城市淺埋小凈距隧道施工探索

張 星

（中鐵隆工程集團(tuán)有限公司，四川 成都 610045）

1 工程概況

濟(jì)南順河高架南延二期工程北起玉函立交，與現(xiàn)狀順河高架相連，全線暗挖段長2755m，采用地下道路形式，沿現(xiàn)狀玉函路居中布設(shè)，施工主要以暗挖為主。文章結(jié)合該工程小凈距隧道施工展開探索。

（1）地質(zhì)情況。正洞施工范圍為Y(Z)K1+417～Y(Z)K1+1+872，拱頂大部分位于粉質(zhì)黏土及黃土層。整個(gè)隧道穿越地層主要為雜填土、回填土、中風(fēng)化泥灰?guī)r、中風(fēng)化石灰?guī)r，局部為填土或雜卵石。

（2）隧道間距和埋深。正線左右線隧道初支間距最窄處為2.3m。隧道埋深為10.44～10.71m不等，以YK1+512處拱頂埋深最大，往大小里程方向逐漸減小，YK1+872處埋深最低，僅為10.44m。

（3）周邊環(huán)境情況。①周邊建構(gòu)筑物情況。擬建地下通道上覆道路兩側(cè)有大量住宅小區(qū)、少量的辦公樓及學(xué)校。②周邊管線情況。擬建道路內(nèi)平行于隧道方向，分布各類市政管線，其中污水管東側(cè)為Φ500mm陶瓷、西側(cè)為Φ500mm陶瓷，雨水管東側(cè)為Φ500mm混凝土承插、西側(cè)為Φ1500mm混凝土，熱力管為DN325鋼，燃?xì)夤転镈N219鋼，給水管為DN300鑄鐵，電力管為1萬kV和11萬kV。管線距離隧道拱頂最小為6m（污水管），最大為8.8m（燃?xì)夤埽?/p>

2 風(fēng)險(xiǎn)源分析

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙、地勘報(bào)告、施工方法和周邊環(huán)境情況，對1#斜井和2#斜井施工的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行了梳理，主要風(fēng)險(xiǎn)源如下：（1）暗挖開馬頭門施工、明暗挖開馬頭門；（2）隧道穿越既有道路上各種市政管線，施工過程中易發(fā)生隧道冒頂、坍塌及管線各種事故；（3）隧道周邊建構(gòu)筑物較多，離隧道開挖邊線近（0.5B～1B），施工過程中易引起房屋不均勻沉降、傾斜等；（4）橫通道下穿既有漿砌片石擋墻，施工中易導(dǎo)致?lián)鯄﹂_裂、垮塌等。

3 馬頭門開挖及正洞開挖施工工藝

3.1 明暗挖馬頭門施工工藝

套拱施工→水平垂直注漿加固及管棚施工→工字鋼樁頭破除→H型鋼樁間工字鋼連接→破除套拱拱架下部樁體→型鋼拱架架設(shè)→洞身開挖→拱架安裝→噴射混凝土。

3.2 正洞馬頭門開挖施工工藝

（1）橫通道上臺(tái)階開挖及初支。（2）主洞管棚施工。（3）橫通道上臺(tái)階初支加固、端墻加固、上臺(tái)階貝雷架施工、主洞管棚上部工字鋼焊接成環(huán)。（4）橫通道中臺(tái)階開挖，施工橫通道初支和主洞剩余管棚，根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)情況，施工橫通道第一道橫撐。（5）施工中臺(tái)階貝雷架，安裝貝雷架支撐（橫撐）、斜撐等。（6）主洞洞身破除（含破除樁體），施工主洞初支及臨時(shí)仰拱（先行洞在主洞起拱線位置新增I22b工字鋼臨時(shí)仰拱），臨時(shí)仰拱增設(shè)范圍為進(jìn)主洞5m范圍。開洞采取對角開洞。

3.3 正洞開挖施工工藝

上臺(tái)階（預(yù)留核心土）→下臺(tái)階（預(yù)留線路左側(cè)馬口）→左側(cè)馬口→仰拱。

正洞采取PC150挖機(jī)和懸臂掘進(jìn)機(jī)械開挖，中間預(yù)留核心土。先開挖上臺(tái)階，待其支護(hù)距離＞15m以后再開挖中臺(tái)階，中臺(tái)階和下臺(tái)階之間錯(cuò)開3～5m開挖，下臺(tái)階支護(hù)后開挖仰拱，初支仰拱成環(huán)后拆除洞口臨時(shí)仰拱。

4 施工對策

4.1 施工前準(zhǔn)備工作

（1）周邊建構(gòu)筑物調(diào)查。在隧道正式開挖前，應(yīng)對隧道沿線兩側(cè)影響范圍較大的房屋進(jìn)行入戶調(diào)查，查閱或借閱相關(guān)圖紙，重點(diǎn)調(diào)查周邊建構(gòu)筑物的基礎(chǔ)形式、結(jié)構(gòu)形式、建構(gòu)筑物距離隧道開挖邊線距離、地下室基礎(chǔ)埋深、樓層、建筑年代、房屋本身損壞情況等。

