淺談淺埋暗挖法在地鐵隧道施工中的運用

鄧林洋

中電建南方建設(shè)投資有限公司 廣東 深圳 518029

1 淺埋暗挖法施工原理及應(yīng)用范圍

1.1 施工原理

淺埋隧道最顯著的特點即為埋深較淺、地層巖性較差，施工中因地層損失可能會導(dǎo)致地面發(fā)生沉降及位移等，因此，施工難度大、風(fēng)險高，對于開挖、支護(hù)、襯砌、排水以及注漿等有著更高的要求。淺埋暗挖法是在新奧法基礎(chǔ)上通過有效結(jié)合工程實際特點、水文地質(zhì)條件等進(jìn)行全面改革，通過對圍巖采取多種輔助加固措施以進(jìn)一步加大圍巖的承載力，在開挖后及時實施支護(hù)并噴射砼封閉成環(huán)，與圍巖形成一個統(tǒng)一的支護(hù)體系，從而有效抑制圍巖出現(xiàn)形變。

1.2 應(yīng)用范圍

淺埋暗挖法多用于地層巖性較差的軟弱圍巖，通常為第四紀(jì)軟弱地層，常用開挖方法如下圖1所示。

圖1 各種開挖方式示意圖

通過對比各種開挖方式的適用條件及特點發(fā)現(xiàn)，如果僅考慮造價與速度，則施工方式的選擇順序為：①正臺階；②臺階設(shè)臨時仰拱；③中隔墻法；④雙側(cè)壁導(dǎo)洞法；若僅考慮施工作業(yè)的安全性，那么正好與上述順序相反。由此可見，在進(jìn)行實際施工時，工程造價、速度以及安全性之間相互制約與矛盾。而工法的選擇通常會根據(jù)工程的實際規(guī)模大小、水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、機械設(shè)備以及工期要求等，在分析對比后進(jìn)行綜合確定，但必須遵循安全適用、技術(shù)可行以及經(jīng)濟合理的原則[1]。

2 淺埋暗挖法在地鐵隧道施工中的運用

隨著淺埋暗挖法的進(jìn)一步發(fā)展與完善，以及一系列輔助加固措施的開發(fā)應(yīng)用，促使該工法得到了更大范圍的應(yīng)用與推廣，下面對該工法的工藝流程進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1 輔助加固措施

在對工程水文地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等進(jìn)行綜合分析后，對于輔助加固措施的選擇應(yīng)優(yōu)先考慮工藝簡單或幾種加固相結(jié)合的方法，從而確保施工的質(zhì)量與安全。常見的輔助加固措施有：超前小導(dǎo)管(注漿)支護(hù)、超前管棚(注漿)支護(hù)、臨時仰拱或臨時支護(hù)、注漿加固。

2.2 超前小導(dǎo)管

①超前小導(dǎo)管所選用的鋼管管徑為2.5～4.0cm，一側(cè)鋼管的前端呈圓錐形制作，管體部分開設(shè)孔徑為φ6～φ8的擴散孔；②根據(jù)格柵鋼架之間的距離決定小導(dǎo)管的長度，最短長度應(yīng)至少大于兩榀格柵鋼架的間距，搭接長度至少為0.5m；③小導(dǎo)管常見的成孔分為吹孔、打孔以及鉆孔等方式；④打設(shè)小導(dǎo)管時需要穿過格柵鋼架腹部，布設(shè)時環(huán)向沿拱部120°～150°，環(huán)向間距≥0.3米，外插角≈10°～25°；⑤根據(jù)隧道實際地質(zhì)條件，選擇水泥、改性水玻璃等單漿液或水泥-水玻璃雙漿液作為小導(dǎo)管的注漿材料；⑥在進(jìn)行注漿作業(yè)前，注漿參數(shù)應(yīng)通過試注進(jìn)行確定，通常注漿壓力≈0.4～0.6MPa，擴散半徑≥0.25米。

2.3 管棚

①管棚所用鋼管管徑通常為φ108～φ600mm，鋼管中心間距約為2～3倍管徑；②結(jié)合工程具體情況及地質(zhì)條件確定管棚長度，管棚長度應(yīng)大于10m，搭接長度不應(yīng)小于3m；③管棚通常以水平液壓頂管機或水平導(dǎo)向鉆機施做單根或咬合管幕。

2.4 土方開挖

①隧道土方開挖通常有人工開挖與人機結(jié)合兩種；②開挖方式主要分為全斷面法、臺階法和超前導(dǎo)洞法三種，還包括后期衍生出的各種開挖方式；③進(jìn)行隧道洞口開挖時，應(yīng)先做好加固，然后開挖輪廓并加強初期支護(hù)；④開挖施工時，避免圍巖失穩(wěn)，確保各階段支護(hù)的穩(wěn)定性；⑤按照設(shè)計的輪廓線進(jìn)行開挖作業(yè)，并確保開挖斷面周邊輪廓圓順。開挖斷面的中線、高程云與設(shè)計相符，各個偏差在允許范圍內(nèi)；⑥一旦出現(xiàn)超挖或塌方，應(yīng)立即采取回填措施，并做好回填注漿；⑦若地質(zhì)條件較差時，應(yīng)及時噴射砼并閉合成環(huán)，若開挖過程中需要長時間暫停施工，必須加強封閉支護(hù)措施；

