復雜地段暗挖隧道的關(guān)鍵施工技術(shù)

深圳市鵬城建筑集團有限公司 深圳 518040

1 工程概況

深圳前海合作區(qū)高壓線下地通道暗挖隧道段，起于電纜終點端（位于荔林公園內(nèi)），下穿南山黨校、蛇口公園、月亮灣大道、平南鐵路至前海合作區(qū)。

本段隧道分明挖段和暗挖段2部分，暗挖段長度730.75 m，主體結(jié)構(gòu)為馬蹄形雙倉暗挖隧道結(jié)構(gòu)及鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)風井，隧道埋深4～12.5 m，結(jié)構(gòu)底埋深7～16 m。其中AK0+690～AK0+750段須下穿月亮灣大道，AK0+750～AK0+771段須下穿平南鐵路，此2段為工程難點。

2段沿線場地分布的地層為：AK0+690～AK0+750段隧道穿過第四系殘積層，該段地層為砂質(zhì)粉質(zhì)黏土，呈褐紅、褐黃色，由中粗粒花崗巖風化殘積而成，礦物成份除石英外已全部風化成土，為可塑-軟塑狀態(tài)。覆蓋層為人工填石，填石層厚3～4.5 m；AK0+750～AK0+771段隧道圍巖為多種巖層，主要為殘積土、淤泥、砂層、黏土，隧道位于地下水位以下，隧道上部填石及砂層為富水層，地下水豐富。

隧道凈空設計為馬蹄形，凈空寬3.8 m，高3.323 m，中間設置厚0.2 m隔墻。開挖面寬度5.1 m（管棚室6.3 m），高4.623 m；初期襯砌厚度250 mm，二次襯砌厚度400 mm。

隧道采用復合式襯砌，按新奧法原理設計，初期襯砌以大管棚或超前小導管、鋼格柵拱架、錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴混凝土共同組成聯(lián)合支護系統(tǒng)，二次襯砌為鋼筋混凝土。

本隧道共設計3座通風井，其中1#風井采用放坡開挖的方式施工，開挖深度7 m。隧道施工時可設置坡道作為運輸車道。2#、3#通風井為豎井結(jié)構(gòu)形式，隧道施工時可作為施工豎井。

2 施工難點

1）AK0+750～AK0+771段隧道下穿平南鐵路，隧道貫穿面由第四系殘積層進入黏土層，其上層為淤泥層和人工填石層，洞頂覆蓋層厚約10.2 m，地面動載較大。本段的難點為：掘進開挖時，必須保證平南鐵路的安全和正常運營，精確控制圍巖變形。

2）AK0+690～AK0+750段隧道下穿月亮灣大道，開挖斷面圍巖亦為第四系殘積層，該段地面為月亮灣大道，車流密集，多為重型貨車，地面動載較大。本段施工難點為：隧道埋深淺，為保護既有道路及各管線正常使用，對沉降變形控制要求很高。本地段圍巖狀況較差，隧道開挖與支護難度大，須嚴格控制超挖及施工誤差，控制爆破，減小對圍巖的擾動。

3）隧道之上有地下高壓燃氣管線及污水管線跨越，管線保護難度大。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 測量放線

開工前，首先復測設計中線，對進出口高程進行聯(lián)測閉合，采用統(tǒng)一高程。

洞外采用導線控制測量，洞口設置3個平面控制點，將控制點設在能相互通視、穩(wěn)固不動、便于引測、且能與開挖后的洞口通視之處。

洞口布設2個高精度水準點，2個水準點的高差，以安置一次水準儀即可聯(lián)測為宜。

3.2 超前小導管

超前支護采用φ42 mm超前小導管，將長2.5 m的鋼管用頂進鉆機打進土體，鋼管前端做成尖形，鋼管上鉆注漿孔，孔徑10 mm，孔間距20 cm，尾部留置60 cm不鉆孔作上漿段，孔口沿開挖輪廓拱頂180°范圍內(nèi)布置分為2排，外插角為10～15°角，縱向間距100 cm，且縱向相鄰2排超前小導管水平搭接長度不小于1.0 m。

