濕陷性黃土地區(qū)城市大斷面淺埋暗挖隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工技術(shù)

沈安樂

(中鐵二十局集團 第五工程有限公司，陜西 西安 710032)

1 工程概況

西安市地鐵三號線一期工程TJSG-14 標辛家廟—廣泰門站區(qū)間暗挖段，右線起訖里程為:YDK36 +566．0025 ～YDK36 +633．771，全長67．768 5 m。位于廣安路與廣運潭大道十字路口西側(cè)的廣安路下方。該段車流量較大，交通較繁忙，人流量一般。西端與盾構(gòu)區(qū)間相接，東端接明挖法車站。斷面開挖尺寸(寬×高)為9．45 m×9．8 m、12．6 m×10．2 m、13．9 m×11．0 m 三個突變斷面。隧道采用馬蹄形斷面，復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu);隧道埋深7．2 ～8．65 m，屬淺埋暗挖隧道。區(qū)間隧道采用礦山法施工，A-A(寬9．45 m ×高9．8 m)斷面采用CRD 法開挖，B-B(寬12．6 m×高10．2 m)和C-C(寬13．9 m×高11．0 m)兩個斷面采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖。暗挖隧道平面圖見圖1。

圖1 暗挖隧道平面

1．1 工程地質(zhì)情況

根據(jù)工程地質(zhì)測繪調(diào)查及鉆探揭露，本施工場地地貌單元屬浐河三級階地，地層自上而下依次由第四系全新統(tǒng)人工填土，沖積砂類土、碎石類土，中更新統(tǒng)沖積粉質(zhì)黏土、砂類土及碎石類土等地層構(gòu)成。暗挖隧道穿越地層主要是新黃土、古土壤及老黃土。隧道上方地面下0．8 ～4．5 m 有人工填土，上部為雜填土，下部為素填土。新黃土具濕陷性，古土壤局部具濕陷性，濕陷性土層在場地內(nèi)連續(xù)分布。

1．2 水文地質(zhì)情況

場地地下水埋深介于17．90 ～18．0 m，地下水高程介于386．28 ～386．33 m 以下，屬潛水類型?？辈炱陂g為近高水位期，據(jù)西安市多年水位觀測資料，擬建場地低水位期為7 ～9 月，高水位期為12 月至翌年3 月，水位年變幅2 m 左右。

地下水補給主要有大氣降水、浐河河水補給及局部水管滲漏等。地下水流向總體上從南東流向北西。潛水排泄方式主要為逕流排泄、人工開采、潛水越流排泄及蒸發(fā)消耗等。

1．3 周邊環(huán)境

暗挖隧道主要位于廣安路大道綠化帶和車行道下方，附近有大型物流公司，道路兩邊有重大型車輛通過，交通繁忙，車體重大，車速較快，隧道受到的沖擊力較大。

2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工方法

該隧道A-A(寬9．45 m×高9．8 m)斷面采用CRD 法開挖，B-B(寬12．6 m ×高10．2 m)和C-C(寬13．9 m×高11．0 m)兩個大斷面采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖，主要介紹雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖施工技術(shù)。

2．1 總體施工原則及施工步驟

(1)總體施工原則［1］。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖采取“管超前，嚴注漿，短開挖，強支護，快封閉，勤量測”的基本工藝，施工組織計劃和施工工序必須嚴格遵守“先排管，后注漿，注漿一段，支護一段，封閉一段”的原則進行。另外，上部黃土層具有濕陷性，濕陷性黃土連續(xù)分部，施工中應(yīng)嚴格控制地下水、地表滲水及施工中所產(chǎn)生的水對地層造成濕陷。