2.5 噴射砼

①噴射砼作業(yè)前，應(yīng)對所使用的機械設(shè)備等進(jìn)行調(diào)試，確保所有設(shè)備正常運作；②所用砼配合比及外加劑的用量應(yīng)滿足設(shè)計及施工要求，并做到均勻攪拌，隨時使用隨時拌和；③噴射砼時應(yīng)分段、分層、分片緊跟開挖工作面，減少掌子面的暴露時間，從而達(dá)到與圍巖的緊密結(jié)合；④由低向高進(jìn)行砼噴射，噴射時按照螺旋軌跡勻速、均勻、分層進(jìn)行，以確保噴射砼表面光滑平整無流淌及干斑等情況；⑤噴射砼分層厚度嚴(yán)格按照設(shè)計要求，噴射砼應(yīng)密實、平整，堅決杜絕出現(xiàn)空鼓、脫落、漏噴、露筋等現(xiàn)象。

2.6 格柵鋼架

①施工所用格柵鋼架的強度、剛度、尺寸等參數(shù)，必須滿足設(shè)計要求；②加工完首榀格柵鋼架后應(yīng)試拼，符合要求后方可大批量生產(chǎn)。并確保周邊誤差≤3cm，平面翹曲＜2cm；③確保格柵鋼架安裝的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性及對稱性，各允許偏差值：橫向=±2cm，縱向=±3cm，高程=±1.5cm，垂直度為5‰；④格柵鋼架環(huán)向采用角鋼對拼螺栓或幫條焊接進(jìn)行連接，縱向采用鋼筋搭接進(jìn)行連接；⑤制作鋼筋網(wǎng)所用鋼筋為φ6～φ10，鋼筋網(wǎng)格間距≈10～15cm，網(wǎng)片搭接長度≥10cm，并進(jìn)行穩(wěn)固連接。

2.7 初期支護(hù)背后注漿

①初支背后注漿的主要目的是將初支背后的空隙填充密實，并加固土體，以降低洞頂產(chǎn)生的沉降，防止拱部出現(xiàn)形變，對洞頂滲漏水情況進(jìn)行堵漏處理；②選取管徑為φ32的鋼管作為注漿鋼管，鋼管長度為0.8m，拱頂或后打孔預(yù)埋，起拱線上方呈環(huán)向進(jìn)行布設(shè)；③緊跟開挖面5m的間距進(jìn)行初支背后注漿，注漿材料為水泥砂漿、普通或超細(xì)水泥漿，注漿終壓0.5MPa，擴散半徑1.4～1.8m，注漿速度≥50L/min；

2.8 防水層

①初支穩(wěn)定并驗收合格后，在無水條件下進(jìn)行防水層的鋪設(shè)，如若發(fā)現(xiàn)滲漏情況應(yīng)及時處理；②防水層鋪貼時基面應(yīng)牢固可靠、平整無雜質(zhì)，基面陰陽角進(jìn)行圓弧或鈍角處理；③沿隧道環(huán)向由拱頂向兩側(cè)進(jìn)行防水層的鋪貼，防水層鋪貼應(yīng)平順、牢固，長邊與短邊的搭接應(yīng)≥10cm；④施工縫、變形縫以及穿墻管處應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范做好處理，并按照防水技術(shù)規(guī)范做好防水處理。

2.9 二次襯砌砼

①選擇定型鋼模拼裝作為二襯砼模板，并根據(jù)隧道尺寸選擇組合腳手架或鋼架臺車作為支撐；②拱頂模板應(yīng)設(shè)置砼灌注口，預(yù)留沉降量尺寸為1～3cm；③模板支撐應(yīng)預(yù)留足夠的凈空，確保符合模板與泵管架設(shè)及振搗要求；④二襯砼為自密實砼，至少振搗兩次以上；⑤泵送砼過程中應(yīng)時刻注意砼對模板的沖擊影響，防止發(fā)生脹模及爆管，澆筑應(yīng)兩側(cè)對稱進(jìn)行，并加強外部振搗。

2.10 二次襯砌背后注漿

①二襯強度達(dá)到設(shè)計強度的75%后進(jìn)行二襯背后注漿，其目的是為了將二襯與初支間的空隙填充密實，并封堵滲漏水；②二襯砼澆筑時，應(yīng)在拱部預(yù)留注漿孔；③注漿孔的布設(shè)通常沿隧道成梅花狀，環(huán)向間距與縱向間距分別以3m與5m為宜。④注漿材料常采用微膨脹水泥砂漿或自流平水泥漿，注漿壓力≤0.2MPa，擴散半徑2～3m。

2.11 監(jiān)控量測

①監(jiān)控量測主要是對隧道圍巖、施工環(huán)境、支護(hù)結(jié)構(gòu)等的動態(tài)變化情況進(jìn)行量測；②監(jiān)控量測項目的確定需要結(jié)合工程水文地質(zhì)情況、結(jié)構(gòu)形式、施工工藝及施工環(huán)境等因素，在能夠滿足作業(yè)要求的前提下做到少而精；③監(jiān)控量測必須計劃執(zhí)行，禁止私自更改或停止監(jiān)測；④確保所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、真實性及可靠性，并及時反饋；⑤監(jiān)控量測主要分為A類（地表沉降、初支拱頂沉降及凈空收斂等）以及B類（圍巖壓力、初支應(yīng)力、襯砌應(yīng)力以及水平位移等）[2]。

3 結(jié)束語

由于淺埋暗挖施工地質(zhì)環(huán)境較為復(fù)雜，不可預(yù)見因素較多，技術(shù)要求更高。因此，需要我們不斷總結(jié)施工經(jīng)驗，從而全面提高淺埋暗挖隧道的施工質(zhì)量。