线蒲黄榆站采 用导向钻进管棚法，铺设了114x5mm、单根长146.6m，一次性贯通车站中洞拱部的超前 管棚；地铁十号线光华路站采用导向跟管钻进法，

4、单向盲孔跟管铺设159管棚，最长铺设 长度达120m，成为国内首例单向盲孔跟管铺设最长隧道超前支护管棚的工程。2、管棚法非开挖施工技术为提高施工效率，减少暗挖隧道因管棚水平施工而多次进行隧道抬高扩大段面，因此在地铁 暗挖隧道超前支护中，管棚铺设长度要求越来越长，尽可能长地一次性支护。如有的地铁车 站和隧道区间要求一次或尽可能少的分次铺设，以便可以进行连续暗挖作业，这就对管棚铺 设提出了较高要求，如地铁五号线蒲黄榆车站拱部管棚进行一次贯通施工；而有的车站由于 施工条件制约，不具备贯通式铺设条件，只能采用单向盲孔式管棚铺设，施工难度较大，且 不具备地面无线导向条件，因此采取了“有线导向，一次性跟管

5、钻进铺管法”，如地铁十号线 光华路站的管棚施工。显然地铁隧道的管棚铺设采用传统的管棚施工法已无法满足施工要 求。我们知道，对于传统管棚施工法，主要存在以下几个技术问题：（1）铺管方向控制难，（2） 由于方向性差，管棚一次性支护长度短，降低了隧道开挖效率，提高了施工成本。（3）采 用的管棚短、小，其现有的管棚设备已无法满足长、大管棚的铺设要求，要求铺设较大直径 管棚时，施工工艺复杂。因此隧道超前支护中引进和应用非开挖技术，较好地解决了传统大 管棚施工法的不足，为城市隧道的暗挖施工提供了一项行之有效的辅助技术手段。目前，用于地铁隧道超前管棚施工法主要有：夯管法、螺旋钻进法和导向钻进法，夯管法与 水

6、平螺旋钻进法主要用于管径较大、一次铺设长度较短的情况，导向钻进法则主要用于一次 铺设长度较长、方向要求较高的管棚施工。特别是大管棚导向钻进技术，在隧道超前支护中 具有很大的优点。由于管棚施工大多在隧道内进行，施工地段往往位于交通要道，施工安全 要求高，另外一些隧道不具备双向铺设作业条件。为此对现有非开挖施工工艺和施工机具进 行了改进，使其能更好地适用于隧道管棚施工中：（1）将非开挖钻机进行改造，取消钻机底盘，在现场搭设具有升降功能的支架，调节钻机 施工高度，这样大大减轻了设备重量，有利于在隧道狭窄空间内作业；同时适当加长钻机桅 杆长度，增加钻机回次铺设管棚长度；另外增大钻机扭矩，以满足（P15

7、9以下长管棚既作钻 杆又作管棚直接钻入土层的动力需要，减少铺管作业工序，有利于进行单向盲孔跟管施工。（2）采取有线导向系统进行管棚方向控制，保证管棚施工精度和交通繁忙地段的导向安 全。（3）将p159钢管既作钻杆又作管棚，在钻进同时即进行管棚铺设，钻进结束，管棚铺 设也告完成。为此采用了具有专利技术的管棚铺设导向钻头（见图1实用新型导向钻头结 构图）。管棚铺设完成后，用事先固定的钢丝绳将导向探头拉出管外。h3 N图1实用新型导向钻头结构图h3、非开挖技术在隧道工程中的应用实例（1）工程概况本工程位于北京地铁十号线光华路站，车站上部为交通繁忙的东三环路，车站施工方法 采用浅埋暗挖法，为防止地表及

8、初期支护拱部沉降，车站主体部分暗挖施工前，要求在隧道 拱部开挖线外环向铺设直径为p159x8mm的钢管作管棚。由于车站两侧风道无法同时开挖， 管棚施工无法进行一次性贯通式铺设，因此只能将管棚分为两段分别进行施工，由先完成的 一侧风道向车站中间铺设，待铺设完成后，即进行隧道开挖。另一侧管棚则待该侧风道施工 完成后施工。因此两侧管棚施工均为单向盲孔式铺设，管棚每侧铺设长度77.5m，每侧33 根，管棚间距为300mm，管棚中心距隧道初支结构外皮轮廓线距离为250mm，地铁车站的结构及管棚铺设位置各见图2车站主体结构纵剖面图和图3车站主体1-1横断面图。图3 车站主体1-1横断面图v（2）主要施工技术根据本工程特点，采用了前述的“有线导向，一次性跟管钻进铺管法”，即导向钻进与铺管 同时施工的工艺技术。采用了自行改造的具有较大扭矩和顶