超前小導管埋設完畢后進行壓力注漿，將水泥砂漿（水泥砂漿水灰比＝0.5∶1～1∶1，注漿壓力為0.5～1.0 MPa。）根據(jù)實際地質(zhì)情況作調(diào)整，但在特殊情況下也不能少于0.2 MPa，應同時滿足周圍吸漿量，注漿完畢2 h以后等水泥漿凝固后形成較穩(wěn)定的加固圈，才可進行隧洞開挖。

3.3 大管棚施作

大管棚采用壁厚6 mm、φ108 mm鋼管，拱部180°范圍設置，環(huán)向間距0.3 m；大管棚與超前小導管間隔排列。大管棚鋼管每節(jié)4～6 m，以絲扣連接而成，并保證每一截面內(nèi)接頭數(shù)量不超過50%[1]。

大管棚采用引孔頂入法施工，由于地質(zhì)狀況復雜，有可能遇到砂卵石、孤石、人工填土等不易成孔的地層，故采用跟管鉆進工藝，即將套管及鉆桿同時鉆進，成孔后取出內(nèi)鉆桿，頂進管棚，拔出外套管。管棚室施工時，在長管棚設計位置安放至少3榀用工字鋼組拼的管棚導向拱架，導向拱架內(nèi)設置孔口管作為長管棚導向管，在鉆機作業(yè)過程中必須保證導向架不變形、不移位。

管棚注漿：注漿前向開挖工作面、拱圈及孔口管周圍巖面噴射厚10 cm混凝土，以防止鋼管注漿時巖面縫隙跑漿。

3.4 隧道開挖及初期支護

隧洞開挖與支護遵循的原則是管超前、短進尺、強支護、勤量測、多循環(huán)的施工原則。由于隧道覆蓋層穩(wěn)定性較差，埋深淺，所以采用超短臺階法開挖，先開挖拱頂范圍，每次循環(huán)進尺0.5～1 m，開挖后立即噴一層C25素混凝土，厚3～5 cm，拱頂打超前小導管并注漿，圍巖穩(wěn)定后開挖下部土體，架立鋼拱架（間距0.5 m一榀）焊接φ22 mm縱向連接鋼筋，掛鋼筋網(wǎng)片，再噴厚15 cm混凝土。為防止下半斷面鋼拱架下沉，架立鋼拱架時，一要預留下沉量5～8 cm，二要在格柵拱架拱腳處每側(cè)打3根鎖腳錨桿（φ25 mm）。下部開挖結(jié)束后及時進行支護，盡早成環(huán)，并隨時進行觀察、測量，發(fā)現(xiàn)異常立即進行抑拱封閉。

在開挖中主要采用人工風鎬配合機械開挖，以盡可能減少超挖及減輕對圍巖的擾動和破壞。

洞身開挖采用分斷面開挖法施工。采用超短臺階法開挖，上臺階超前2～3 m，以使斷面盡早閉合；保持合理開挖循環(huán)進尺和圓順的開挖輪廓線，減少對周圍土體結(jié)構(gòu)的擾動，避免應力集中。

上部弧形斷面開挖后立即施做初期支護，初期支護中注意鎖腳錨桿的施工，不得遺漏，以防出現(xiàn)掉拱現(xiàn)象。緊跟開挖工作面及時作施工支護，必要時先護頂后開挖，或采取其他輔助施工措施穩(wěn)定開挖工作面，以控制圍巖的變形，保證施工安全。

下半斷面的開挖應在上半斷面的施工支護基本穩(wěn)定后進行，并認真加固拱腳支護，使上部施工支護與圍巖形成完整的體系。下半斷面土方中部周邊部分仍采用人工風鎬配合機械開挖，以減少對周邊的擾動，并嚴格控制開挖邊線，嚴禁超挖欠挖。下部開挖完成后及時進行支護，盡早成環(huán)[2]，如圖1所示。

