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本期带大家了解的是大会举办地区的热点工程——半岛地区卡塔尔多哈的IDRIS深排隧道工程！
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多哈IDRIS工程竖井施工
多哈IDRIS深排隧道工程MTS-01标需要开挖11个工作井，这些工作井深度在21m至43m之间，直径在8至15m。根据每个工作井的构造与作用，分别使用了传统的明挖、地下墙与VSM法，一起来了解一下不同工法的特点与优劣吧！
工程概况
MTS01标
多哈重排污实施战略工程（IDRIS）为卡塔尔城市多哈中心城区发展计划的一部分，将把现有早已不堪重负的泵送式排污管网改造为大深度重力式管网系统。其中，排污主干道（MTS）01工程包括11个竖井与3条总长16.2km，内径3m的隧道。
MTS-01标总览：11个竖井与3条隧道
水文地质
工程穿越典型的卡塔尔半岛地质：由始新世的达曼、罗斯地层与较薄的全新世、更新世沙质沉积物层构成。
多哈的典型地质构造
工程中的水文条件较为特殊：Midra页岩下的隔水层分隔了两个含水层，底部含水层存在轻微自流（较其理论流体静力值高0.1bar），Midra页岩的正上方和正下方存在两个高度风化的流通区。
竖井开挖策略
工程中的共计11个竖井使用了3种不同的工法进行建设：传统明挖法、地下连续墙法、下沉式竖井掘进
（VSM）法。
表1 竖井建设工法
环境因素造成了对竖井施工的额外限制：为了限制对于地下水位的影响，开挖前不可进行主动降水，同时需要避免两个含水层之间的交叉污染。由于环境保护需要，对于涌水的处理较为复杂，因此在明挖井周边进行了3m-5m的环形注浆；而地下墙与VSM工法下则被视为水密环境。
表2 三种工法特点比较
此外，工程的建设安排也决定了WS2B和WS2C两井的工法选择：这两个竖井为TBM的始发井，为了确保按时进洞，因此选择了地下墙法。
地下水控制
在MTS-01工程中，对于地下水的控制策略主要是确保对地下水位的影响最小，并且尽量减少井内涌水。
三种工法的控水策略
■ 对于明挖竖井，井周的注浆帷幕将改善竖井的防渗性能，并且延伸至最终开挖深度之下，直至形成止水。
■ 对于被认为是水密工况的地下连续墙竖井，地下墙墙趾的深度可以提供止水作用，限制地下水的渗入。此外，地下墙面板内部预留了套管，用于进行应急墙趾注浆，以防止止水效果不足。
■ VSM竖井则采用与地下连续墙相同的原理。
工法对比
地下连续墙
地下连续墙法具有以下特点：
■ 除了局部风化区域以外，软岩具有全局自立性，因此地下墙不会承受太多荷载；
■ 地下墙幅可以延伸至最终开挖深度以下，可以在井底不进行填塞注浆的情况下保证止水并尽可能减少井内渗水。
■ 该工法用于TBM始发井：所有TBM相关设备（管线、车架、支护等）可以通过钻孔轻松锚固至地下墙。
WS2B地下墙结构与水利模型
在稳定和干燥条件下进行施工
明挖法
3个竖井使用了明挖法建设。开挖前进行了3层环形注浆，以将地层的体积渗透率降低至目标平均值10-6m / s。注浆使用标准浆液，并监测压力与注浆量，以保证风化区域填满。
明挖施工根据岩石质量分类 Q 系统观测法设计，根据一系列Q值对挖掘的支护进行分类;现场Q值由岩土工程师在现场测量，支护则由在设计给出的支护类别中进行选择。在整个挖掘过程中，Q值通常在0.4-1.5之间，局部风化面积降至0.1以下，岩层中则高于5。
