雜填土區(qū)淺埋偏壓隧道進(jìn)洞施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施

易雄川

（重慶建工市政交通工程有限責(zé)任公司，重慶400061）

雜填土區(qū)淺埋偏壓隧道進(jìn)洞施工技術(shù)及質(zhì)量控制措施

易雄川

（重慶建工市政交通工程有限責(zé)任公司，重慶400061）

目前城市地鐵隧道暗挖施工一般利用施工通道斜井進(jìn)入正線，作為隧道正線開挖及材料運(yùn)輸通道。能夠選擇好合理的施工通道線路，對后期施工影響巨大。由于在城市核心區(qū)域修建施工通道，場地多受限制，有時(shí)需在地質(zhì)條件不利的情況下完成施工通道掛口進(jìn)洞。重慶地鐵環(huán)線涂山車站施工通道洞口位于淺埋偏壓雜填土地段，在此條件下施工難度極大，特別是安全進(jìn)洞施工。該文以此隧道為案例，對復(fù)雜地質(zhì)情況下的進(jìn)洞施工技術(shù)等進(jìn)行研究，相關(guān)施工技術(shù)及措施直接指導(dǎo)隧道施工。

雜填土；淺埋；偏壓；進(jìn)洞；施工技術(shù)

1　工程概況

1.1設(shè)計(jì)概況

重慶地鐵環(huán)線涂山車站施工通道A型斷面隧道開挖高度8.04m，開挖寬度7.62m，該斷面為隧道進(jìn)洞前30m，下穿雜填土區(qū)域，隧道埋深7.8～15.7m，屬淺埋隧道。洞口設(shè)Φ108超前大管棚，管棚采用直徑108mm，壁厚6mm鋼管，施作長度35m，環(huán)向間距40cm。同時(shí)設(shè)Φ42超前小導(dǎo)管，單根長度4.5m，環(huán)線間距40cm，拱部180°范圍布置，縱向間距3m。I20a型鋼鋼筋支護(hù)，間距0.5m，C25噴射混凝土厚度28cm。

1.2水文地質(zhì)情況描述

該隧道由于地處鬧市區(qū)，人類活動頻繁，場區(qū)經(jīng)平場改造成廠房，在原始地貌上形成0～27.4m的雜填土。填料物質(zhì)松散，其堆填年限5～10年，粒徑大小不均，級配較差，不連續(xù)，且土體內(nèi)存在大塊石架空現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)松散-稍密，土體滲透性系數(shù)較大，暴雨季節(jié)易發(fā)生大量滲水現(xiàn)象。

1.3洞口不利因素分析

洞口未施工前現(xiàn)狀地貌為左側(cè)高、右側(cè)低的土質(zhì)高邊坡土體，邊坡坡度約為45°，坡體處于穩(wěn)定狀態(tài)，如圖1所示。隧道洞口掛洞前先對部分土體進(jìn)行平場，同時(shí)開挖隧道左側(cè)邊坡及洞頂仰坡。洞口段雜填土厚度20～25m，堆填年限較短，自身固結(jié)未完成，隧道需從雜填土層中部完成掛口進(jìn)洞，如圖2所示。

圖1　洞口橫斷面圖

圖2　洞口縱斷面圖

隧道進(jìn)洞后縱向形成左側(cè)土體厚、右側(cè)土體薄的特點(diǎn)，在開挖過程中造成隧道拱部不平衡受力，形成橫向傾角為45°的順層偏壓隧道，輕則可造成隧道拱圈變形，重則隧道失穩(wěn)產(chǎn)生坍塌破壞。

同時(shí)隧道基底位于填土中，易產(chǎn)生不均勻沉降。由于回填土的強(qiáng)透水性，隧道在暴雨季節(jié)施工容易造成拱部填土的垮塌，隧道結(jié)構(gòu)整體沉降，施工難度極大。

2　洞口環(huán)境處理

2.1邊仰坡加固

邊仰坡開挖前做好坡頂硬化，施工坡頂截排水溝，防止地表水滲入土體，增大邊仰坡土體側(cè)壓力，造成邊坡滑塌。截水溝寬20cm、高30cm，采用漿砌片石砌筑，10mm厚防水砂漿抹面，通過單坡排水引出場外。

采取鋼花管注漿對邊仰坡土體進(jìn)行深孔注漿加固，提高邊坡自穩(wěn)能力。鋼花管采用Φ42壁厚3.5mm、長度7m、間距1.5× 1.5m梅花型布置。邊仰坡分臺階開挖，單次開挖高度不超過2m。開挖完成后及時(shí)對土體進(jìn)行注漿加固，采用M30水泥漿進(jìn)行注漿。然后掛網(wǎng)噴射混凝土，封閉坡面，噴射混凝土采用C25厚度15cm，噴混施工前注意預(yù)留泄水管，采取堵、排結(jié)合方式確保邊坡土體安全。

