暗挖隧道改擴(kuò)建施工技術(shù)探討

摘 要：莞惠城際工程由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整，已施工的礦山法隧道斷面加大、左線線位往右側(cè)偏移0.94 m、右線線位往右側(cè)偏移4.20 m、隧道已施工段落內(nèi)左右線線路縱斷標(biāo)高整體上抬1.339 m，因此需對(duì)已施工段區(qū)間隧道初期支護(hù)及施工橫通道進(jìn)行擴(kuò)挖改造。論文詳細(xì)介紹了該工程1#豎井改造擴(kuò)建施工技術(shù)，提出了在工程改擴(kuò)建施工前利用已施工的降水井對(duì)周邊土體進(jìn)行降水，然后洞內(nèi)對(duì)已完隧道拱部上方以及邊墻土體做徑向注漿加固處理；改造施工對(duì)土體的開挖及格柵鋼架的拆換，均按每一榀一循環(huán)（0.5 m）進(jìn)行，施工完一循環(huán)的初支后方能進(jìn)行下一循環(huán)土體的開挖和格柵的拆換。擴(kuò)挖均采用人工開挖，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺施工技術(shù)。按以上確定的施工方案安全順利完成了隧道的改擴(kuò)建工程，該工程的成功為今后同類工程的施工提供了新思路，新方法。

關(guān)鍵詞：隧道工程 礦山法 改擴(kuò)建施工 施工技術(shù)

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）12（a）-0159-03

我集團(tuán)公司承建的在建莞惠城際GZH-4 標(biāo)起訖里程為DK19+780～DK25+080，正線全長5.300 km，設(shè)計(jì)時(shí)速為200 km/h，隧道采用暗挖法施工。莞惠城際GZH-4標(biāo)施工共布置6口豎井，其中1#豎井中心里程為DK20+000，位于東莞市光明二路旁菜地里；原1#豎井井口尺寸為26.9 m×9.2 m，井深19.5 m，現(xiàn)場地面高程為12.05～15.86 m。2#豎井中心里程為DK20+423.1，井口尺寸為10.8 m×7.8 m，井深28.14 m，豎井圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用Φ1.2m@1.35 m的鉆孔灌注樁，樁間采用Φ0.6 m旋噴止水樁，豎井內(nèi)支撐采用鋼筋混凝土支撐梁結(jié)構(gòu)。省部合作前，1#豎井已按原線路及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)施工完成了部分段落礦山法隧道的初期支護(hù)及GDK20+420施工橫通道的施工，但未施工正洞防水層及二次襯砌；省部合作后由于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)整，礦山法隧道斷面加大、左線線位往右側(cè)偏移0.94 m、右線線位往右側(cè)偏移4.20 m、隧道已施工段落內(nèi)左右線線路縱斷標(biāo)高整體上抬1.339 m，需對(duì)已施工段區(qū)間隧道初期支護(hù)及施工橫通道進(jìn)行擴(kuò)挖改造。論文詳細(xì)介紹了1#豎井改造擴(kuò)建施工技術(shù)，知道了工程的施工，取得了良好的效果。

1 1#豎井及其施工洞段工程地質(zhì)概況

1.1 工程地質(zhì)條件

1#豎井區(qū)間隧道改造工程位于東莞市東城南區(qū)光明二路東北側(cè)莞惠城際東城南～寮步區(qū)間GZH-4標(biāo)內(nèi)。屬剝蝕丘陵及丘間谷地，地勢略有起伏，地面標(biāo)高在12.50～23.00 m之間。附近多為空地和道路，道路附件有管線通過，改造段地表為菜地、魚塘和荔枝林。隧道拱頂覆土主要有素填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、砂層、粉質(zhì)黏土、全風(fēng)化混合片麻巖層，洞身主要位于全風(fēng)化混合片麻巖層。該場地上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml）、沖積層（Q4al）、殘積層（Qel），下伏基巖為震旦系（Pz1）混合片麻巖。