(2)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工步驟。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工步驟見圖2。步序1:拱頂注漿加固，開挖洞室1，施做初期支護、邊墻砂漿錨桿、鎖腳錨管及中隔壁、中隔板;步序2:開挖洞室2，施做初期支護、邊墻砂漿錨桿、鎖腳錨管及中隔壁;步序3:拱頂小導(dǎo)管注漿，開挖洞室3，施做初期支護、邊墻砂漿錨桿、鎖腳錨管及中隔壁;步序4:開挖洞室4，施做初期支護;步序5:切除底部與初襯中隔壁與底部初襯連接，施工部分下部防水及二襯，將左邊中隔壁的格柵焊接在左側(cè)二襯中預(yù)埋的鋼板上;步序6:切除底部與初襯中隔壁與底部初襯連接，施工下部防水及二襯，保留格柵在二襯處鋼筋，澆注二襯混凝土，中隔壁支撐受力轉(zhuǎn)至二襯結(jié)構(gòu)上;步序7:拆除兩側(cè)中隔板，施做兩側(cè)邊墻;步序8:拆除中隔壁，施做拱頂二襯。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法縱向開挖應(yīng)前后錯開一定距離，具體要求為:同側(cè)洞室1、2 上下錯開≤5 m，左右相鄰洞室間前后錯開6 ～8 m，洞室開挖采用上下臺階法開挖，臺階長度3 ～4 m。

2．2 施工方法

2．2．1 施工準備和部署

(1)降水，做好降水設(shè)計和降水施工，同時做好洞外排水系統(tǒng)，準備足夠的抽水設(shè)備。

(2)準備好初期支護材料，提前加工格柵和鋼拱架;

(3)準備充足的進洞材料:超前管棚材料和超前導(dǎo)管材料，并施做超前管棚和超前導(dǎo)管并注漿，為進洞做好準備;

(4)按設(shè)計要求設(shè)置監(jiān)控量測點，測量初始值;

(5)準備充足的應(yīng)急搶險物資，并派專人管理。

2．2．2 測量放樣

(1)中線控制測量。中線控制測量是施工中的重點，為保證測設(shè)精度，在主體預(yù)留孔洞底板施工前通過地面控制網(wǎng)用全站儀準確測定隧道中點并測設(shè)護樁;進入水平隧道施工前，用全站儀將車站主體結(jié)構(gòu)底板上中點轉(zhuǎn)入明暗接口處，再用全站儀測定隧道測量基線，設(shè)置測量控制點，將測量導(dǎo)線引入暗挖段內(nèi)。在進入隧道施工時，用全站儀將明暗接口處控制點引入暗挖段內(nèi)，布設(shè)測量導(dǎo)線網(wǎng)，對洞內(nèi)原導(dǎo)線進行復(fù)核校正，保證精度。

(2)高程控制測量。高程控制點通過設(shè)在明暗挖交接口處的地面高程控制點采用高精度水準儀配合鋼尺將高程引入隧道。同時在隧道施工時，多次將高程由地面引至隧道進行復(fù)核，保證高程精確。

圖2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工步驟

(3)橫斷面測量。為確保斷面準確，有效控制超欠挖，施工中采用全站儀進行斷面測量，并及時將測量結(jié)果反饋到施工中，以便及時、準確地指導(dǎo)施工，將隧道的超欠挖控制在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。

2．2．3 超前支護［2］

隧道支護結(jié)構(gòu)為Φ159 超前管棚及Φ42 小導(dǎo)管超前注漿加固，開挖后架設(shè)格柵鋼架，鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，最后噴射混凝土支護。超前管棚及小導(dǎo)管應(yīng)在土方開挖前施作。