2.2樁板式擋墻加固

由于受地理?xiàng)l件限制，按設(shè)計(jì)標(biāo)高平場后，明槽段左右兩側(cè)將形成0～12m填土邊坡。原狀巖土界面埋深較深，無外傾臨空面，邊坡整體穩(wěn)定。但由于素填土均勻性差、自穩(wěn)能力差，在明槽開挖時(shí)會形成外傾臨空面，邊坡易發(fā)生內(nèi)部垮塌。

利用樁板擋墻對明槽兩側(cè)邊坡土體進(jìn)行加固，確保了左側(cè)高邊坡坡腳穩(wěn)定，為下一步明槽開挖創(chuàng)造有利條件。同時(shí)樁板擋墻冠梁與洞口管棚套拱一并澆筑形成整體，鋼拱架用鎖腳錨桿與樁基連成一體，可確保洞口穩(wěn)定。

2.3減小洞頂偏壓處理措施

由于洞頂仰坡為工廠圍墻，隧道仰坡右側(cè)不具備削坡卸載條件。采用反壓回填技術(shù)措施，回填高度至坡線中部，以達(dá)到增加右側(cè)土體厚度和平衡隧道左右兩側(cè)土壓力的目的。如圖3。

圖3　反壓回填示意圖

2.4大管棚超前支護(hù)加固

根據(jù)洞口地質(zhì)情況，采用大管棚及小導(dǎo)管注漿加固拱頂土體，實(shí)施超前支護(hù)。超前管棚支護(hù)是在隧道開挖前施做超前導(dǎo)管并注漿，后期與型鋼拱架支護(hù)形成牢固的棚狀支護(hù)體系。作為軟弱圍巖淺埋隧道掛口進(jìn)洞的一種安全可靠的技術(shù)，管棚自身有一定的承載力，對防止拱頂下沉效果顯著，確保了隧道洞口段施工安全度，提高了隧道的長期穩(wěn)定性。

2.4.1管棚設(shè)計(jì)參數(shù)

管棚采用外徑Φ108mm、壁厚6mm、單根長度35m的熱軋無縫鋼管，管內(nèi)穿Φ20鋼筋籠提高管棚剛度，灌注M30水泥砂漿進(jìn)行填充。同時(shí)管棚間設(shè)4.5m長Φ42超前注漿小導(dǎo)管進(jìn)一步加固拱頂土體。

2.4.2自進(jìn)式管棚施工工藝

導(dǎo)向管安裝：管棚鉆孔前先完成套拱施工，套拱內(nèi)設(shè)29根Φ152導(dǎo)向管，按照設(shè)計(jì)角度在套拱工字鋼上焊接安裝牢固，然后再澆筑套拱混凝土。

鉆孔：雜填土中施工鉆孔，由于土體松散會產(chǎn)生塌孔現(xiàn)象，成孔比較困難，選擇自進(jìn)式管棚鉆進(jìn)。其特點(diǎn)為第一節(jié)鋼管前端安裝鉆頭，利用管棚鋼管作為鉆桿鉆進(jìn)，自身形成鋼管護(hù)壁，成孔后鉆頭留置在孔內(nèi)。利用明洞段開挖時(shí)預(yù)留的土臺階作為鉆孔平臺，為了使鋼管的仰角與導(dǎo)向管的仰角保持一致，應(yīng)對潛孔鉆前后端通過水準(zhǔn)儀測量調(diào)整前后端的高差，調(diào)整鉆進(jìn)角度后開始鉆孔。開孔時(shí)低速慢進(jìn)，待孔鉆進(jìn)入土層2m后，可均勻加速鉆孔提升至正常壓力。隨著孔深的增大，需要對回轉(zhuǎn)扭矩、沖擊功率及推力進(jìn)行控制和協(xié)調(diào)。

清孔：清孔與鉆孔應(yīng)同步進(jìn)行，采用高壓風(fēng)吹孔，應(yīng)隨鉆隨清，避免鉆渣卡住鉆頭。

鋼管安裝：管棚鋼管應(yīng)分節(jié)安裝，每節(jié)長度3～6m，確保相鄰兩孔鋼管間接頭應(yīng)錯(cuò)開大于1m，同一斷面接頭數(shù)量不超過50%，使用自進(jìn)式管棚專用連接套連接進(jìn)行接長。