本改造工程所在場地地質(zhì)構(gòu)造簡單，主要表現(xiàn)為上覆為第四系沉積層，其下為混合片麻巖，混合片麻巖在風(fēng)化作用下形成殘積層。本次該場地勘察未發(fā)現(xiàn)有影響該構(gòu)筑物的斷裂跡象，強(qiáng)風(fēng)化混合片麻巖和弱風(fēng)化混合片麻巖中節(jié)理裂隙發(fā)育，巖體較破碎～較完整。

1.2 水文地質(zhì)條件

本區(qū)間存在多處地表水，GDK19+800處有一溝渠由北向南流經(jīng)區(qū)間隧道，溝渠內(nèi)常年有水，水量隨降水量變化。GDK20+420線路左側(cè)有一魚塘，深度0.8～1.5 m。場地內(nèi)地下水水文地質(zhì)條件受當(dāng)?shù)貧夂?、地貌、巖性、地質(zhì)構(gòu)造及人類活動(dòng)等因素的影響，根據(jù)地下水埋藏條件可簡單劃分為孔隙水、基巖裂隙水。根據(jù)勘察鉆孔顯示地下水位埋深0.80～5.0 m，水位變幅4.2 m；地下水位隨季節(jié)變化，變幅0.5～2.0 m。巖石富水性和透水性與節(jié)理裂隙發(fā)育情況關(guān)系密切，節(jié)理裂隙發(fā)育的不均勻性導(dǎo)致其富水性和透水性也不均勻。

1.3 特殊土及不良地質(zhì)

本場地廣泛分布有素填土及雜填土，松散～稍密，屬較不穩(wěn)定土體，易造成隧道及基坑坍塌；局部分布有沖積淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土，具有孔隙比大，壓縮性高，抗剪強(qiáng)度低等特點(diǎn)，具觸變性、流變性，屬不穩(wěn)定土體；本場地存在沖積的飽和砂層，其富水性大，結(jié)構(gòu)松散～中密，屬較不穩(wěn)定土體，透水性中等～強(qiáng)。施工中易發(fā)生坍塌、涌水、涌砂等現(xiàn)象；飽和狀態(tài)下混合片麻巖殘積土及全風(fēng)化混合片麻巖，土質(zhì)不均，屬較不穩(wěn)定土體，受施工擾動(dòng)，強(qiáng)度驟降，極易造成隧道坍塌、側(cè)壁失穩(wěn)。

2 1#豎井及其施工洞段施工技術(shù)

2.1 改造施工整體思路

本次改造工程隧道周圍土體已被擾動(dòng)，自穩(wěn)情況差，開挖前施工降水井并利用已施工的降水井對(duì)周邊土體進(jìn)行降水，然后洞內(nèi)對(duì)已完隧道拱部上方以及邊墻土體做徑向注漿加固處理；改造施工對(duì)土體的開挖及格柵鋼架的拆換，均按每一榀一循環(huán)（0.5 m）進(jìn)行，施工完一循環(huán)的初支后方能進(jìn)行下一循環(huán)土體的開挖和格柵的拆換。擴(kuò)挖均采用人工開挖，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺。

2.2 隧道徑向注漿

根據(jù)本標(biāo)段GZH-4標(biāo)區(qū)間礦山法隧道正洞改造段，采用在已開挖的既有隧道空間內(nèi)對(duì)新隧道在開挖前進(jìn)行徑向注漿的加固，注漿參數(shù)由注漿試驗(yàn)孔確定，注漿范圍為新隧道開挖輪廓線至開挖輪廓線外3 m，注漿管材料為Φ42，t=3.25 m小導(dǎo)管。注漿孔按漿液擴(kuò)散半徑1.5 m，孔底間距約2.0 m布設(shè)，縱向間距2.25 m，注漿孔按梅花形布置，注漿孔垂直于洞壁打入。左線拱部孔口環(huán)向間距約0.79 m，邊墻孔口間距約1.28 m；右線拱部孔口環(huán)向間距約0.64 m，邊墻孔口間距約1.0 m（注漿孔孔口環(huán)向布置可參見設(shè)計(jì)圖角度間距）（如圖1）。