圖1 隧道縱、橫斷面示意

3.5 中空錨桿施工

錨桿的鉆孔根據(jù)圍巖狀況和設計要求，布置孔眼。錨桿按梅花形布置，環(huán)向間距1.0 m×0.5 m，布設時盡量垂直巖面。錨桿材質(zhì)、數(shù)量、長度及間距應根據(jù)不同圍巖分別施作，且符合設計要求。注漿時選用P.O 42.5水泥；砂子用粒徑不大于3 mm的中粗砂，用前應過篩；水泥砂漿配合比一般控制水灰比＝0.5∶1～1∶1，注漿壓力為0.5～1.0 MPa。速凝劑摻量占水泥質(zhì)量的3%左右，一般要求初凝不大于5 min。在錨桿注漿前用高壓風將孔清理干凈，然后進行注漿。注漿時，以水引路，將砂漿充滿注漿器和管路，并用高壓風將水泥砂漿由導管壓入鉆孔中。

錨桿施工控制措施：鉆孔深度嚴格控制，采用頂進鉆機打入，孔徑50 mm，保證錨桿外露100 mm以便安設墊板，采用高壓風清孔，然后注漿。

3.6 鋼拱架施工

鋼拱架施工主要由鋼拱架加工、鋼拱架架設、鋼拱架噴混凝土等工序組成。鋼拱架加工質(zhì)量的好壞直接影響到結(jié)構(gòu)的安全和穩(wěn)定，要把好各道加工工序的質(zhì)量關(guān)。架設時，要及時檢查榀與榀之間的間距及每榀鋼拱架與隧道中線的垂直情況，要符合施工規(guī)范和設計要求。按間距50 cm設置一榀鋼拱架，鋼拱架要連接牢固，并與環(huán)向錨桿加以連接。每榀鋼拱架架設完后，要進行質(zhì)量評定，評定合格后方能進行噴射混凝土作業(yè)。

3.7 噴射混凝土施工

噴射混凝土按先拱部再邊墻部，分塊由上向下進行。噴射混凝土采用干噴工藝，以保證噴射混凝土的質(zhì)量。降低噴射混凝土回彈措施：由熟練噴射手施作，噴前清理巖面粉塵雜物，初噴厚度3～5 cm，噴射距離0.6～1.20 m，噴嘴應垂直受噴面，從而消除水平分力。根據(jù)經(jīng)驗，初噴按試驗室配合比，以增大混凝土與巖面的黏結(jié)力，達到降低回彈的目的。選用的水泥應該是保水性能好、早期強度發(fā)展快、收縮較小的品種；中砂或粗中砂，含水率控制在5%～7%；石子級配為5～20 mm；速凝劑摻量為2%～4%。當施工溫度低于5 ℃時切勿施工，或另根據(jù)試驗室配合比并采取相應技術(shù)措施后再進行施工。

3.8 仰拱施工

仰拱采用分段整體澆筑，為解決仰拱施工與掘進出渣之間相互干擾的矛盾，本工程采用移動式棧橋進行施工。仰拱施工緊跟隧底下部開挖面進行，待噴錨支護全斷面施作完成后，澆筑仰拱混凝土。仰拱混凝土采用簡易拱架，浮放模板澆筑；填充在仰拱混凝土終凝后開始施工，仰拱一次澆筑長度為4 m（圖2）。

圖2 仰拱移動棧橋施工示意

3.9 防水施工

為了保證襯砌混凝土不滲不漏，達到防水標準，以混凝土自防水為主，附加防水層為輔，關(guān)鍵是處理好施工縫、變形縫等接縫的防水，施工縫采用止水鋼板做法。

在二次襯砌與初期支護之間鋪設PVC防水板及土工布，防水層鋪設位置超前二次襯砌18～24 m；二次襯砌混凝土采用C30（抗?jié)BS8）的防水混凝土，以提高襯砌結(jié)構(gòu)的自防水能力和結(jié)構(gòu)的耐久性；二次襯砌施工縫設橡膠止水帶，變形縫、沉降縫設橡膠止水帶+填塞瀝青麻絮，如圖3所示。