鋼筋籠安裝：鋼管安裝完畢后，用高壓風(fēng)吹孔，清除孔里面的殘?jiān)?。然后再分?jié)裝入制作好的鋼筋籠。

封閉：先用麻布條封堵管棚鉆孔空隙，后用環(huán)形楔環(huán)頂緊，最后將楔形環(huán)焊接在管棚底部，安裝注漿孔及排氣孔。

管棚注漿：注漿采用從孔口一次注入，為使管內(nèi)漿液飽滿密實(shí)，注漿時(shí)等排氣孔有濃漿液流出，直至達(dá)到設(shè)計(jì)注漿壓力或設(shè)計(jì)注漿量時(shí)終止注漿，然后閉其閥門，施工前做注漿試驗(yàn)，以確定合理的注漿參數(shù)；注漿壓力宜控制在0.5～2MPa。管棚注漿順序原則上遵循著“先兩側(cè)后中間”的原則。

2.4.3管棚施工質(zhì)量控制措施

為防止相鄰孔位相互影響，鉆進(jìn)過程中應(yīng)采取跳位鉆孔。鉆機(jī)禁止隨意移動，以免鉆孔過程中發(fā)生上下左右擺動，偏移設(shè)計(jì)孔位。

因土體均勻性較差，加上管棚長度較長，管棚法的有效性則差一些，這主要表現(xiàn)在開挖到管棚的另一端時(shí)，常因其頂部荷載較大而下墜，導(dǎo)致下一步施工困難?？上扔眯⌒豌@頭對孔位進(jìn)行預(yù)鉆孔，然后再用自進(jìn)式管棚擴(kuò)孔。

鉆進(jìn)過程中控制好轉(zhuǎn)速及進(jìn)度，每節(jié)鋼管均對鉆孔角度偏差量進(jìn)行復(fù)測，對偏差及時(shí)進(jìn)行修正，發(fā)生異樣而停機(jī)檢查。

管棚鉆進(jìn)施工過程中在拱頂和2個(gè)拱腳預(yù)留取芯孔，由取得的巖芯分析地質(zhì)情況，提供洞內(nèi)開挖超前地質(zhì)預(yù)報(bào)資料，指導(dǎo)洞內(nèi)施工。

圖4　邊仰坡地表沉降監(jiān)測成果

2.5監(jiān)控量測情況

洞口邊仰坡處理過程中在坡頂及坡面上一共布置7個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，通過監(jiān)控量測成果圖4、圖5顯示，邊坡地表沉降單日最大值為0.6mm，累計(jì)沉降量為7.4mm；水平位移單日變化量最大值為0.5mm,累計(jì)位移量為6.1mm。單次變化速率均較小，累計(jì)變化量在規(guī)范和設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，邊坡處于穩(wěn)定狀態(tài)。

圖5　邊仰坡水平位移監(jiān)測成果

3　進(jìn)洞暗挖施工技術(shù)

對于地質(zhì)情況相對較差的軟弱圍巖或回填土隧道一般采用CD、CRD法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、環(huán)形開挖留核心土法進(jìn)行施工，由于該隧道開挖斷面較小，同時(shí)綜合考慮隧道地質(zhì)情況、斷面大小和施工可操作性，選擇環(huán)形開挖預(yù)留核心土法并結(jié)合CRD法臨時(shí)仰拱作為橫向支撐的聯(lián)合施工工藝。采用人工配合小型挖機(jī)開挖，小型裝運(yùn)設(shè)備出渣，結(jié)合多功能作業(yè)臺架立架掛網(wǎng)噴混支護(hù)。初期支護(hù)在監(jiān)控量測基本穩(wěn)定后及時(shí)施工襯砌混凝土。

3.1施工工藝

環(huán)形開挖留核心土法在回填土中施工遵循“管超前、短臺階、多循環(huán)、快封閉、自上而下”的施工原則。此施工方法的特點(diǎn)是上中部開挖支護(hù)成型后施工臨時(shí)橫撐，通過臨時(shí)橫撐提高隧道側(cè)墻穩(wěn)定性，將上中部臺階封閉成環(huán)，控制凈寬收斂。在上部初期支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀態(tài)下再開挖下臺階落底，將隧道底板快速封閉成環(huán)，再拆除臨時(shí)橫撐。此方法能有效地控制填土區(qū)隧道拱部下層，并能有效解決拱墻偏壓問題。同時(shí)掌子面形成核心土保留可提高掌子面縱向土體穩(wěn)定性。施工步驟如圖6。