(1)超前大管棚。大管棚從東向西打設(shè)，采用Φ159 熱軋無縫鋼管(壁厚5 mm)，間距400 mm，共37(41)根，頂部150°范圍內(nèi)布置，傾角斜向上1°。采用MG150 鉆機鉆孔施工。按設(shè)計測設(shè)大管棚位置，并用紅油漆標識，然后采用腳手架搭設(shè)作業(yè)臺架，以方便布置鉆孔作業(yè)。將鉆機準確對位后，安裝鉆頭、鉆桿及Φ159 鋼管，以鋼管作為套管，跟進鉆進，隨著鉆頭向前鉆進，不斷跟進鋼管，直至成孔，退出鉆頭、鉆桿，完成管棚施工。為增加大管棚剛度，在大管棚施工完成后注M30 水泥砂漿。注漿參數(shù)在注漿施工前根據(jù)試驗確定，然后進行現(xiàn)場試注漿，根據(jù)試注漿效果調(diào)整注漿參數(shù)直至達到良好的注漿效果。大管棚鉆進過程中，應(yīng)采用水平測斜儀經(jīng)常測鉆桿偏斜度，發(fā)現(xiàn)偏斜值超出設(shè)計要求時(管棚末端施工誤差控制在上下、左右3 cm 范圍內(nèi))，應(yīng)及時糾偏。超前大管棚施工工藝流程見圖3。

(2)超前小導(dǎo)管。超前小導(dǎo)管采用Φ42 熱軋無縫鋼管，長L =3 m，t =3．5 mm，縱向間距1 500 mm，傾角5° ～10°，環(huán)向間距300(400)mm。在隧道拱部插打Φ42 超前小導(dǎo)管，管前端制成尖頭，尾端設(shè)加強箍，管身布設(shè)泄?jié){孔，小導(dǎo)管現(xiàn)場加工。小導(dǎo)管布置完成后，對小導(dǎo)管注水泥-水玻璃雙液漿，加固、夾持土體，封堵孔隙止水。注漿管采用鉆機鉆孔插打或鉆機頂入兩種方式;土層較硬時采用鉆機鉆孔插管，松軟時鉆機頂入。注漿由兩側(cè)對稱向中間進行，自下而上逐孔注漿，如有竄漿或跑漿時，間隔注漿，最后全部完成注漿。注漿工藝見圖4。

采用鉆孔打入法施工方法:風(fēng)鉆鉆孔，成孔后進行檢查和清除巖屑，人工用錘擊或鉆機將小導(dǎo)管頂入孔內(nèi)。導(dǎo)管尾部外露足夠長度，并與鋼拱架焊接在一起，小導(dǎo)管施工搭接長度應(yīng)符合設(shè)計并不小于1．0 m。小導(dǎo)管安設(shè)后，用塑膠泥封堵孔。

圖3 超前大管棚施工工藝流程圖

圖4 導(dǎo)管注漿施工工藝流程圖

2．2．4 土方開挖及運土

在暗挖隧道施工前，首先施工車站主體結(jié)構(gòu)，待主體結(jié)構(gòu)西端第一段封頂后，依托第一段盾構(gòu)預(yù)留孔洞進行暗挖隧道上斷面施工，待上斷面開挖支護5 m 后，繼續(xù)開挖下部土方，進行暗挖隧道下斷面施工。隧道導(dǎo)洞開挖采用臺階法施工，為便于各臺階平行作業(yè)，上下臺階長度為3 ～5 m，開挖均采用人工、G10A型風(fēng)鎬開挖，上臺階開挖土用人工翻至下臺階;下臺階人工挖土直接裝土到小斗車或小型農(nóng)用車，人工開挖修整邊墻，棄土由小型挖掘機挖裝。小型農(nóng)用車由洞內(nèi)運輸?shù)蕉纯?，通過吊車集中吊裝到地面，集中清運。

當?shù)貙虞^差時，開挖后，掌子面應(yīng)立即噴射5 cm 厚C25 混凝土封閉，以保證土體穩(wěn)定，必要時應(yīng)掛網(wǎng)噴砼，并加大厚度。

每一步開挖后應(yīng)立即噴射50 mm 厚混凝土，掛網(wǎng)、架立格柵鋼架、打錨桿。格柵鋼架與噴射層間隙應(yīng)鍥緊，架立格柵鋼架后，立即續(xù)噴砼至設(shè)計厚度。格柵鋼架(格柵)腳不能有虛渣，必要時應(yīng)設(shè)置砼墊塊。應(yīng)采用人工開挖及修邊，嚴禁欠挖。下斷面開挖時應(yīng)保護好上斷面拱腳。隧道開挖，每循環(huán)開挖進尺以0．5 ～0．75 m 為宜，開挖后應(yīng)及時進行施工支護。

