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地鐵隧道區(qū)間風井后做施工技術(shù)

文檔作者：雷霆文檔來源：鄭州市第一建筑工程集團有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年05月08日
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施工技術(shù)
CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY
2013年9月上
第42卷第17期
DOI：10．7672／sgjs2013170046
地鐵隧道區(qū)間風井后做施工技術(shù)米
雷霆
(鄭州市第一建筑工程集團有限公司，河南鄭州450004)
[摘要】國內(nèi)地鐵工程建設(shè)中，區(qū)間風井一般均在隧道施工前完成。結(jié)合鄭州地鐵1號線一期工程，介紹了先采用
盾構(gòu)法通過區(qū)間風井，然后再進行風井的基坑開挖和主體結(jié)構(gòu)施工方法。總結(jié)了圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，深入分析了
施工重、難點和相應(yīng)處理措施，以及基坑監(jiān)測中主要監(jiān)測項目及監(jiān)測結(jié)果。工程實踐表明，該工藝有效縮短了盾構(gòu)
施工工期。
[關(guān)鍵詞】隧道工程；地鐵；風井；基坑；施工技術(shù)
[中圖分類號]Tu753 [文獻標識碼】A [文章編號]1002-8498(2013)17J0046_05
Construction Technology of the InterVal Air Shaft for Subway Tunnel
Lei Ting
(z^e咿bⅡⅣ0．1 co刪r眥如n E，lginee一增Group Co．，血d．，Z^e，蝴oⅡ，He’Mn 450004，C^iM)
Abstract：’I’he interval air shaft is finished before tunnel constmction in domestic subway constmction．
Based on phase I project of Zhengzhou Subway Line 1，the author introduces the method that shield
method is used to cross the intenral air sh礎(chǔ)．then fbundation excavation of air shaft and constmction of
main structure is finished．The author summarizes the design method of enclosure structure，analyzes key
and dimcult points in constmction and treatment measures，the main monitoring items and results for
foundation excavation monitoring． Engineering practice shows that the constmction process can shonen
time limit of shield constmction．
Key wOrds：tunnels；subways；air shafts；foundation excavation；constlllction
在國內(nèi)地下軌道交通工程建設(shè)中，區(qū)間隧道多
采用盾構(gòu)法施工，中間風井則采用明挖法施工。常
規(guī)的施工順序是：先建風井，待風井具備盾構(gòu)過站