橫通道改造徑向注漿范圍為改造開挖輪廓線以外3 m。注漿孔按漿液擴(kuò)散半徑1.5 m，孔底間距約2.0 m布設(shè)，縱向間距1.5 m，注漿孔按梅花形布置，注漿孔垂直于洞壁打入。拱頂鉆孔開孔環(huán)向間距0.6 m，拱腰間距1.0 m。

注漿施工工藝如下：（1）注漿管的制作，按設(shè)計(jì)制作長1.4～8.0 m不等的注漿管，對(duì)于長度大于6 m的注漿管可采用分節(jié)焊接在一起，以滿足施工空間受限的要求。注漿管前端3 m采用電鉆鉆10 mm眼孔，眼孔間距為15 cm，沿管長方向呈梅花型布置。（2）測孔定位，左線拱部孔口環(huán)向間距約0.79 m，邊墻孔口間距約1.28 m；右線拱部 孔口環(huán)向間距約0.64 m，邊墻孔口間距約1.0 m注漿孔縱向間距170 cm，環(huán)間注漿孔呈梅花形布置。（3）按設(shè)計(jì)位置、孔徑、孔深鉆孔，并鉆完全部注漿孔后，進(jìn)行清孔。用風(fēng)槍把管打入孔內(nèi)，孔口用水泥砂漿封堵，并安裝好止?jié){塞。（4）注漿，注漿前進(jìn)行現(xiàn)場注漿試驗(yàn)，并得出試驗(yàn)結(jié)果：1#井左右線徑向注漿加固部位主要在粉質(zhì)粘土層，現(xiàn)場選取3個(gè)代表性注漿孔，漿液采用水泥單漿液，水灰比為1∶1，注漿初始?jí)毫υ?.5～1.0 MPa，穩(wěn)壓在1.3～1.5 MPa，并穩(wěn)壓15 min，測得平均單孔實(shí)際注漿量為1.58 m3，單線隧道每延米注漿量約13.1 m3，略大于設(shè)計(jì)注漿量。2#井右線及橫通道徑向注漿加固部位主要在全風(fēng)化混合片麻巖，測得平均單孔實(shí)際注漿量為1.26 m3，單線隧道每延米注漿量約11.0 m3，與設(shè)計(jì)注漿量大致相同，現(xiàn)場施工時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果調(diào)整注漿參數(shù)，注漿完后，用M5水泥砂漿填塞，注漿順序先隧道兩邊后中間，隔孔交替注漿。（5）當(dāng)注漿達(dá)到終壓并穩(wěn)壓10 min，進(jìn)漿速度為開始進(jìn)漿速度的1/4且注漿量不小于設(shè)計(jì)注漿量的80%時(shí)，可確定該注漿孔達(dá)到結(jié)束的條件，結(jié)束后利用止?jié){閥或木塞將注漿孔口堵塞，以保持孔內(nèi)壓力，直至漿液完全凝固。

2.3 隧道回填砼施工

回填砼采用C20素砼，回填范圍為原隧道初支內(nèi)輪廓線面積減去與新斷面初支外輪廓線所相交的面積，回填前清理隧道底部雜物，拆除原初支臨時(shí)支撐。回填順序?yàn)橄然靥钏淼赖撞亢筮厜?，采用地泵輸送砼方式分層分段依次回填，沿隧道方向?0 m一段。左線隧道中心線向右偏移0.94 m，回填范圍較小，回填砼先對(duì)隧道底作封底處理，后利用新安裝的左側(cè)邊墻鋼架、臨時(shí)仰拱作為回填邊墻砼的支撐，安裝模板，模噴新隧道初支砼（砼強(qiáng)度等級(jí)等同于隧道初支砼等級(jí)），每噴一層砼垂直高度不宜大于1 m，待強(qiáng)度達(dá)到要求后，分層澆筑回填砼，每層砼澆筑厚度不大于1 m，當(dāng)回填砼水平寬度≤0.5 m時(shí)，回填砼與隧道初支砼一同采用噴射砼一次完成。右線向右偏移4.2 m，回填范圍較大，回填可采用相同于左線回填的方法，每層砼澆筑厚度不大于1 m。這種施工方法對(duì)新隧道鋼架的穩(wěn)定性要求高。為解決這種不穩(wěn)定因素，采用先回填砼后安裝新隧道鋼架的方法，分層澆筑時(shí)，可在已回填部分預(yù)埋鋼筋作為下一層回填時(shí)模板安裝的螺桿。其隧道改造右線回填示意圖如圖2所示。