圖6　環(huán)形開挖預(yù)留核心土法示意圖

第1步：先施工超前支護(hù)注漿加固，然后再開挖拱部弧形導(dǎo)坑，核心土預(yù)留，安裝拱部鋼架掛網(wǎng)噴混支護(hù)。

第2步：開挖右側(cè)中臺階，安裝鋼架，打設(shè)鎖腳鋼花管，施做初期支護(hù)。

第3步：開挖左側(cè)中臺階，安裝鋼架，打設(shè)鎖腳鋼花管，施做初期支護(hù)。

第4步：開挖核心土，施工中臺階臨時(shí)橫撐。

第5步：開挖下臺階及底板，施做初期支護(hù)，施工底板橫撐，鋼架封閉成環(huán)。

第6步：拆除臨時(shí)橫撐，路面混凝土澆筑，二襯施工。

3.2質(zhì)量保證措施

為確保施工安全，每次開挖進(jìn)尺按照0.5m進(jìn)行控制，核心土預(yù)留，開挖后及時(shí)對隧道開挖面進(jìn)行初噴混凝土封閉。

小導(dǎo)管注漿液可選擇水泥、水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿，可提升土體止水效果。對掌子面進(jìn)行淺孔預(yù)注漿，形成止?jié){巖面，以確保掌子面穩(wěn)定。

由于隧道左側(cè)偏壓，因此在開挖左右側(cè)臺階時(shí)，優(yōu)先開挖右側(cè)2部，打設(shè)注漿鎖腳錨管，初期支護(hù)形成后再進(jìn)行左側(cè)3部開挖。

中臺階采用臨時(shí)I16鋼架進(jìn)行臨時(shí)橫撐，抵抗側(cè)向土體壓力，確保上臺階封閉成環(huán)。

隧道底板處于回填土上，存在拱腳不能落在基巖上的問題，因此在底板開挖過程中，可對底板基礎(chǔ)土層部分進(jìn)行片石換填處理，同時(shí)注漿加固。采用C30預(yù)制混凝土塊對鋼架底部進(jìn)行墊實(shí)，以增加鋼架底部與基礎(chǔ)的受力面積，達(dá)到減小沉降的作用。混凝土塊長30cm、寬20cm、厚10cm。

在下臺階開挖完成后增加永久性底板橫撐，保證隧道初期支護(hù)形成整體，待下臺階支護(hù)及橫撐形成后，再拆除上臺階臨時(shí)橫撐。同時(shí)底板路面混凝土及時(shí)跟進(jìn)封閉，待監(jiān)控量測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后及時(shí)施工襯砌，確保洞內(nèi)安全。

3.3監(jiān)控量測情況

暗挖段施工過程中通過監(jiān)控量測成果顯示，洞內(nèi)拱頂下沉單日最大值為0.8mm，累計(jì)沉降量為6.4mm；洞內(nèi)凈空收斂單日變化量最大值為0.5mm,累計(jì)位移量為4.6mm。單次變化速率均較小，累計(jì)變化量在規(guī)范和設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，洞內(nèi)處于穩(wěn)定狀態(tài)。監(jiān)控量測成果如圖7、圖8。

圖7　邊仰坡地表沉降監(jiān)測成果

圖8　邊仰坡水平位移監(jiān)測成果

4　結(jié)束語

涂山車站施工通道進(jìn)洞段在施工過程中，明洞段采用邊仰坡面深孔注漿加固、樁板式擋墻、反壓回填技術(shù)能有效保證明槽邊坡穩(wěn)定。暗挖進(jìn)洞前結(jié)合采用超前大管棚及超前小導(dǎo)管注漿穩(wěn)固土體，能有效防止開挖的圍巖松動，效果比較明顯。暗挖施工過程中綜合環(huán)線開挖預(yù)留核心土法與CRD法各自的優(yōu)點(diǎn)，減小了開挖對圍巖的擾動。經(jīng)過全過程的監(jiān)控量測，實(shí)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定且滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，隧道施工安全順利。

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Tunnel Entrance Construction Technology and Quality Control Measures for Shallow Buried Tunnel under Partial Pressure in Miscellaneous Soil Area

In urban subway tunnel subsurface excavation,construction passage shaft,as the main line excavation and material transport passage in the tunnel,is usually applied to lead to the main line.So the selection of a reasonable construction passage road has great impact on later-stage construction. Establishing construction passage in the core urban area is often limited,and sometimes tunnel entrance construction has to be done under unfavorable geographic conditions.The construction passage entrance of Tushan subway station in Chongqing is located at a shallow buried miscellaneous soil section under partial pressure,attesting the great construction challenge,especially the entrance construction safety.Based on this case,the tunnel entrance construction under complex geographic conditions are studied,with relevant construction technologies and measures for guidance presented.

miscellaneous soil;shallow bury;partial pressure;entrance;construction technology

TU997

A

1671-9107（2015）07-0041-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2015.07.041

2015-05-14

易雄川（1987-），男，重慶人，本科，助理工程師，主要從事市政工程施工技術(shù)管理工作。