條件后，再進行相應(yīng)的盾構(gòu)隧道施工。該方法可降
低隧道施工風險，減少重復(fù)工程量、節(jié)約工程成本。
但是目前國內(nèi)的城市軌道建設(shè)往往由于地面建
(構(gòu))筑物拆遷、管線改移等不及時，造成工程工期
滯后或延誤，因此明挖施工的區(qū)間結(jié)構(gòu)(風道、風井
等)成為制約盾構(gòu)隧道施工的一個要因。目前國內(nèi)
因盾構(gòu)區(qū)間造成的工期延誤95％以上由前期工作
或相關(guān)工序造成，盾構(gòu)施工本身并未對工期造成
影響。
針對上述情況，為減少因地鐵線路局部地面征
地拆遷問題而影響整個區(qū)間隧道施工，確保盾構(gòu)機
按期始發(fā)或減少盾構(gòu)機停機等待時間、節(jié)約工程成
本、杜絕盾構(gòu)機停機等待的安全隱患，本文結(jié)合工
·2012年度鄭州市建設(shè)科技計劃項目(2012-42-5)
[作者簡介】雷霆，副總工程師，E—mail：kiting．66@163．com
[收稿日期】2013旬6一17；[修訂日期】2013舶-26
程實際提出了“先隧后井”法并對其施工工藝進行
介紹。
1 工程概況
鄭州軌道交通1號線一期工程某盾構(gòu)區(qū)間長約
2．2km，設(shè)中間風井一處(兼聯(lián)絡(luò)通道及廢水泵房)。
該區(qū)間風井在區(qū)間線路上方為3層結(jié)構(gòu)，線路
北側(cè)為單層結(jié)構(gòu)，其中3層結(jié)構(gòu)基坑深約22．935m，
單層結(jié)構(gòu)基坑深約10．300m。原設(shè)計方案計劃先修
建區(qū)問風井，盾構(gòu)在此過站、檢修，但因征地拆遷問
題，無法按原計劃施工，為減少盾構(gòu)停機等待時間
和帶來的安全隱患，確保全線的貫通目標，將原設(shè)
計方案調(diào)整為盾構(gòu)通過再修建區(qū)間風井。
本區(qū)間所處地貌單元為黃河沖積平原，場地范
圍內(nèi)地層主要為第四系(Q)沉積地層，基坑施工影
響范圍內(nèi)地層從上到下主要為雜填土、第四系全新
統(tǒng)(Q。)粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細砂及第四系上更新
統(tǒng)(Q，)粉質(zhì)黏土夾粉土、細砂、粉質(zhì)黏土。地下水
類型分為上層的潛水和下層的承壓水。潛水主要
賦存于10．0一14．0m以上的粉土、粉質(zhì)黏土中，屬
萬方數(shù)據(jù)
雷霆：地鐵隧道區(qū)間風井后做施工技術(shù)47
弱透水層，承壓水主要賦存于8．0～12．0m以下的
砂層中，具有微承壓性，與上部潛水有一定水力聯(lián)
系，承壓水補給來源主要是潛水越流補給，排泄主
要為人工開采。施工期間地下水位位于場平標高
下4．5—5．0m。
2圍護結(jié)構(gòu)設(shè)計
2．1圍護結(jié)構(gòu)形式
因盾構(gòu)隧道在風井處埋深較大，為保證風井端
頭加固區(qū)高壓旋噴樁的施工質(zhì)量并考慮風道處單
層結(jié)構(gòu)的存在，基坑上部(單層結(jié)構(gòu))采用放坡開
挖、坡面掛設(shè)鋼筋網(wǎng)片并噴射速凝混凝土，下部采
用鉆孔灌注樁+內(nèi)支撐的支護形式。放坡段開挖
至底后作為下部圍護樁段止水帷幕、鉆孔灌注樁、
高壓旋噴樁端頭加固區(qū)的作業(yè)平臺。采用先隧后
井的施工工藝如能在盾構(gòu)穿越前完成拆遷則宜在
盾構(gòu)通過之前完成止水帷幕施工，具備盾構(gòu)通過條
件后盾構(gòu)機再通過、穿越。如圖l所示。
雀是掛局畸穗囊土護蕞懲辮、苧，嚷糊}土護垃
’＼㈠ 一《霪孽霧萋鼉《豢《三i|
b剖面
圖1 區(qū)間風井平面和剖面示意
Fig．1 Plan and sectiOn of the interval air shaft