2.4 超前支護(hù)及施工開挖

2.4.1 超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)

超前小導(dǎo)管注漿加固地層技術(shù)，是通過沿隧道開挖輪廓線外縱向向前傾斜鉆孔安設(shè)注漿管，并注入漿液，達(dá)到超前加固圍巖和止水的目的，同時(shí)小導(dǎo)管還可起到超前管棚預(yù)支護(hù)作用。擴(kuò)挖段正洞隧道采用超前注漿小導(dǎo)管，小導(dǎo)管采用外徑φ42 mm、壁厚3.25 mm熱軋無縫鋼管，長度為3.0 m，小導(dǎo)管環(huán)向間距0.33 m，縱向間距1.0 m，注漿管一端做成尖形，另一端焊上φ6加勁箍。在距離加勁箍1.0 m處開始鉆孔，鉆孔沿管壁間隔150 mm，呈梅花型布設(shè)，孔位互成90°，孔徑10 mm，小導(dǎo)管沿拱、墻擴(kuò)挖范圍布置，外插角18°，左線改造段超前小導(dǎo)管布置。橫通道改造段超前小導(dǎo)管拱部范圍內(nèi)雙排設(shè)置，環(huán)向間距0.3 m，縱向間距1.0 m，外插角18°，小導(dǎo)管采用外徑φ42 mm、壁厚3.25 mm熱軋無縫鋼管，長度為3.0 m。

2.4.2 開挖步序

擴(kuò)挖段均采用人工開挖，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺。改造施工對(duì)土體的開挖及格柵鋼架的拆換，均按每一榀一循環(huán)（0.5 m）進(jìn)行，施工完一循環(huán)的初支且臨時(shí)支撐砼達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方能進(jìn)行下一循環(huán)土體的開挖和格柵的拆換。以左線開挖施工步序?yàn)槔?，其開挖步序如下。

（1）開挖①部土體，拆除開挖范圍內(nèi)既有隧道初支，人工拆除新隧道鋼架節(jié)點(diǎn)過渡單元B、C，安裝新隧道左側(cè)拱部鋼架及中隔壁接長鋼架，掛網(wǎng)噴射混凝土施作新隧道左側(cè)拱部初期支護(hù)及中隔壁。施作新隧道②部開挖范圍內(nèi)周邊超前小導(dǎo)管。

（2）施作新隧道②部開挖范圍內(nèi)周邊超前小導(dǎo)管。開挖②部土體，拆除開挖范圍內(nèi)既有隧道拱部右側(cè)初支，人工拆除新隧道臨時(shí)橫撐鋼架節(jié)點(diǎn)過渡單元D，安裝新隧道拱部右側(cè)鋼架及臨時(shí)橫撐接長鋼架，并設(shè)置鎖腳錨桿。鉆孔設(shè)置系統(tǒng)錨桿后，掛網(wǎng)噴射混凝土施作新隧道右側(cè)拱部初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)。

（3）開挖③部土體，并拆除③部開挖周邊既有隧道初期支護(hù)，拆除新隧道初支鋼架節(jié)點(diǎn)過渡單元A，安裝新隧道右下部鋼架，掛網(wǎng)噴射混凝土施作新隧道右側(cè)邊墻期支護(hù)及剩余仰拱初支護(hù)，使隧道初支護(hù)封閉成環(huán)。