（2）周邊管線調(diào)查。在隧道正式開挖前，應(yīng)進(jìn)行隧道拱頂、隧道開挖邊線一定范圍內(nèi)管線進(jìn)行調(diào)查。重點(diǎn)調(diào)查管線大小、種類、材質(zhì)、埋深、走向、年代等相關(guān)數(shù)據(jù)并列表記錄。

（3）隔離樁加固。采用隔離樁將擬挖隧道與既有房屋建筑物進(jìn)行隔斷是一種比較有效的減少隧道施工對既有建筑變形影響的方法。隔離樁加固原理是利用樁的剛度比土大的特性，使樁頂和樁底的土體沉降趨于一致；同時(shí)，隔離樁主要承受開挖施工引起的側(cè)向土壓力和地基差異產(chǎn)生的摩阻力，限制樁后土體的變形發(fā)展，減少隔離樁后土體的變形。常見的隔離樁形式有鋼管樁、混凝土樁、型鋼樁等形式。斜井承擔(dān)施工范圍內(nèi)隧道開挖邊線距離房屋最小距離為0.72m，最大為4.6m。當(dāng)隧道開挖邊線距離房屋太近，且小凈距隧道兩側(cè)房屋距離隧道開挖邊線距離不等時(shí)，應(yīng)在隧道開挖邊線和房屋兩者之間施作隔離樁。常見成孔鉆機(jī)采用液壓潛孔鉆機(jī)，其具有重量輕、成孔能力深、鉆進(jìn)速度快等優(yōu)點(diǎn)，非常適合城市有限空間作業(yè)，鉆孔直徑不等，根據(jù)設(shè)計(jì)驗(yàn)算要求滿足隔離受力要求即可。該工程中采用φ108mm鋼管樁（雙排）灌注細(xì)石混凝土進(jìn)行施工，對房屋建筑的沉降、傾斜等變形控制起到了很好的效果。

（4）地表注漿加固。為了減少在洞內(nèi)加固掌子面前方巖體的時(shí)間，節(jié)省工期，可以在地表對地質(zhì)情況較差的區(qū)域進(jìn)行深孔注漿加固，注漿范圍為隧道全斷面。小凈距隧道施工中中間巖體穩(wěn)定性尤為重要，因而在小凈距隧道施工過程中，在中間巖柱寬度較小或地質(zhì)情況較差情況下，需對中間巖柱進(jìn)行注漿加固。加固方式同地表注漿加固，但中間巖柱加固需加固至隧道底一定范圍，而隧道全斷面加固只需加固至拱頂一定范圍內(nèi)即可。

4.2 施工過程中的技術(shù)措施

（1）超前大管棚、小導(dǎo)管施工。采用管棚技術(shù)可加強(qiáng)支護(hù)，用以加固和支護(hù)圍巖，以確保安全進(jìn)洞和順利掘進(jìn)。超前小導(dǎo)管支護(hù)必須配合鋼拱架使用，鋼管沿拱的環(huán)向外插角為10～15°，鋼管沿隧道縱向的搭接長度一般不小于1m。采用小導(dǎo)管加固時(shí)，為保證工作面穩(wěn)定和掘進(jìn)安全，應(yīng)確保小導(dǎo)管安裝位置正確和足夠的有效長度，嚴(yán)格控制好小導(dǎo)管的鉆設(shè)角度。注漿施工應(yīng)根據(jù)土質(zhì)條件選擇注漿法。通常，砂卵石地層宜采用滲入注漿法，砂層宜采用劈裂注漿法，黏土層宜采用劈裂或電動(dòng)硅化注漿法，淤泥質(zhì)軟土層宜采用高壓噴射注漿法。該工程中采用小導(dǎo)管配合超前管棚施工，地質(zhì)差且拱頂部分地表注漿加固效果不太理想，漿液未擴(kuò)散，對于這部分區(qū)域施工可以采取單排小導(dǎo)管加密或者打設(shè)雙排小導(dǎo)管進(jìn)行施工。①雙排小導(dǎo)管從拱架間距中打設(shè)：因拱架間距較小，小導(dǎo)管打設(shè)時(shí)拱架間距中的小導(dǎo)管打設(shè)角度較大，達(dá)到30°，與另一排小導(dǎo)管搭接長度較小，且施工時(shí)拱架間距中的小導(dǎo)管無法正好保證在上一排小導(dǎo)管中間位置；②雙排小導(dǎo)管從拱架中打設(shè)：為保證連續(xù)兩榀拱架中間打設(shè)的小導(dǎo)管搭接長度滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，小導(dǎo)管長度需加長，且工程量較大，導(dǎo)致成本較大。