2．2盾構(gòu)穿越處圍護結(jié)構(gòu)形式
在盾構(gòu)穿越段，考慮到盾構(gòu)機刀具和風井基坑
較深，且周邊地下水位較高、地層較差，故盾構(gòu)穿越
范圍內(nèi)采用懸掛式圍護樁(見圖2)。為確保盾構(gòu)機
能安全穿越，圍護樁樁底距盾構(gòu)頂安全距離可取
0．5m左右，并在隧道管片下部進行可靠加固。
但懸掛式鉆孔灌注樁下部無法考慮深入土體
的嵌固深度，因此完全靠腰梁和支撐抵抗懸掛樁的
圖2懸掛式圍護樁剖面
Fig．2 Section of hanging type suppOrtiⅡg p姐e
水平土壓力，豎向設(shè)置3道支撐，其中第1道為混凝
土支撐與樁頂冠梁連接，第2，3道采用西609mm鋼
管支撐，鋼腰梁采用雙拼145b，對灌注樁的內(nèi)力利
用SAP2000進行分析，采用和長樁相同的配筋形
式。隧道下部無圍護樁段采用注漿加固土體并掛
網(wǎng)噴護。
2．3支撐布設(shè)
本區(qū)間風井3層結(jié)構(gòu)平面尺寸為22．1 m×
22．6m，放坡段開挖深度7．035m(10．300m)，兩級放
坡。圍護樁段基坑深15．900m，根據(jù)施工步序要求
和計算，采用4道橫向支撐。
第1道支撐采用鋼筋混凝土支撐，支撐高于倒
數(shù)第2層中板1．3m，以滿足豎向鋼筋預(yù)留要求。下
部受懸掛式半截樁和倒數(shù)第3層中板位置的影響，
采取在盾構(gòu)隧道上部布設(shè)2道斜向鋼支撐。考慮倒
數(shù)第3層結(jié)構(gòu)層高較高，兩側(cè)墻處含有d=6m的隧
道洞門，故采用鋼筋混凝土支撐以提供剛度較大的
支撐體系防止圍護結(jié)構(gòu)及管片拆除期間的隧道變
形(因自重和跨度較大，設(shè)中立柱2根)，同時結(jié)構(gòu)
施工至此處，拆除第4道支撐并施加1道換撐。各
道支撐平面布置如圖3所示。
2．4降、截水和端頭加固設(shè)計
由地勘資料可知，在原地面下40—45m深度范
圍存在一連續(xù)的透水性較差的粉質(zhì)黏土隔水層，為
保證基坑工程在無水條件下施工，結(jié)合圍護結(jié)構(gòu)設(shè)
計方案，采用管井降水和止水帷幕相結(jié)合的方案。
上部放坡段采用管井進行敞開式降水，降水深度應(yīng)
保證基坑能夠正常開挖，下部圍護樁段采用止水帷
幕隔斷地下水，止水帷幕采用33m長西850mm@
600mm三軸攪拌樁，底部進入隔水層，沿基坑四周
圍護樁外側(cè)300mm(凈距)布置。
萬方數(shù)據(jù)
施工技術(shù)第42卷一鬣闊
q茸、沁≮jj、、慧”囂”擎恤血”盤晶4囂怒蓄蠹i～≯一tt■。。莎夕’7用列 膩盛一孽
圖3內(nèi)支撐平面布置
Fig．3 PIan layOut Of inner suppOrt
3施工重、難點及相應(yīng)處理措施
3．1止水措施
因本區(qū)間風井處地下水位較高，土層滲透系數(shù)
較大，如何保證基坑開挖、主體結(jié)構(gòu)施工期間基坑
側(cè)壁不滲漏水，特別是盾構(gòu)隧道與風井結(jié)構(gòu)接口處
形成有效的止水環(huán)，同時減小降水對盾構(gòu)管片的影
響，是本工程施工的重、難點之一。為此，在施工中
采取了如下措施。
1)在盾構(gòu)到達前，區(qū)間風井的征地拆遷已完
成，因此根據(jù)專家意見先止水帷幕施工以保證后期
洞門處的止水效果。止水帷幕施工采用三軸攪拌
樁，施工機械采用zKD85—3型三軸攪拌樁機套打法
成樁(見圖4)。止水帷幕應(yīng)設(shè)置在圍護樁的外側(cè)，
平面位置應(yīng)根據(jù)圍護樁位置外放300mm，防止圍護
樁施工時對攪拌樁造成擾動。攪拌樁深度應(yīng)超過
基礎(chǔ)埋深，樁底處于隔水效果好的土層內(nèi)。施工中
應(yīng)嚴格控制止水帷幕的施工質(zhì)量。
圖4 三軸攪拌樁施工順序示意
