暗挖淺覆土大斷面隧道開挖施工工法研究

蘭振忠

摘 要：地下隧道施工過程中，對(duì)于地層的擾動(dòng)，原有土體的狀態(tài)失去平衡、對(duì)隧道的沉降與收斂造成影響。對(duì)區(qū)間隧道在施工中必須以嚴(yán)格控制沉降、防止坍塌為目的。若遇覆土較淺地帶、穩(wěn)定性較差土質(zhì)，開挖極易造成塌方、涌水、地表沉降等情況，造成地面塌陷。施工中確保淺覆土地帶施工的安全穩(wěn)定，核心是拱頂圍巖的固結(jié)控制。為保證隧道施工中的安全穩(wěn)定，通常采用井點(diǎn)降水或洞內(nèi)預(yù)加固堵水等措施為地鐵施工提供良好的條件。長春地鐵1號(hào)線05標(biāo)段，位于長春市交通最繁華地帶，場地條件無法滿足明挖施工，并橫通道下穿主干道人民大街，最淺覆土只有4m，在開挖施工中，拱部處于雜填土及粉質(zhì)黏土底層，土層地質(zhì)較差，對(duì)開挖施工造成一定難度。該工程為暗挖區(qū)間左右雙線隧道，在區(qū)間右線南端設(shè)有235m停車線大斷面，在停車線大斷面施工前，左線臨近準(zhǔn)斷面已開挖形成。采用本工法施工，可防止地表沉降、土體坍塌，確保了施工安全。

關(guān)鍵詞：地表沉降；結(jié)構(gòu)安全；注漿；風(fēng)險(xiǎn)控制

中圖分類號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

1 大斷面開挖施工工藝

大斷面采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施作，分6步開挖支護(hù)并留核心土，上下導(dǎo)洞步距長度3m～5m，兩側(cè)邊導(dǎo)洞步距長度錯(cuò)開10m～15m，邊導(dǎo)洞與中導(dǎo)洞步距長度錯(cuò)開10m～15m。人工短進(jìn)尺開挖，每循環(huán)開挖進(jìn)尺0.5m，自卸三輪車運(yùn)輸，電動(dòng)葫蘆提升至地表渣土場。

2 風(fēng)險(xiǎn)因素

（1）地下管線密集、滲水嚴(yán)重、空洞水囊等不良地質(zhì)多。

（2）地質(zhì)條件差、存在眾多滲水通道、片土、塌方頻繁、地表沉降異常。

（3）左右線間距隧道小、開挖周邊土體擾動(dòng)大。

（4）覆土淺、地表交通頻繁。

3 施工控制措施

3.1 停車線大斷面拱部150°范圍內(nèi)管棚

南繁區(qū)間停車線段隧道覆土薄，拱頂位于②2和②3層，圖紙偏軟，工程地質(zhì)性質(zhì)較差，且現(xiàn)有若干市政管線及不明管溝，為確保后期區(qū)間隧道施工安全，開挖前利用橫通道與管棚室在大斷面拱部搭設(shè)管棚，管棚打設(shè)為拱部150°范圍，環(huán)向間距0.4m，管棚位置為拱部開挖輪廓線外0.2m，打設(shè)角度1°，管棚為無縫鋼管，管徑108mm，t=8mm。 鋼管間距中至中40cm。鋼管軸線與襯砌外緣線夾角為1°。鋼管施工誤差徑向不大于20cm，相鄰鋼管之間環(huán)向不大于10cm。（管棚具體布設(shè)見管棚施工方案）

3.2 停車線段左右線間夾雜土體加固措施

（1）具體加固措施

南湖大路站～繁榮路站區(qū)間右線停車線段斷面類型較多，斷面跨度大，左右線間距小。前期區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)斷面開挖過程中由于場地隨處土層軟弱，雜填土松散且自穩(wěn)性差，同時(shí)存在較多空洞及水囊，土體極易片幫、坍塌和地表異常沉降，地表沉降變形嚴(yán)重超標(biāo)，而右線大斷面區(qū)間自身開挖跨度更大，覆土更淺，周邊土層也可能被臨近前期左線標(biāo)準(zhǔn)礦山法開挖擾動(dòng)，對(duì)現(xiàn)有停車線影響范圍的已施工左線隧道內(nèi)，從左線小斷面區(qū)間對(duì)區(qū)間夾雜土體進(jìn)行加固，其中當(dāng)左右線間距小于或等于5m時(shí)，夾雜土體全部加固；當(dāng)左右線間距大于5m時(shí)，只對(duì)臨近小斷面區(qū)間隧道5m范圍土體進(jìn)行加固。

（2）左右線間土體加固施工工藝

注漿孔由左線靠近右線一側(cè)180°范圍內(nèi)打設(shè)，注漿孔縱向及環(huán)向間距均為750mm，利用左線隧道初支作為止?jié){墻。每環(huán)開始注漿前，由測量班在左線初支導(dǎo)洞側(cè)壁處放孔位點(diǎn)，依據(jù)測量孔位點(diǎn)布設(shè)，開始鉆進(jìn)注漿管孔位。漿液采用單液水泥漿，并可根據(jù)地層條件添加調(diào)節(jié)漿液凝結(jié)時(shí)間和可注性的外加劑，水泥漿液水灰比1︰1，具體配合比可根據(jù)現(xiàn)場先期試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整?？v向及環(huán)向間距均為0.75m。深孔注漿擴(kuò)散半徑R=0.8m。對(duì)深孔注漿壓力為0.4MPa～0.6MPa。注漿后土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于0.5MPa。