圖3 無釘孔法鋪設防水板施工示意

3.10 二襯混凝土施工

二次襯砌為C35抗?jié)B混凝土（抗?jié)B等級P8）。二次襯砌按先墻后拱法施工程序分次澆筑。二次襯砌采用襯砌臺車配合混凝土輸送泵完成，每個工作面配備1臺9 m襯砌臺車，混凝土攪拌站集中供應，混凝土輸送車運入洞內(nèi)，利用混凝土輸送泵，通過導管壓入已定位模板臺車內(nèi)。因隧道設計斷面較小，施工工期又非常緊張，按合同工期要求，隧道開挖、初期襯砌、二次模筑混凝土襯砌必須進行流水作業(yè)才能按期完成。若采用全自動液壓臺車二襯施工，掌子面開挖作業(yè)只能停止，因此采用了型鋼拱架支撐模板的簡易臺車來施工二次襯砌混凝土[3]。

二次襯砌模筑混凝土施工流程為：

鋪設防水層等防水設施→測量放線→鋼筋綁扎→預埋件埋設→接地鋼筋網(wǎng)焊接→隱蔽檢查→定型鋼模模板安裝→立端?！鷿仓炷痢撃！B(yǎng)護

3.11 初期支護背后及二襯襯背注漿

在隧道初期支護及二襯完后，并待混凝土的強度達到70%以上時進行襯背注漿?；靥罟酀{采用填壓式灌漿法。斷面襯砌前預埋有注漿管，注漿位置沿隧道方向每2 m一檔，于拱部設置2根注漿管。注漿分兩序進行，兩序間隔時間不得少于72 h，注漿的漿液濃度和壓力，由小到大逐漸增加到設計值。注漿結(jié)束標準：在規(guī)定壓力下（0.3～0.4 MPa）灌漿孔停止吸漿，并繼續(xù)灌筑5 min方可結(jié)束。

3.12 超前帷幕注漿

1）漿液的選擇：根據(jù)設計圖紙采用水泥砂漿（水泥砂漿水灰比＝0.5∶1～1∶1，注漿壓力為0.5～1.0 MPa）。為縮短固結(jié)時間，采用水泥加水玻璃雙液注漿，并按5%的比例摻加生石膏粉。

2）注漿技術(shù)要求：注漿范圍為隧道長度20 m、隧道拱墻開挖輪廓線外3 m。注漿順序由上到下、由外到內(nèi)。

3）注漿檢查：單根小導管的固結(jié)直徑不小于400 mm；當采用雙液電動注漿機壓注時，壓力宜為0.5～1.0 MPa，當注漿壓力達到2～2.5 MPa不少于20 min，可結(jié)束注漿。將管口封堵，防止?jié){液倒流。

4 復雜地段特殊施工措施

4.1 下穿月亮灣大道段施工

AK0+690～AK0+750段下穿月亮灣大道，開挖面拱頂覆蓋層厚12.1 m。

掘進本段時采取的主要措施措施[4]：

1）在隧道施工影響范圍內(nèi)的道路和管道區(qū)段做好防護措施，并按規(guī)定設置施工警示牌、限速牌和紅色標志燈，提醒司機減速行駛。

2）為防止道路沉降，確保掌子面穩(wěn)定，對該段采用洞內(nèi)拱部注漿加固。注漿加固范圍為隧道拱部開挖輪廓線外2 m，每個注漿循環(huán)長≤20 m，開挖長度18 m，預留2 m作為下個循環(huán)止?jié){墻。注漿結(jié)束后，單孔涌水量小于0.2 L/（min·m），開挖后容許滲水量應小于2.5 L/（min·m），注漿厚度不應小于2 m。當注漿完畢未達到設計要求的，應進行補注漿。