Fig．4 Construction sequence for triaxial mixing pile
2)復(fù)緊隧道管片連接螺栓，確保管片間連接緊
密，以增強管片的整體性和穩(wěn)定性，復(fù)緊范圍為區(qū)
間風井兩端頭各20環(huán)管片。
3)通過鋼筋混凝土管片上的吊裝孔進行二次
注漿，每環(huán)管片選取6個注漿孔(本工程每環(huán)管片
共6塊)。為確保注漿效果，在管片設(shè)計中，增加2
個(K塊除外)備用注漿孔，注漿時可根據(jù)實際注漿
量、壓力情況選擇注漿孔位置和注漿量等。
根據(jù)工程水文地質(zhì)情況注漿漿液采用水泥單
液漿，水灰比為0．6～1．O。注漿壓力控制在0．2一
一l障腎
一
0．4MPa，注漿量初步控制在1．5—2．5m3，以注漿壓
力為主控。注漿分2次進行，若漿液由管片中滲出，
應(yīng)立即停止注漿。同時，補漿期間嚴密監(jiān)視地面隆
沉值的變化，防止壓力過大地面隆起值超標或漿液
溢出地面，如果注漿壓力變化異常、注漿量變化異
常、設(shè)備異常以及注漿時隧道出現(xiàn)偏移、上浮或漿
液從管片泄漏，應(yīng)立即停止作業(yè)，待分析原因采取
措施后方可繼續(xù)作業(yè)。
4)盾構(gòu)通過后，在盾構(gòu)隧道與止水帷幕交接的
管片環(huán)處利用聚氨酯注漿材料進行二次注漿，封閉
混凝土管片與止水帷幕之間的空隙，確保基坑開挖
期間洞門處不漏水。
3．2 管片加固
為防止風井施工期間特別是管片拆除時應(yīng)力
釋放使結(jié)構(gòu)外側(cè)管片和隧道變形，在下部土方開挖
前對風井結(jié)構(gòu)兩端頭外側(cè)各10環(huán)管片進行縱向和
環(huán)向加固。在風井處管片未拆除之前完成加固，加
固方法如下。
3．2．1 管片環(huán)向加固
1)在隧道內(nèi)部環(huán)向加固采用碗扣式鋼管支架
和普通(扣件式)鋼管支架作為支撐，支撐端部采
用可調(diào)式頂托卡緊方木，方木貼緊管片固定。
2)縱、橫向支撐體系基本搭設(shè)完成后，先不急
于進行頂托緊固，先根據(jù)洞內(nèi)空間及支架體系搭設(shè)
情況，沿支架縱向、橫向、水平方向架設(shè)剪刀撐，剪
刀撐連續(xù)支搭，并與所有接觸的桿件均用扣件進行
連接緊固。
3)剪刀撐全部架設(shè)、支撐完成后，再進行縱、橫向
頂托緊固，方木與管片相接觸部位不是一個平面，故
可在頂托內(nèi)加墊木楔，以保證管片、方木、頂托等都全
部落在實處，保證加固效果的可靠性和安全性。
3．2．2 管片縱向加固
1)管片縱向采用[5進行縱向拉接，即將鋼制墊
片與管片螺栓進行連接，然后再將墊片焊接在縱向
萬方數(shù)據(jù)
雷霆：地鐵隧道區(qū)間風井后做施工技術(shù)49
布置的[5上，從而起到連接、緊固的作用。
2)[5在隧道內(nèi)共布置4道，環(huán)向均勻布置，并
與管片縱向螺栓的位置相匹配。
3)施作時先將管片螺栓的螺母和墊片去除，然
后換上自制鋼制墊片，并緊固，隨后布設(shè)[5，并將槽
鋼與緊固后的墊片采用焊接的方法進行連接，使與
洞門相鄰的10環(huán)管片形成有效整體，從而避免由于
應(yīng)力釋放產(chǎn)生位移而導致管縫漏水的現(xiàn)象產(chǎn)生。
如圖5所示。
c鋼板剖面
圖5管片縱向加固橫剖面示意
Fig．5 Cro齬sec廿on for l蚰gitumnaI
他infbrcement 0f tllnnel segment
3．3管片下部基坑開挖
基坑基底標高低于盾構(gòu)隧道管片底標高約2m，
因此管片拆除后下部土體及盾構(gòu)管片外土體的穩(wěn)定
性也是施工的難點。本工程采取了如下應(yīng)對措施。
1)為保證基坑開挖期間隧道的安全，在盾構(gòu)到達
前對基坑兩端頭進行加固；同時，為保證區(qū)間隧道底
部基坑開挖的安全，加固范圍為管片四周3．0m。
2)隧道洞口下部至基底2．0m深度范圍內(nèi)因無