2.4.3 橫通道改造開挖施工步序

（1）施作改造橫通道拱部超前小導(dǎo)管，擴(kuò)挖原橫通道拱頂部分土體，鑿除原橫通道施工的超前小導(dǎo)管及長管棚，破除原橫通道拱部加強(qiáng)環(huán)及初支格柵鋼架A、B單元，安裝改造橫通道格柵鋼架O、P、Q單元，施工改造后橫通道拱部初期支護(hù)噴混。

（2）接長拱部加強(qiáng)環(huán)鋼筋，施工改造后橫通道拱部加強(qiáng)環(huán)如圖3所示。

2.4.4 擴(kuò)挖隧道初支施工

首先進(jìn)行鋼架制作，格柵鋼架在加工廠集中加工，程序化施工。施做時(shí)，測量人員根據(jù)鋼格柵設(shè)計(jì)圖和操作工人的要求在鋼平臺(tái)上放樣，畫出1∶1的鋼格柵大樣圖，包括各連接點(diǎn)的法線方向。

為保證鋼架置于穩(wěn)固的地基上，施工中在鋼架基腳部位預(yù)留出0.15～0.20 m原地基，架立鋼架時(shí)挖槽就位，并在鋼架基腳處設(shè)槽鋼以增加基底承載力。鋼架按設(shè)計(jì)位置安設(shè)，在安設(shè)過程中鋼架和初噴層之間有較大間隙時(shí)設(shè)墊塊，鋼架與圍巖（或墊塊）接觸間距不大于50 mm。為增強(qiáng)鋼架的穩(wěn)定性將鋼架與鎖腳錨管焊接在一起。

初支混凝土采用濕噴工法施工。噴射混凝土配合比，通過室內(nèi)試驗(yàn)和現(xiàn)場試驗(yàn)選定，并符合施工圖紙要求，在保證噴層性能指標(biāo)的前提下，盡量減少水泥和水的用量。速凝劑的摻量通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定，噴射混凝土的初凝和終凝時(shí)間，滿足施工圖紙和現(xiàn)場噴射工藝的要求，噴射混凝土的強(qiáng)度符合施工圖紙要求，配合比試驗(yàn)成果報(bào)送監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。噴射混凝土供料單在實(shí)際使用噴射混凝土前12 h前報(bào)送監(jiān)理工程師。噴射混凝土施工前56天，為每種擬用的外加劑至少作三次試塊試驗(yàn)板，試驗(yàn)板測定的噴射混凝土工藝質(zhì)量和抗壓強(qiáng)度達(dá)到要求后，才能進(jìn)行噴射混凝土施工。

莞惠城際GZH-4標(biāo)改造擴(kuò)建工程Ⅵ級(jí)圍巖采用臺(tái)階法開挖，拱頂部采用人工手持風(fēng)動(dòng)鑿巖機(jī)，出碴采用裝載機(jī)配合農(nóng)用自卸車運(yùn)輸。

2.4.5 擴(kuò)挖隧道施工洞內(nèi)運(yùn)輸

本隧道斷面為圓弧狀，隧道出渣應(yīng)鋪設(shè)簡易路面，隧道初支后需在仰拱回填65 cm厚磚渣或碎石土以保證車輛平穩(wěn)行駛，回填時(shí)用挖掘機(jī)整平壓實(shí)。區(qū)間隧道內(nèi)土方采用小型農(nóng)用自卸汽車運(yùn)輸，車載量約為3.3 m3碴土，剛好為提升料斗滿裝是的容積。運(yùn)送至豎井井底時(shí)，車頭轉(zhuǎn)向另外一隧道洞口，然后倒車至料斗坑卸土。

2.5 隧道防排水

隧道防水的主要方法采用徑向注漿、超前小導(dǎo)管注漿、砼結(jié)構(gòu)自防水；排水的主要方法采用臨時(shí)排水溝，因?yàn)樨Q井小里程隧道為上坡，故水可通過小溝自地流出。豎井大里程隧道為下坡，隨隧道開挖進(jìn)尺每隔30 m設(shè)置一集水坑，用水泵接水管排至豎井集水坑內(nèi)。水管沿隧道初支砼墻壁設(shè)置。