2．2．5 初期支護

暗挖隧道采用錨、網(wǎng)、噴支護及拱墻格柵鋼架并輔以拱部超前錨桿預(yù)支護;格柵鋼架、鋼筋網(wǎng)提前分節(jié)分片加工，由主體預(yù)留孔洞運往支護工作面拼裝安設(shè)。噴射混凝土采用料現(xiàn)場拌制，并運至工作面施工。

格柵鋼架加工及安裝。格格柵鋼架在地面加工，通過主體第一段盾構(gòu)孔吊裝到隧道洞口，人工配合機械安裝到位。格柵鋼架加工地面應(yīng)平整，防止加工后鋼架翹曲，每環(huán)鋼架根據(jù)施工要求分為若干小段，采用焊接在鋼架上的節(jié)點板和螺栓連接。

每循環(huán)開挖0．5 ～0．75 m，應(yīng)及時架設(shè)格柵格柵鋼架。格柵格柵鋼架采用冷彎焊接、分段加工。運至工作面拼接，格柵格柵鋼架間采用鋼板螺栓聯(lián)接。在開挖完成后，先噴射混凝土5 ～10 cm 支護，然后按0．5 m 間距設(shè)置格柵鋼架。格柵鋼架間采用連接鋼筋連接。根據(jù)開挖方法和步驟分部分片安裝，為了使左右側(cè)支護上部拱架便于與下部連接，安裝拱部格柵鋼架時在拱腳處墊上墊板和砂墊層并用鎖腳錨管鎖固。安裝好的拱架用縱向連接筋連成一體，按設(shè)計施作注漿錨管，將錨桿的尾部焊于拱架上。

為增強格柵鋼架的整體穩(wěn)定性，將格柵鋼架與錨桿焊接在一起，格柵鋼架間設(shè)置縱向連接鋼筋，并按環(huán)向間距不大于1．2 m 設(shè)置;為使格柵鋼架準確定位，格柵鋼架架設(shè)前均需設(shè)置環(huán)向定位系筋，系筋一端與格柵鋼架連接，另一端錨入圍巖0．5 m 以上，當格柵鋼架架設(shè)處有錨桿時用錨桿定位格柵鋼架的下端，設(shè)在穩(wěn)固的地層上，拱腳開挖高度低于上部開挖底線15 ～20 cm，下墊墊塊，可覆蓋少量砂子保護連接板，便于和下部拱架連接;安裝好的拱架在拱腳處打好鎖腳錨管，每側(cè)拱腳至少2 根，縮腳錨管注水泥砂漿。

每循環(huán)開挖后應(yīng)及時掛鋼筋網(wǎng)片、噴射混凝土，封閉成環(huán)后應(yīng)及時進行初支背后注漿。

2．2．6 結(jié)構(gòu)防水

結(jié)構(gòu)物的防水原則是“以砼結(jié)構(gòu)自防水為主，多道設(shè)防，因地制宜，綜合治理”。暗挖二襯結(jié)構(gòu)采用抗?jié)B混凝土，采用外包全封閉防水形式。暗挖主體由環(huán)向施工縫、縱向施工縫及變形縫共同形成防水分區(qū)體系。

2．2．7 二次襯砌施工

暗挖隧道初支完成一段距離后，根據(jù)監(jiān)控量測情況，及時綁扎結(jié)構(gòu)鋼筋，進行結(jié)構(gòu)二襯施工。暗挖隧道二襯模板支撐體系采用小塊定型鋼模板組合拼裝、I20a 工字鋼拱架和滿堂腳手架支撐施工荷載，確保模板及支撐體系的剛度和穩(wěn)定性。

