超淺埋暗挖法隧道地層加固及開挖施工技術簡析

李磊磊

（四川鐵科建設監(jiān)理有限公司，成都610000）

1 引言

發(fā)展軌道交通是解決大城市交通擁堵的有效途徑，也是建設綠色城市、智能城市的有效途徑。在當下復雜的城市環(huán)境下，想修建一條綠色、智慧、快捷的出行通道絕非易事，對于空間狹小、施工機械化程度不高的淺埋暗挖隧道來說，想安全順利地完成施工建設目標就顯得更加艱難。

淺埋暗挖法隧道施工的安全性評價應當主要體現(xiàn)在2方面：（1）隧道施工作業(yè)自身安全性，即隧道在開挖過程中圍巖不應發(fā)生局部坍落、塌垮、冒頂等，凈空收斂和拱頂沉降等內空指標趨于穩(wěn)定的時間不易過長[1]；（2）周邊環(huán)境安全性，即地面道路、建（構）筑物、市政管線等在隧道施工過程中變形量是否超出允許的范圍[2]。

2 項目概況及風險情況

新建草橋站位于北京市豐臺區(qū)三環(huán)西南角位置，是大興國際機場線與地鐵19號線合建車站，規(guī)劃設置一條獨立通道實現(xiàn)與既有地鐵10號線換乘。

換乘通道受既有線、場地等諸多條件限制，隧道只能采用淺埋暗挖法施工，隧道位于市政道路下方總埋深10m，拱頂距地面覆土4.2~4.9m，屬于高風險超淺埋暗挖隧道，地質情況從地面往下大致為①0~2.8m粉土素填土、②2.8~5.0m粉土、③5.0~7.0m粉細砂、④7.0~10.0m圓礫、砂礫，無地下水。

隧道分2段施工，第1段為上跨既有地鐵10號線草紀盾構區(qū)間、下穿鎮(zhèn)國寺北街部分，該隧道采用分離式微拱直墻結構斷面形式，左線（東側）上跨段全長45m，右線（西側）上跨段全長63m，斷面尺寸左線為8.9m（寬）×6.27m（高），右線為7.2m（寬）×6.17m（高），采用CRD法（四導洞）自北向南施工；第2段為與既有地鐵10號線草橋站主體并行段，該部分采用并行微拱直墻結構斷面形式，左線長113m，右線長158m，單側結構斷面尺寸7.2m（寬）×5.77m（高），原設計采用CD法（兩導洞）自橫通道向東施工。

該隧道施工環(huán)境復雜，風險源眾多，存在：（1）鎮(zhèn)國寺北街，雙向四車道瀝青道路，隧道順行下穿，與拱頂垂直距離4.2~4.9m；（2）草橋欣園9號居民樓，框架-剪力墻結構，埋深6.3m筏板基礎，地上18層、地下2層，隧道側下穿，最小水平距離約6.1m；（3）地鐵10號線草橋車站，明挖法施工地下雙層框架結構，隧道平行側穿該車站站廳層；（4）φ1.05m雨水、φ0.6m污水、φ0.8m污水、1.7m×1.6m電力管溝、φ0.4m中壓燃氣，管線均沿鎮(zhèn)國寺北街南側行車道西高東低敷設，順行與隧道上方，與洞頂豎向最小凈距0.6~1.9m等主要環(huán)境風險源（見圖1）。