2.6 監(jiān)控量測

本改造隧道采用信息化設(shè)計(jì)和施工，施工中應(yīng)重視和加強(qiáng)監(jiān)控量測工作，把監(jiān)控量測工作貫穿于施工過程的始終，并應(yīng)及時(shí)反饋信息指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工，暗挖隧道按噴錨構(gòu)筑法設(shè)計(jì)和施工，現(xiàn)場監(jiān)控量測是此工法的重要組成部分?，F(xiàn)場監(jiān)控量測必作項(xiàng)目有洞內(nèi)外觀察及地質(zhì)描述、拱頂下沉量測、水平凈空收斂量測、地表下沉量測和淺埋段地面建筑沉降及傾斜量測。其它項(xiàng)目可根據(jù)施工時(shí)的具體情況選作。施工中，圍巖及支護(hù)的穩(wěn)定性應(yīng)根據(jù)開挖工作面的狀態(tài)、凈空水平收斂值及拱頂下沉量的大小和速率綜合判斷，并及時(shí)反饋于設(shè)計(jì)和施工中，根據(jù)水平相對(duì)凈空變化值進(jìn)行判斷時(shí)，應(yīng)符合《鐵路隧道噴錨構(gòu)筑技術(shù)規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。

3 結(jié)論

我集團(tuán)公司承建的在建莞惠城際GZH-4標(biāo)起訖里程為DK19+780～DK25+080，正線全長5.300 km，設(shè)計(jì)時(shí)速為200 km/h，隧道采用暗挖法施工。由于線路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的提高，1#豎井按原線路及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)施工完成部分段落，GDK20+420施工橫通道等需要進(jìn)行改擴(kuò)建施工，原完成開挖的隧道斷面需要加大、左線線位往右側(cè)偏移0.94 m、右線線位往右側(cè)偏移4.20 m、隧道已施工段落內(nèi)左右線線路縱斷標(biāo)高整體上抬1.339 m。論文在詳細(xì)介紹了1#豎井及其施工洞段工程地質(zhì)條件、水文地質(zhì)條件基礎(chǔ)上，提出了因該工程隧道施工需要穿越?jīng)_積的飽和砂層，施工中易發(fā)生坍塌、涌水、涌砂等現(xiàn)象；同時(shí)，隧道穿越的主要地層混合片麻巖殘積土及全風(fēng)化混合片麻巖，土質(zhì)不均，屬較不穩(wěn)定土體，受施工擾動(dòng)，強(qiáng)度驟降，極易造成隧道坍塌、側(cè)壁失穩(wěn)。為之，確定了在工程改擴(kuò)建施工前利用已施工的降水井對(duì)周邊土體進(jìn)行降水，然后洞內(nèi)對(duì)已完隧道拱部上方以及邊墻土體做徑向注漿加固處理；改造施工對(duì)土體的開挖及格柵鋼架的拆換，均按每一榀一循環(huán)（0.5 m）進(jìn)行，施工完一循環(huán)的初支后方能進(jìn)行下一循環(huán)土體的開挖和格柵的拆換。擴(kuò)挖均采用人工開挖，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺總體施工思路。按以上確定的整體施工思路，進(jìn)行了隧道的改擴(kuò)建工程，取得了成功。該工程的成功為今后同類工程的施工提供了新思路，新方法。

參考文獻(xiàn)

[1]呂勤，張頂立，黃俊.城市地鐵暗挖施工地層變形機(jī)理及控制實(shí)踐[J].中國安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2003，13（7）：：29-34.

[2]鄭懷洲.北京地鐵東四站地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析[J].鐵路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2006（4）：60-62.

[3]楊海芹，李俊才，陳志寧，等.淺埋暗挖隧道施工中縱向地表下沉的規(guī)律[J].南京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2008，30（3）：56-60.