工字鋼架采用彎管機彎曲，切割后焊接成型，鋼架連接采用節(jié)點板及螺栓連接，節(jié)點位置根據(jù)二襯分步施工長度確定，節(jié)點板應(yīng)斜向焊接，便于工字鋼鋼架安裝和拆除。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道砼襯砌總體采用先仰拱、后邊墻再拱頂?shù)氖┕し椒ǎr砌完成后，及時在在襯砌背后回填注漿。

2．3 施工注意事項

(1)擬建場地黃土層具有濕陷性，且在隧道上部連續(xù)分部，處理不好會造成塌陷，嚴重影響隧道施工安全，如果場地水位高，施工前應(yīng)設(shè)計降水方案，做好降水工作，保證隧道開挖時處于無水環(huán)境;施工中應(yīng)嚴防地表水滲入地下，造成黃土層濕陷;隧道開挖前的超前支護施工，注漿時應(yīng)根據(jù)場地地質(zhì)情況設(shè)計合理的配合比，控制注漿壓力和注漿量，防止?jié){液中的大量水造成黃土濕陷;做好洞頂、洞門及洞口的防排水系統(tǒng)工程。

(2)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法隧道開挖工序復(fù)雜，根據(jù)開挖方法，每榀鋼格柵由許多短節(jié)拼裝而成，在開挖過程中，鋼格柵為分區(qū)安裝，短節(jié)格柵在安裝時極易造成安裝誤差和錯位，安裝時應(yīng)嚴格控制每節(jié)格柵的安裝精度，才能保證成環(huán)后的隧道線性。

(3)隧道開挖時，同側(cè)①、②號導(dǎo)洞前后應(yīng)錯開3 ～5 m，左上①號導(dǎo)洞和右上①號導(dǎo)洞應(yīng)前后錯開6 ～8 m，開挖較慢的②號導(dǎo)洞與③號導(dǎo)洞前后應(yīng)錯開6 ～8 m，③、④號導(dǎo)洞前后應(yīng)錯開3 ～5 m，以保證隧道穩(wěn)定。

(4)初期支護封閉成環(huán)后，應(yīng)及時進行初支背后注漿，本工程注漿管采用Φ32 注漿錨管，每環(huán)3 ～5根，縱向間距3 m，菱形布置，長度0．5 m，壁厚3．5 mm，注漿錨管施工方法:初期支護施工時在拱頂預(yù)埋注漿管，待初期支護閉合成一對長度后，即對初支背后壓注水泥漿，注漿壓力控制在0．4 ～0．6 MPa。

3 結(jié)論

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的施工技術(shù)很好的解決了軟弱圍巖中修建大斷面隧道的難題，適用于地層差、斷面大的隧道修建。但是該法工藝復(fù)雜，很容易由于測量誤差而引起鋼架連接困難，從而加大了沉降，施工中應(yīng)嚴格控制每道施工工序，容不得絲毫馬虎。受中隔壁以及橫撐拆除的影響，施作二次襯砌相當困難，如果分部施作，支撐體系施工難度大，不能保證混凝土及防水層的質(zhì)量;如果全斷面施作，在拆除中隔壁以及橫撐時，安全隱患很大。建議設(shè)計時應(yīng)充分考慮這些因素，對初期支護進行加強。同時濕陷性黃土地區(qū)施工中，應(yīng)十分注意地下水、地表滲水及初期支護施工時產(chǎn)生的水對地層的影響，在做好降水、地表排水的同時，應(yīng)根據(jù)地層情況科學(xué)設(shè)計注漿配合比及注漿量，保證支護強度的同時，減少對地層的擾動，防止黃土濕陷。

［1］王夢?。袊淼兰暗叵鹿こ绦藿夹g(shù)［M］．北京:人民交通出版社，2010．

［2］鐵道部經(jīng)濟規(guī)劃研究院．TZ 204—2008 鐵路隧道工程施工技術(shù)指南［S］．北京:中國鐵道出版社，2008．