临时支护由ø20mm锚杆与厚度60mm-150mm聚丙烯纤维增强、轴心抗压强度30Mpa的喷射混凝土构成。
注浆是为了降低渗透率并将地下水阻挡在井外，不作为地层改良（就土力学性质而言），因为它们带来的是难以量化的额外安全性。
VSM法
直径8m与10m的竖井都采用了海瑞克下沉式竖井掘进（VSM）工法进行施工。
■ 在地面，有3到4个带液压油缸的沉降单元与竖井周边的环形混凝土基础牢固地连接在一起。这些沉降单元通过钢丝绳与竖井结构的下部混凝土基环相连。这样，在挖掘过程中，能以可控的方式，将整个竖井结构拉住并下沉。
■ 竖井挖掘机吊装到始发井结构内，由三条机械臂牢固地压附在井壁上。在一条伸缩臂上，安装能旋转的铣挖头，铣挖头上安装有截齿。铣挖头在竖井底部削挖土壤。铣挖头具有伸缩性，可以执行上转、下转和旋转动作。这样，即可完成整个竖井断面的挖掘，并完成一定超挖。借助潜水泵，以液压方式将渣土泵送到地面上的泥水分离站。
简而言之，VSM可以看作垂直掘进的隧道，因此VSM管片设计与一般的隧道管片衬砌设计并无太多差异：工程中使用了厚度35cm、钢纤维增强、轴心抗压强度40Mpa的混凝土管片。由于较高的局部载荷，只有挖掘机锚定的底部6环进行加固。
竖井建设
工法对比
三种不同工法的主要特点：
表示相对优势， - 表示相对劣势
■ 地下墙的墙幅需要预制，VSM也需要管片预制，明挖竖井的现场准备工作则较少；然而，由于地层监测要求与临时支护等作业，明挖法总体施工速度并不快。
■ VSM技术遵循工业化原则，应用预制管片，通过全功能机械系统进行简易可重复的竖井掘进; 然而，分段衬砌也使竖井导洞的开口施工较为复杂。
地下水控制试验
对于明挖与地下墙竖井，施工方在进行注浆与墙幅浇筑后，进行了全规模的泵水试验，以确保没有过多的地下水渗入，保证开挖顺利进行。另一方面，VSM竖井的掘进在水下进行，竖井末端抽空，可以看作是最大的抽水试验。
开挖监测
施工方建立了二维弹塑性土 - 结构相互作用和轴对称模型以监测地层收敛并预估竖井周围的径向位移。
■ 由于竖井的结构刚度，地下墙竖井的位移可忽略不计。
■ VSM竖井的理论最大收敛为4mm，因此50mm的超挖足以使地层收敛，且不会接触到VSM混凝土衬砌导致沉放受阻。
■ 而明挖竖井的位移以厘米计算。
根据情况，现场制定了监测计划，定期检查径向位移，并对明挖竖井的喷射混凝土进行目视检查，以观察可能出现的裂缝。
导洞开挖
工程中的竖井是为了隧道和导洞的联通而建立的; 因此，必须在每个竖井的底部开挖出导洞开口。开挖导洞对于明挖法与地下墙法来说较为简易：
地下墙与明挖竖井的导洞开挖
■ 对于明挖竖井，只需检查开口位置的地层是否保持弹性；结构上，除了在顶部设置少量锚杆以防止任何岩石不稳定导致下落的情况外，井身无需局部加固;
■ 对于地下墙竖井，导洞开口在墙幅设计中便已纳入考虑：井内存在的环向力可以在开口周围重新分布，而不会使衬砌不稳。
VSM竖井上的开口施工则需要更加小心：施工方需要使用锚杆“钉住”开口周围的混凝土管片，防止竖井衬砌出现不稳。
总结
三种工法都已成功应用于MTS-01项目的软岩竖井施工中。 每种技术在特定条件下都有其优势和缺点，今后可以该工程为鉴，同时考虑到各种外部因素（现场资源，劳动人力， 规划期限，地质风险等），帮助建设者进行工法比选。
简而言之，地下墙法较为昂贵耗时，但是施工风险较低；当对地层掌握程度较高时，传统明挖成本效益良好；VSM由于其系统化与工业化的特点，在未来具备较高的发展潜力。
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