合肥地鐵2號線潛山路站暗挖隧道施工技術(shù)研究

李 凱 周仕波 黃 彬 楊新安

(1.合肥城市軌道交通有限公司建設(shè)事業(yè)部，安徽合肥 230001; 2.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804)

1 概述

合肥市軌道交通2號線是穿越中心城區(qū)并橫跨合肥東西的骨干線路，引導(dǎo)和促進(jìn)不同城區(qū)間的聯(lián)系和發(fā)展。合肥市軌道交通2號線多處通道采用暗挖法施工，需要根據(jù)合肥的地層特性對合肥地區(qū)暗挖隧道的施工技術(shù)進(jìn)行研究。

合肥地區(qū)淺部黏土層具有一定的膨脹特性［1-6］，由于黏土透水性差等特點(diǎn)，通過普通注漿可能會引起黏土膨脹等問題，在施工中必須采取相應(yīng)措施［7］，膨脹土具有脹縮性、裂隙性等不良工程特性會對施工造成一定影響，需要選取合適的施工工法降低其影響［8］。但目前對膨脹土的脹縮性、裂隙性等工程特性認(rèn)識還存在缺陷，不同區(qū)域膨脹土的特性也存在很大差異，膨脹土隧道施工經(jīng)驗(yàn)不足［9］。同時(shí)，合肥地層的組合具有多樣性。這些都說明，暗挖技術(shù)在合肥軌道交通建設(shè)中仍是有待深入研究的重大課題。

潛山路站位于長江西路與潛山路交叉口，該車站附屬1號出入口暗挖通道均采用暗挖法施工。暗挖技術(shù)在合肥軌道交通1號線進(jìn)行過局部的試驗(yàn)，而2號線的這些暗挖通道所處的地層條件、環(huán)境條件及上覆地層中的管線與地面車輛的影響各有特點(diǎn)，對其開挖工法、超前支護(hù)等進(jìn)行研究，結(jié)合監(jiān)控量測實(shí)施反饋分析，可以為合肥地鐵的合理設(shè)計(jì)、施工技術(shù)支撐，促進(jìn)暗挖技術(shù)在合肥地區(qū)的推廣應(yīng)用，對合肥市乃至其他地區(qū)的類似工程建設(shè)均具有重要的參考和借鑒意義。

2 暗挖隧道工程地質(zhì)與環(huán)境條件

2.1 工程概況

潛山路站附屬1號口位于交叉路口東北象限，通過暗挖通道與地鐵車站主體連接，1號出入口暗挖通道全長88 m，隧道斷面尺寸為7.6 m ×5.65 m，底板埋深9.63 m ～10.87 m。潛山路1 號口埋深跨度比為0.5～0.7左右，且上覆地層中管線眾多，工程環(huán)境復(fù)雜，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.2 暗挖隧道工程地質(zhì)與水文地質(zhì)

潛山路車站范圍內(nèi)屬二級階地地貌，地形較為平坦。1號口拱頂覆土厚度4 m～6 m，其中人工填土厚度1.3 m～1.9 m，黏土厚度2.5 m～3.7 m;洞身范圍土體主要由1 m厚度的黏土、2 m厚度的粉質(zhì)黏土、1 m厚度的全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖組成;底板位于強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖，巖層總體呈單斜狀。該車站暗挖通道巖土體分布如表1所示。

車站與暗挖通道范圍內(nèi)無地表河流、溝渠。地下水主要為上層滯水，第四系孔隙水以及基巖裂隙水。上層滯水水量微弱，主要賦存于表層的人工填土層中。第四系孔隙水主要賦存于黏土層中，黏土層埋深淺，成層性較好，含水量較小，黏性土的透水性和富水性均較弱，單井涌水量一般小于10 m3/d，年水位變化幅度約3 m～5 m。泥質(zhì)砂巖層的富水性及透水性均較弱，基巖裂隙水總體貧乏，地下水總體不發(fā)育。