圍護樁，且本處地層主要為粉細砂，故在開挖至該
部位前采用磷酸一水玻璃雙液漿從隧道內(nèi)部打孔進
行豎向注漿加固，開挖過程中采用雙層西8@
150mm×150mm鋼筋網(wǎng)片+c25噴射混凝土進行支
護。同時，開挖過程中對暴露的管片可采用帶復(fù)緊
裝置的鋼絲繩進行輔助懸吊保護。
3．4管片拆除
管片拆除是本工程施工過程中的重、難點，基
坑開挖至下部時盾構(gòu)隧道已經(jīng)成型，上部土層開
挖卸載和管片的拆除會改變盾構(gòu)隧道的受力狀
態(tài)，風井兩側(cè)管片因結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)管片拆除會發(fā)生
向風井結(jié)構(gòu)方向收縮的現(xiàn)象，因此采取措施保證
風井結(jié)構(gòu)外側(cè)管片穩(wěn)定性是施工的重點。
1)在盾構(gòu)機通過風井段過程中，一定要做好
盾構(gòu)掘進參數(shù)和盾構(gòu)機姿態(tài)的監(jiān)測工作，保證盾
構(gòu)掘進的線路準確，控制好盾構(gòu)機推進速度。
2)為拆除管片方便，風井范圍內(nèi)的管片需采用
通縫拼接。
3)開挖前應(yīng)將風井與隧道接口處兩環(huán)管片的
連接螺栓拆除，以防止在拆除風井范圍內(nèi)管片過程
中管片變形帶動既成隧道產(chǎn)生位移。
4)為防止管片拆除過程中引起鄰近管片的變
形和位移，管片拆除前需對兩端各10環(huán)管片進行縱
向拉緊加固和內(nèi)部環(huán)向加固處理。
5)機械開挖至隧道管片頂300mm后，采用人工
挖土，并沿管片兩側(cè)對稱開挖，每層開挖厚度
500mm，開挖至隧道中心位置500mm后拆除上部管
片，并開始施工該位置處的內(nèi)支撐，混凝土支撐達
到設(shè)計強度后，繼續(xù)下層土方開挖，開挖至管片全
部露出，拆除下部管片。拆除管片時應(yīng)先破除區(qū)間
風井中間的1環(huán)管片，將整座隧道的應(yīng)力釋放出來，
然后向兩端逐步拆除管片。
為保證基坑開挖和管片拆除施工安全，在整個
開挖過程中加強監(jiān)控和監(jiān)測，記錄隧道在各個開挖
階段產(chǎn)生的位移、變形等，并能及時有效地采取應(yīng)
急措施。
4基坑監(jiān)測
4．1主要監(jiān)測項目
基坑開挖過程中應(yīng)做好基坑的監(jiān)測并對監(jiān)測
數(shù)據(jù)及時進行分析，并反饋給設(shè)計和施工部門，根
據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調(diào)整設(shè)計方案和施工步序，實現(xiàn)信息化
施工。
根據(jù)工程特點，本工程主要監(jiān)測項目包括樁頂
位移、深層土體位移、周邊地表沉降、支撐軸力、坑
底隆起等，監(jiān)測工程按照設(shè)計和規(guī)范要求確保精度
和監(jiān)測頻率，同時加強盾構(gòu)隧道的變形監(jiān)測。區(qū)間
風井監(jiān)測平面布置如圖6所示。
4．2監(jiān)測結(jié)果
1)土體水平位移
基坑開挖產(chǎn)生的內(nèi)、外壓力差會使支護結(jié)構(gòu)發(fā)生
水平位移，在風井基坑一級邊坡坡頂和二級邊坡坡頂
布設(shè)了20個坡頂位移點，在圍護樁段鉆孔灌注樁深
度范圍內(nèi)布置變形點4個，測量其在基坑開挖及主體
施工期間的坡頂(樁體)水平位移。基坑開挖期間放
坡段的最大水平位移為8—12mm，最大位移發(fā)生在基
坑開挖至底期間，最大位移位置集中在5～6m的基
坑深度范圍。土體深層位移如表1所示。
表1各測孔基本情況
T曲le l B嬲ic sit|la6佃of each monitoriⅡg hole
孔號JQSll JQSl2 JQsl3 JQSl8 JQS20 JQS22 JQs砑JQS29