3）嚴格控制噴射混凝土的襯砌質(zhì)量，并盡早施作二襯，待混凝土強度達到一定值后，再對二襯背后進行壓漿，控制隧道圍巖變形。

4）在隧道下穿月亮灣大道段，加強對隧道拱頂、周邊收斂、地表沉降及爆破振動速度的監(jiān)測，建立警示、警戒和報警系統(tǒng)，提前準備各種可能的施工預案，確保道路路基穩(wěn)定和行車安全。

4.2 下穿平南鐵路保護措施

本隧道AK0+750～AK0+771段下穿平南鐵路，開挖面拱頂覆蓋層厚10.2 m。為了保證平南鐵路的安全，在施工圖對平南鐵路的保護設計了專項措施，在施工圖設計的基礎上進行了專項設計，主要采取以下保護措施[5]：

1）采用φ108 mm×6 mm大管棚進行超前支護，大管棚在拱部180°范圍設置，環(huán)向間距0.3 m。鋼管規(guī)格：熱軋無縫鋼管φ108 mm，壁厚6 mm，節(jié)長3～6 m。鋼花管注漿孔φ16 mm，縱向間距190 mm，徑向三排呈梅花形布置；注漿擴散半徑不小于0.5 m，采用分段注漿，水泥漿水灰比1∶1，初始注漿壓力0.5～1.0 MPa，終止注漿壓力2.0 MPa。

2）在AK0+751～AK0+771段進行全斷面超前帷幕注漿，采用水泥-水玻璃雙液注漿，注漿范圍為隧道長度20 m、隧道拱墻開挖輪廓線外3 m。注漿順序由上到下、由外到內(nèi)。注漿質(zhì)量檢查方法：設置3個注漿檢查孔，注漿結(jié)束后，單孔涌水量小于0.2 L/（min·m）；開挖后容許涌水量小于2.5 L/（min·m）。

3）對地面鐵路軌道進行托軌加固，采用45b#工字鋼作為縱梁，35b#工字鋼做橫梁?？v梁跨度18 m，設4個枕木垛作托梁支點。

4）加強施工觀測，除進行常規(guī)的監(jiān)控測量外，對隧道下穿平南鐵路地段增設測點進行地面沉降和位移觀測、洞內(nèi)拱頂沉降及周邊收斂觀測。

4.3 管線保護措施

本工程地下管線密集，如有下沉易引起管線破壞，該地段主要管線有φ2600 mm污水管（管底距開挖拱頂6.5 m），φ800 mm燃氣管（在φ1800 mm頂管內(nèi)穿φ800 mm燃氣管，管底距開挖拱頂2.3 m），以及給水管、雨水管等管線，為此，在施工前采用地質(zhì)雷達對施工范圍內(nèi)異常區(qū)進行普查。

然后，根據(jù)鋼拱部預支護車站導洞覆土5.1 m，土層自上而下依次為路面結(jié)構(gòu)層、雜填土、素填土、黏土、含圓礫黏土；土層穩(wěn)定性差，暗挖時無法形成坍落拱，因而較易發(fā)生坍塌。

為此，在工作坑內(nèi)施作暗挖進洞超前小導管。這樣在其他條件相同的情況下，超前預支護能及時承擔上覆土荷載，增大圍巖強度，強化松弛帶已形成的拱結(jié)構(gòu)，形成拱形薄殼層，從而減少地表下沉?？傊靶Ч芷鹱钄喑两底饔?，減少差異沉降和強化土層參數(shù)，起到增大地層自穩(wěn)能力的作用。

5 結(jié)語

本工程暗挖段周邊情況復雜、地質(zhì)條件差，為此，通過提前預案，對復雜地段提出針對性的解決措施，并實施必要的監(jiān)控，把數(shù)據(jù)經(jīng)整理分析得到信息及時反饋到設計和施工中，為參數(shù)調(diào)整提供依據(jù)，達到了安全、經(jīng)濟、快速施工的目的[6]。