2.3 隧道工程環(huán)境與周邊條件

車站周邊主要以科教用地與居住用地為主。長江西路規(guī)劃道路紅線寬60 m，潛山路規(guī)劃道路紅線寬55 m，交通流量非常大，有重載車輛通行。

車站周邊地下管線較多，主要有雨水、污水、通信等管線，其中控制性管線主要為:長江西路兩側(cè)有2根直徑400埋深約4.7 m的污水管，另有兩根直徑1 000埋深2.7 m的雨水管。潛山路路中有直徑1 400埋深約3.4 m的雨水管，另有一根直徑1 000埋深5.2 m的污水管。地下管線多且密集，埋深深淺不一，車站暗挖隧道的施工中須控制沉降及其對管線的影響。

3 暗挖隧道設(shè)計(jì)與施工

3.1 暗挖通道(隧道)設(shè)計(jì)

1號出入口暗挖通道全長88 m;暗挖通道采用淺埋暗挖法施工，暗挖隧道斷面采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，防水材料采用1.5 mm厚EVA塑料防水板，超前支護(hù)措施為:超前大管棚+超前小導(dǎo)管注漿。

3.2 開挖方法

1號口暗挖通道采用4部CRD工法施工。具體開挖步序見圖1。

圖1 暗挖通道施工工法

3.3 超前支護(hù)

1號口暗挖通道開挖采用:超前大管棚+小導(dǎo)管注漿的超前支護(hù)方式。

1)超前大管棚施工。根據(jù)地勘資料揭示，1號口暗挖通道洞身范圍土體主要由1 m厚度的黏土、2 m厚度的粉質(zhì)黏土、1 m厚度的全風(fēng)化泥質(zhì)砂巖組成，通過采用水鉆平行跟管技術(shù)形成管棚超前預(yù)支護(hù)，從而有效控制地面沉降，保證施工安全。

管棚設(shè)置參數(shù)為:采用直徑108 mm，壁厚6 mm的熱軋無縫鋼管，環(huán)向間距400 mm，角度1°～3°，單根長度2 m～3 m。

2)超前小導(dǎo)管施工。通過沿開挖輪廓線外縱向向前傾斜鉆孔安設(shè)注漿管，并注入漿液的方式，達(dá)到超前加固圍巖的目的，實(shí)現(xiàn)超前小導(dǎo)管注漿加固地層技術(shù)。小導(dǎo)管設(shè)置參數(shù)為:在拱頂180°范圍內(nèi)設(shè)置42 mm×3.5 mm熱軋無縫鋼管，長度3.5 m，環(huán)向間距400 mm，縱向間距1.5 m。

3.4 初期支護(hù)

初期支護(hù)的支護(hù)參數(shù)為:Ⅰ22a@500 mm型鋼鋼架+(內(nèi)外雙層HPB300，8@150 mm×150 mm)鋼筋網(wǎng)+300 mm厚度早強(qiáng)C25噴射混凝土。拱部預(yù)留注漿管，埋設(shè)原則為:起拱線環(huán)向間距2 m，側(cè)墻環(huán)向間距3 m，縱向間距3 m。初期支護(hù)背后注漿，漿液為1∶1水泥砂漿，注漿深度為初支背后0.5 m。

3.5 二襯結(jié)構(gòu)

二襯結(jié)構(gòu)采用復(fù)合式襯砌施工，采用厚度為500 mm的C35，P8鋼筋防水混凝土，通過1.5 mm厚EVA塑料防水板進(jìn)行全包防水，防水板與基層間設(shè)置400 g/m的短纖無紡布緩沖層，底板或仰拱防水層上表面設(shè)置400 g/m的無紡布保護(hù)層，并澆筑5 cm厚的細(xì)石混凝土保護(hù)層;二襯背后注等強(qiáng)微膨脹水泥砂漿，拱部預(yù)留梅花形布置的注漿孔3個(gè)～5個(gè)，縱向間距為4 m。