（2）玻纖錨桿超前注漿加固。在地表注漿加固效果不太理想，掌子面地質(zhì)較差情況時(shí)，亦可以對掌子面采取玻纖錨桿超前注漿加固的方式確保開挖安全。

（3）控制開挖步序和臺(tái)階長度問題。開挖過程中應(yīng)嚴(yán)格控制上下臺(tái)階間距，下臺(tái)階與初支仰拱間距，初支仰拱與二襯仰拱間距，二襯仰拱和二襯拱墻間距，應(yīng)按照設(shè)計(jì)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行控制。上臺(tái)階長度不宜過長，上臺(tái)階長度一般控制在1～1.5倍洞徑（D）以內(nèi)，但必須在地層失去自穩(wěn)能力之前盡快開挖下臺(tái)階，支護(hù)形成封閉結(jié)構(gòu)。

（4）初支背后注漿。在開挖支護(hù)過程中應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙埋設(shè)注漿管，并在局部垮塌、噴射混凝土噴射不密實(shí)處及時(shí)埋設(shè)注漿管，同時(shí)根據(jù)初支完成情況及時(shí)進(jìn)行背后注漿作業(yè)。注漿可采用φ42mm鋼管，管長根據(jù)拱架（格柵）及噴射混凝土厚度確定，根據(jù)設(shè)計(jì)縱向及橫向間距進(jìn)行埋設(shè)。一般情況下，注漿宜采取水泥漿，水灰比為1∶1，注漿壓力為0.3～0.5MPa。

（5）臨時(shí)仰拱。小凈距隧道施工時(shí)，后行洞開挖掌子面處先行洞應(yīng)封閉成環(huán)。但因?qū)嶋H施工過程中工期、施工組織等原因無法完全保證先行洞全部成環(huán)后再開挖后行洞，因而在小凈距施工時(shí)可以采取增設(shè)臨時(shí)仰拱的方式確保先行洞和后行洞全部成環(huán)，確保隧道施工安全。臨時(shí)仰拱通長常用設(shè)計(jì)正洞同型號型鋼（格柵）拱架一致，確保連接誤差在合理范圍內(nèi)。

（6）對拉錨桿。小凈距隧道施工過程中，在先行隧道下半部完成之前開挖后行隧道上半斷面，有可能引起隧道拱腳部位巖體較大破壞，對開挖兩個(gè)隧道相鄰側(cè)邊墻不利，因此需采用穿通中巖墻的對拉錨桿加固隧道相鄰側(cè)墻拱腳以上巖體，對中間巖柱進(jìn)行加固，確保巖柱穩(wěn)定。極軟弱圍巖中施工，可以通過調(diào)整型鋼（格柵）的間距，減少開挖進(jìn)尺等方式確保施工安全。

（7）拱腳處理措施。拱腳懸空易導(dǎo)致初支開裂、兩側(cè)不均勻沉降、地表沉降等一系列連鎖反應(yīng)，可以采取墊設(shè)厚跳板、方木、混凝土預(yù)制塊、鋼板和型鋼等方式確保拱腳落到實(shí)處，保證初支結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

（8）初噴。在開挖過程完成后，此時(shí)巖體一直裸露在外，應(yīng)進(jìn)行初噴混凝土封閉，一可以暫時(shí)穩(wěn)定掌子面，二是可以通過觀察初噴混凝土判斷圍巖穩(wěn)定性。一般情況下初噴混凝土4cm。

5 監(jiān)控量測動(dòng)態(tài)控制

監(jiān)控量測目的：（1）監(jiān)視圍巖應(yīng)力和變形情況，驗(yàn)證支護(hù)襯砌的設(shè)計(jì)效果，保證圍巖穩(wěn)定和施工安全；（2）提供判別圍巖和支護(hù)系統(tǒng)基本穩(wěn)定的依據(jù)，確定二次襯砌和仰拱的施作時(shí)間；（3）通過量測數(shù)據(jù)的分析處理，掌握圍巖穩(wěn)定性變化規(guī)律，確定修改支護(hù)、襯砌設(shè)計(jì)參數(shù)和施工方法，提供圍巖和支護(hù)襯砌最終穩(wěn)定的信息；（4）對于小凈距隧道要特別注意中夾巖（墻腳到拱腰處圍巖）的變形和穩(wěn)定，為中夾巖的加固提供必要的數(shù)據(jù)值根據(jù)；（5）積累量測數(shù)據(jù)，為今后的小凈距隧道設(shè)計(jì)與施工提供工程類比的依據(jù)。

6 結(jié)束語

小凈距隧道施工過程中涉及的重點(diǎn)主要有中間巖柱的（預(yù)）加固、開挖進(jìn)尺的控制、監(jiān)控量測指導(dǎo)過程施工、周邊環(huán)境（含洞內(nèi)和洞外）（預(yù)）加固、拱架拱腳穩(wěn)定、初支與仰拱、仰拱與二襯施工步距的控制，等等。城市復(fù)雜敏感環(huán)境下小凈距隧道施工要嚴(yán)格堅(jiān)持十八字方針，即“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”。掌握十八字方針的精髓是隧道施工的關(guān)鍵，實(shí)際施工過程中能夠靈活運(yùn)用并落到實(shí)處即可確保隧道施工安全。