飽和軟黃土淺埋大坡度暗挖施工工法研究

王正偉

中鐵四局集團(tuán)有限公司第七工程分公司

飽和軟黃土淺埋大坡度暗挖施工工法研究

王正偉

中鐵四局集團(tuán)有限公司第七工程分公司

隨著國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的迅速發(fā)展，我國的許多大城市在修建地鐵中有成功超前淺埋下穿既有市政構(gòu)筑物的工程實(shí)例，但像西安地鐵隧道在濕陷性黃土地層環(huán)境下的淺埋、大坡度的施工還無類似施工技術(shù)可工參考。本文對(duì)傳統(tǒng)的開挖方法進(jìn)行的深入的研究與探索，經(jīng)過試驗(yàn)及總結(jié)，初步形成了飽和軟黃土淺埋大坡度暗挖CRD六部法施工工法，有效地控制了變形，安全地下穿既有構(gòu)筑物，該施工技術(shù)可為類似工程施工提供參考。

軟弱地層；淺埋暗挖；工法研究

1 工程概述

西安地鐵3號(hào)線咸寧路車站1、2號(hào)出入口過街暗挖通道所處地層主要為濕陷性黃土層，1、2號(hào)出入口敞口段基坑長度47.48米，過街通道及橋下暗挖段長度54.75米。出入口敞口段明挖下坡，暗挖通道呈現(xiàn)近30度的爬坡才能與車站主體相連，覆土厚度2.6米～17.7米。通道下穿咸寧路橋及市政管道，施工期間需保證行車正常通行。由此，如何保證暗挖通道安全快速開挖支護(hù)完成，且沉降控制得當(dāng)，對(duì)咸寧路橋、市政管線不造成過大影響是關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)。

出入口過街通道斷面示意圖

2 工程重難點(diǎn)分析

⑴ 該段為黃土地質(zhì)，綜合圍巖等級(jí)為Ⅵ級(jí)，采用礦山法開挖，難免會(huì)對(duì)上部結(jié)構(gòu)及地面行人產(chǎn)生影響。

⑵ 地質(zhì)較復(fù)雜，地下水位相對(duì)較高、通道開挖、降水引起地表不均勻沉降超標(biāo)、管線滲漏、沿線建構(gòu)筑物保護(hù)難度大；

⑶ 暗挖通道需要通過30度坡率的爬升段才能與車站主體相連，最淺段覆土僅2.6米，如何在保證路面行車的情況下，安全開挖是一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)，必須確保安全。

⑷ 隧道緊臨市政DN2200污水管及DN1200排水管，最小距離1.7米，傳統(tǒng)的開挖方法難以確保管線的沉降控制在安全范圍內(nèi)。

3 施工工法實(shí)驗(yàn)分析

根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范、設(shè)計(jì)圖紙中并結(jié)合相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位的要求，地表沉降需控制11mm以內(nèi)，城市立交橋橋墩差異沉降值控制在5mm以內(nèi)。但通常情況下施工過程中的地表沉降的控制值是30mm。結(jié)合該地區(qū)地鐵的施工類似工程的施工經(jīng)驗(yàn)，并根據(jù)隧道設(shè)計(jì)的跨度、凈空、埋深等條件，筆者提出了CRD四部法與CRD六部法兩種可能滿足要求的方法進(jìn)行試驗(yàn)。

⑴ CRD四部法施工分析

以本項(xiàng)目延興門站-咸寧路站區(qū)間隧道在埋深約17米時(shí)采用CRD四部法施工的監(jiān)測(cè)結(jié)果為例。采用ANSYS建立模型，劃分網(wǎng)格后導(dǎo)入FLAC，周圍土體采用FLAC命令流建立模型方式進(jìn)行試驗(yàn)。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，地鐵隧道采用CRD四部工法施工完成后引起的地層豎向位移云圖沿兩隧道的對(duì)稱中心線基本對(duì)稱分布。地表最大沉降值發(fā)生在兩隧道洞室的頂部，最大沉降量為20.2mm。隧道左線拱頂最大沉降為41.5mm，右線拱頂最大沉降為38.6mm。該工法不能滿足沉降控制的要求，該方法不可行。

⑵ CRD六部法施工分析

CRD六部法施工試驗(yàn)在1號(hào)出入口進(jìn)行。通過一周時(shí)間對(duì)地表沉降、拱頂沉降、橋墩差異沉降，CRD六部法施工工法對(duì)地層沉降影響最小，地表沉降控制在11mm以內(nèi)，橋墩差異沉降控制在5mm以內(nèi)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均滿足控制要求。

⑶ 對(duì)比結(jié)論

六部法施工時(shí)，有效減少了開挖斷面，通過分割出的六個(gè)小掌子面，并分段開挖的方式，有效控制沉降；通過分階段降水的方式，有效控制了水對(duì)黃土隧道的影響，并利用分階段的方式，又有效控制了地層沉降。