3.6 地面車輛荷載對策

由于1號口暗挖通道覆土厚度僅4 m～6 m，并且沒有采取改道封路的措施，為了減輕地面車輛荷載的影響，采用在暗挖通道穿越的地面主干道上滿鋪12 000 mm×2 000 mm×20 mm鋼板，鋼板能夠減小隧道上部地表的車輛荷載，并且將車輛荷載轉(zhuǎn)移至隧道兩側(cè)的土體并向下傳遞，地表沉降曲線表明該方法合理有效。通過隧道收斂變形可以看出，地表車輛荷載并未對隧道產(chǎn)生過大的側(cè)向擠壓作用，可見，鋼板起到了分散荷載的作用。

3.7 管線保護(hù)與對策

暗挖通道在施工前復(fù)查管線及道路回填質(zhì)量，根據(jù)情況進(jìn)行注漿加固。

4 監(jiān)控量測結(jié)果分析

對潛山路附屬1號口暗挖監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，圖2為潛山路1號口暗挖隧道拱頂下沉曲線，圖3為潛山路1號口暗挖隧道地表、管線、拱頂沉降對比圖。

圖2 潛山路1號口地表沉降圖

圖3 潛山路1號口地表、管線、拱頂沉降對比

由圖2可知，其中測點(diǎn)D1-3，D1-4，D1-5位于1號出入口上方，其沉降受隧道開挖影響較大，最終沉降量達(dá)到20 mm～30 mm左右。地表沉降主要集中于4月與8月之間，即開挖階段，此后沉降變化量較小。由圖3可知，地表沉降、管線沉降及拱頂沉降具有相似的沉降規(guī)律和趨勢，但拱頂沉降變化速率更緩慢，拱頂下沉量、管線沉降量、地表沉降量依次遞增。

1號口暗挖通道的上方覆土厚度較小，雖然采用了超前大管棚+小導(dǎo)管注漿的方法，但開挖過程仍然會產(chǎn)生較大的上覆地層擾動和沉降;其拱頂沉降數(shù)值保持在10 mm以內(nèi)，可見，超前大管棚+小導(dǎo)管注漿對于防止拱頂下沉效果顯著。

5 結(jié)語

合肥軌道交通2號線暗挖隧道的工程實(shí)踐表明，采用合理的設(shè)計(jì)與綜合施工技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)在合肥地區(qū)淺埋土質(zhì)圍巖且地面道路有車輛荷載的隧道暗挖施工。1)對于復(fù)雜條件下淺埋暗挖隧道的開挖，必須分段開挖，采用超前支護(hù)，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺，初期支護(hù)和仰拱閉合要及時(shí)，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果采取適時(shí)的二次支護(hù)，以確保隧道施工安全順利進(jìn)行;2)采用在路面滿鋪4 cm鋼板的方式可有效分?jǐn)偣绊敽退淼蓝瓷淼膫?cè)向擠壓荷載，通過地表沉降和洞周收斂變形可說明該方法可有效地減弱車輛超載對隧道開挖的影響;3)1號出入口累計(jì)最大沉降量有超限的情況出現(xiàn)，最大值約35 mm，分析其超限原因發(fā)現(xiàn)，在開挖后的7個(gè)～8個(gè)月時(shí)某幾個(gè)測點(diǎn)在短期突然發(fā)生較大沉降，此時(shí)二次襯砌已經(jīng)施作完畢，該沉降曲線形態(tài)與常規(guī)沉降規(guī)律不符，而其余各測點(diǎn)沉降在合理范圍內(nèi)，因此可判斷為非正常施工因素導(dǎo)致沉降超限。拱頂下沉最大累計(jì)沉降量約為25 mm，明顯小于地表沉降量;4)埋深較淺的1號出入口采用了超前大管棚+小導(dǎo)管注漿的方法，有效控制了拱頂下沉，但開挖仍然會產(chǎn)生較大的上覆地層擾動和沉降;5)超前大管棚對于防止拱頂下沉效果顯著。1號口開挖后初期沉降顯著，占到總沉降量的60%～70%，但單日沉降量并未超限，因此可采用加固上覆地層的措施，以減小地表和管線沉降。