3.3 繁榮路站北端管棚室范圍左右線注漿加固措施

繁榮路站北端管棚室范圍（車站北端10m范圍區(qū)間）內(nèi)區(qū)間土體進(jìn)行注漿加固，加固平面范圍及剖面范圍間下圖。在開挖過程中，加固區(qū)由現(xiàn)行施工的小斷面區(qū)間隧道內(nèi)完成。根據(jù)加固土層與既有左線區(qū)間上下掌子面的位置，分別采用在區(qū)間側(cè)墻徑向注漿（普通小導(dǎo)管注漿）或從掌子面斜向注漿（超前深孔注漿）。為防止注漿過程中漿液壓力過大從掌子面溢出，對(duì)已開挖左右線暗挖掌子面進(jìn)行封堵處理，在既有格柵中布置水平型鋼（型鋼采用16a，豎向間距為500mm），堵頭后采用Ф32小導(dǎo)管全斷面注漿，斷面為L=1000@1500×1500梅花形布置，小導(dǎo)管端部要與型鋼或連接筋焊接。型鋼架堵頭鋼架現(xiàn)場焊接完成后，內(nèi)設(shè)鋼筋，外層設(shè)鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)及鋼筋連接好后，及時(shí)噴射C20混凝土封堵（封堵厚度30cm）。

右線停車線段兩個(gè)導(dǎo)洞封閉后，在底板及兩導(dǎo)洞中間土體進(jìn)行注漿加固，加固采用Ф32小導(dǎo)管，L=1000mm，間距1.5m，梅花形布置，導(dǎo)洞孔位由測量班放線確定。漿液采用單液水泥漿，泥漿液水灰比1：1?？v向及環(huán)向間距均為0.75m。深孔注漿擴(kuò)散半徑R=0.8m。對(duì)深孔注漿壓力為0.4MPa～0.6MPa。注漿后土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不低于0.5MPa。

3.4 停車線段軟弱土層加固及下穿管線保護(hù)措施

（1）軟弱土層加固措施

對(duì)于拱頂進(jìn)入到②2土層的停車線斷面，利用拱部管棚的間隙斜向上打設(shè)雙排超前小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固，環(huán)向間距400mm，縱向每榀打設(shè)，其中內(nèi)排30°打設(shè)，L=8m，外排打設(shè)45°，L=6m，環(huán)向加固為拱部150°范圍，加固土體厚度為拱部上方4m土層厚度，漿液類型采用水泥-水玻璃漿液，小導(dǎo)管擴(kuò)散半徑R=0.4m，其余參數(shù)同區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)斷面。對(duì)于②3土層，根據(jù)開挖過程中現(xiàn)場施工情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理。

對(duì)于掌子面范圍的②2土層打設(shè)小導(dǎo)管進(jìn)行水平注漿加固土層，水平注漿范圍依據(jù)地質(zhì)平面圖，②2層分布范圍進(jìn)行注漿，掌子面鉆孔間距0.6m×0.6m，梅花形布置，注漿單個(gè)循環(huán)長度為4m，下個(gè)循環(huán)咬合1m，漿液類型采用水泥-水玻璃雙液漿，小導(dǎo)管擴(kuò)散半徑R=0.4m，其余參數(shù)同區(qū)間標(biāo)準(zhǔn)斷面。

（2）停車線段垂直或斜向下穿市政管線處理措施

在距離管線中心線5m處即通過從拱頂管棚的間隙進(jìn)行斜向深孔注漿對(duì)管線下方土體進(jìn)行加固，環(huán)向加固為拱頂150°范圍，加固土體厚度為拱頂上下各1m范圍內(nèi)土層，超前深孔注漿單個(gè)循環(huán)長度為5m，下一個(gè)循環(huán)咬合1m（若連續(xù)穿越可多個(gè)循環(huán)打設(shè)，若一定區(qū)域內(nèi)只有單根管線，只需一個(gè)循環(huán)即可），漿液類型采用水泥-水玻璃雙液漿，深孔注漿擴(kuò)散半徑為R=0.8m；其他深孔注漿參數(shù)參見附圖2和3；由于區(qū)間拱頂距離管線較近，施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制注漿壓力，避免破壞管線。

3.5 臨近停車線段標(biāo)準(zhǔn)斷面鋼架設(shè)臨時(shí)支撐

在停車線大斷面施工前提前在其影響范圍的標(biāo)準(zhǔn)區(qū)間斷面內(nèi)架設(shè)門字形鋼架臨時(shí)支撐，暫定每隔4榀（即3m）架設(shè)一環(huán)。

臨時(shí)支護(hù)型鋼采用I22a工字鋼，支撐架之間節(jié)點(diǎn)采用鋼板螺栓連接，連接鋼板采用10mm厚鋼板，與既有初支格柵可靠連接，無需設(shè)連接筋、鋼筋網(wǎng)以及噴射混凝土，后期若監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定或需澆筑二襯結(jié)構(gòu)時(shí)即可拆除。型鋼拱架與原有初支導(dǎo)洞格柵連接處，須提前鑿除混凝土，焊接連接鋼板。

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