施工中通過旋噴加固地層的方式，對(duì)超淺埋段的提前預(yù)加固，既能確保隧道開挖過程中安全，且能對(duì)隧道二襯施工前的拆除初支支撐的安全有所保障。

4 施工工法應(yīng)用

通過多種開挖方法的試驗(yàn)，最終選擇了CRD六部法施工工藝。其特點(diǎn)是在既能保證隧道斷面需求，隧道自身安全，并對(duì)地表沉降控制、既有構(gòu)筑物沉降控制滿足要求。

⑴ 施工步驟

CRD六部法施工工藝為：左側(cè)導(dǎo)上半部開挖支護(hù)→右側(cè)上半部開挖及支護(hù)→左側(cè)下半部開挖及支護(hù)→右側(cè)下半部開挖及支護(hù)→仰拱施工→二襯施工。

各部之間的單循環(huán)進(jìn)尺控制在0.5米左右，開挖步距控制在3-5米左右，待1、2、3、4部完成后再行開挖5、6部。1、3部臺(tái)階采用預(yù)留核心土人工開挖。

⑵ 淺埋段進(jìn)洞措施

施工前先進(jìn)行施工降水作業(yè)，并對(duì)淺埋隧道四周土體進(jìn)行旋噴加固，減少開挖作業(yè)對(duì)圍巖的擾動(dòng)。暗挖通道采用從車站內(nèi)破除圍護(hù)結(jié)構(gòu)，在車站圍護(hù)樁范圍布設(shè)2榀鋼架，超前支護(hù)采用雙排直徑42注漿小導(dǎo)管，鋼架及雙層超前注漿小導(dǎo)管需與圍護(hù)樁鋼筋進(jìn)行有效聯(lián)結(jié)。掘進(jìn)按照CRD六部法進(jìn)行作業(yè)。

5 施工效果

西安地鐵三號(hào)線咸寧路站1、2號(hào)出入口過街通道暗挖施工采用CRD六部法工法，并在本工程中綜合運(yùn)用控制沉降技術(shù)，采用降水、旋噴加固、雙排超前注漿小導(dǎo)管等措施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)飽和軟黃土地質(zhì)下大坡度超淺埋暗挖隧道的開挖，最大限度的確保市政設(shè)施的安全。施工監(jiān)測(cè)結(jié)果如下：

⑴ 拱頂下沉：隧道拱頂下沉監(jiān)測(cè)斷面共有5個(gè)斷面，15個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，累計(jì)沉降最大值為：10.7mm，小于控制值11mm；

⑵ 水平收斂：水平收斂共有監(jiān)測(cè)斷面5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，累計(jì)變化最大值為：12.31mm，小于控制值14mm；

⑶ 構(gòu)筑物沉降監(jiān)測(cè)：構(gòu)筑物監(jiān)測(cè)共有8處，8個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，橋墩差異沉降最大值4.5mm；

⑷ 監(jiān)測(cè)管線2條，合計(jì)沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)10個(gè)，累計(jì)變化最大值9.92mm，小于控制值15mm，且經(jīng)巡查管線無異常。

6 總結(jié)

⑶ 掘進(jìn)支護(hù)參數(shù)

拱部180度雙排φ42小導(dǎo)管，環(huán)向間距0.3米，縱向間距0.5米，長度1.5米； 格柵鋼架間距0.5米，6榀連排，每榀鋼架采用8根φ42鎖腳錨管加強(qiáng)，有效控制格柵鋼架的下沉。

開挖設(shè)臨時(shí)混凝土橫撐、中壁臨時(shí)支護(hù)，厚度26cm；鋼筋網(wǎng)采用150×150mmΦ8鋼筋網(wǎng)，初期支護(hù)采用C25噴射早強(qiáng)砼厚度35cm。

本工程中，在通常開挖工法難以滿足沉降控制的情況下，選擇CRD六部法施工方法，并結(jié)合降水控制、沉降輔助控制措施，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和相關(guān)測(cè)算，該方法達(dá)到了預(yù)期的效果，最大限度地保障了安全、成本和進(jìn)度比較合理的平衡，經(jīng)使用，順利完成了咸寧路站1、2號(hào)出入口超淺埋大坡度暗挖施工。在西安地鐵3號(hào)線施工中，通過采用科學(xué)合理的施工方法，積極探索、大膽嘗試采用新工藝新材料，精心施工，嚴(yán)格控制了既有結(jié)構(gòu)的沉降和變形，成功地完成了咸寧路站1、2號(hào)出入口超淺埋大坡度暗挖施工，為今后類似工程提供借鑒。

[1]魏新江,魏綱,丁智.城市隧道工程施工技術(shù)[M],化學(xué)工業(yè)出版社,2011.

[2]趙勇.黃土隧道工程[M]，中國鐵道出版社,2011.

[3]孔恒,城市地下工程鄰近施工關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用[M],人民交通出版社,2013.