最大位移／∞5．O 6．0 4．5 6．5 7．O 11．0 12．5 10．3
6。。位置／m 一8 —9 —8 —7 —8 —2 一12 一lO
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萬方數(shù)據(jù)
施工技術(shù)第42卷
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圖6 區(qū)間風井監(jiān)測平面布置
Fig．6 MOnitOring plan Iayout of the interval air sha“
2)周邊環(huán)境沉降
在基坑施工期間，由于基坑在5倍基坑深度范
圍內(nèi)沒有任何構(gòu)(建)筑物，因此只對基坑周邊地表
進行了監(jiān)測；基坑周邊地表沉降和周邊管線沉降在
基坑開挖期間變形較快，墊層澆筑完畢至主體施工
期間其變形趨于穩(wěn)定。本案例周邊地表、管線、建
筑物的沉降值如圖7所示。
一2
善3
面4
溢5
蜉6
7
8
7 18 8—2 8 l 7 9 l 9 16 10一l 10 1610—3ll 1 1 5l 1 30
日期／(月日)
圖7 基坑周邊沉降點沉降量隨時間變化
F培．7 Settlement·time curVes of settlement
points around foundation excaVation
5優(yōu)、缺點分析
通過對施工過程中的全程參與與工后分析，
采用該施工工藝進行區(qū)間風井的施工解決了因受
客觀條件限制而無法保證盾構(gòu)隧道如期貫通問
題，同時盾構(gòu)隧道先于風井完成，洞門環(huán)梁與風井
側(cè)墻同時澆筑，增加了整體性，減少了該處運營期
間滲漏水的風險；但同時也增大了區(qū)間風井施工
的施工風險，延長了風井結(jié)構(gòu)施工工期。以本工
程為例，盾構(gòu)始發(fā)前尚未完成區(qū)間風井處的拆遷
問題，如采用“先井后隧法”施工則始發(fā)時間需滯
后8個月，盾構(gòu)始發(fā)后，區(qū)間風井的拆遷問題也得
以解決，盾構(gòu)到達前完成了上部土方開挖和止水
帷幕、部分灌注樁等工作，整個區(qū)間風井的施工工
期為338d。
6 結(jié)語
對于盾構(gòu)施工的區(qū)間隧道，區(qū)間風井因需要進
行基坑的開挖、支護和主體結(jié)構(gòu)施工等多道工序往
往施工時間較長，同時多受前期征地、拆遷不到位
等客觀因素的制約，使盾構(gòu)機不能按期始發(fā)或者在
風井前停機等待，不僅影響盾構(gòu)的施工工期而且還
帶來了一定的安全隱患。本文介紹的施工工藝采
用先盾構(gòu)后修建區(qū)間風井施工工藝，先采用盾構(gòu)法
通過區(qū)間風井，然后再進行風井的基坑開挖和主體
結(jié)構(gòu)施工，通過一定的技術(shù)措施避免基坑開挖和風
井處管片拆除對成型隧道產(chǎn)生影響。該工藝可有
效縮短盾構(gòu)施工工期，對工程前期無法進行風井施
工和后建區(qū)間風井的工程具有實際意義。
參考文獻：
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南昌大橋互通主體結(jié)構(gòu)本月底完工
從南昌大橋互通立交施工現(xiàn)場了解到，目前大
橋南北匝道與主橋?qū)诱谶M行伸縮縫安裝，對接
工程即將完工，而大橋互通主體結(jié)構(gòu)將在本月底完
工，實現(xiàn)通車。
施工人員表示，橋梁伸縮縫能滿足橋面變形的
要求，伸縮縫在平行、垂直于橋梁軸線的兩個方向，
均能自由伸縮，牢固可靠，車輛駛過時應(yīng)平順、無突
跳與噪聲，同時能防止雨水和垃圾泥土滲入阻塞。
(摘自“南昌新聞網(wǎng)”2013聊一03)

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