圖1 并行段環(huán)境風險源位置關系橫剖面圖

3 隧道地層加固及開挖

3.1 地層超前加固

該隧道拱頂覆土僅4.2m，屬于超淺埋暗挖隧道，受地鐵10號線及其他市政管線過往施工多次擾動，地表將近3m為擾動土體，實際原狀土體厚度僅約1.2m，地質情況十分不樂觀，加上頂部存在多條順行管線，開挖風險極高。隧道采用深孔注漿為主超前小導管棚護拱頂為輔的加固措施。深孔注漿加固范圍為隧道上半斷面，沿隧道輪廓線外擴1.5m，每循環(huán)注漿加固長度10m，開挖8m后留2m作為下一循環(huán)止?jié){墻，注漿孔間距按0.5m×0.5m布設，漿液擴散半徑取0.3m，由掌子面向隧道前進方向先內后外呈輻射狀進行多角度注漿，注漿采用二重管后退式注漿機進行。由于隧道覆土過淺，施工初期為了能讓加固土體有一定強度，漿液選用了水泥-水玻璃雙液漿，漿液配比大致定為1∶2.0~1∶2.5，注漿壓力控制在0.3~0.5MPa。開挖過程中，在隧道拱部位置輔于超前小導管（DN32mm、t=2.75mm、長度 2.5m、環(huán)向間距 30cm、打設角度15°、每榀打設）加強拱頂棚護。在前期數個循環(huán)的開挖過程中出現(xiàn)了以下問題：（1）半斷面深孔注漿加固范圍考慮不足，由于下臺階砂礫石地層松散干燥，掌子面頻繁出現(xiàn)掉塊現(xiàn)象；（2）注漿順序由里到外進行（掌子面中間向周邊逐步擴散）存在缺陷，由于隧道整體覆土較淺及地層多變原因，受先期注漿壓力對周邊地層造成的擾動，后期漿液往往比較容易找到泄壓通道，地面冒漿現(xiàn)象多次出現(xiàn)；（3）水泥—水玻璃雙液漿選擇不對，雖然已將雙液漿中的水泥參量比例下調較多，但是在后期的開挖過程中證明，在以粉土、粉細砂為主的地層中，水泥漿進入該地層后能增加的地層強度十分有限，由于滲透性不好，往往還會影響后續(xù)水玻璃在地層中的擴散，在相同注漿體積的情況下，容易引起更大的地面隆起和管線變形。

針對上述問題，將方案進行了如下調整：對隧道下半斷面進行深孔注漿加固，改良下臺階土體自穩(wěn)能力；調整掌子面注漿順序由外到里，先鞏固注漿圈后中間擠密；棄用水泥-水玻璃雙液漿，改用滲透性更好的改性水玻璃加固土體。

3.2 開挖及初期支護

隧道分左右線相鄰獨立設置，采用CD法分兩導洞施工，開挖時各導洞錯距5~8m，導洞分上下臺階，上臺階開挖高度2.5m，下臺階開挖高度3.2m，臺階錯距3~5m，每榀進尺0.5m，在上下臺階節(jié)點板位置設置鎖腳錨桿（φ32mm×2.75mm、長度3.0m、打設傾角水平10°～15°，采用水泥漿填充加固），初期支護采用格柵網架+C25早強噴射混凝土支護，結構厚度0.35m。

施工過程中，由于受到既有10號線地鐵列車運營振動影響，加之施工空間比較狹窄活動空間受限，一個開挖循環(huán)所需時間較長，掌子面容易出現(xiàn)土體滑落及拱頂掉塊等不穩(wěn)定現(xiàn)象，不利于開挖安全。后經多方研究決定，將隧道原CD法兩導洞開挖調整為CRD法四導洞開挖，通過增加小導洞，免除各作業(yè)面之間的施工干擾，減少開挖面從開挖到封閉成環(huán)的時間，進一步做到快挖快封閉，降低開挖施工風險。

4 結語

隨著市政工程建設環(huán)境越來越復雜，淺埋暗挖技術不斷面臨著新的挑戰(zhàn)，隨著地理位置及環(huán)境的變化，在遵循淺埋暗挖施工基本原則的基礎上，應深挖改良各環(huán)節(jié)技術，通過技術調整和改進，去適應不同環(huán)境，逾越障礙實現(xiàn)功能需求，為城市發(fā)展提供更好的技術服務。本文通過列舉實際案例，證實了淺埋暗挖法隧道施工時，掌子面遇到無法避免的不利因素時，應盡量減小一次性開挖體積，縮短開挖到封閉的時間，確保作業(yè)面穩(wěn)定；在不同地質環(huán)境下選擇深孔注漿加固地層時，應實時跟蹤漿液與不同地質情況的適應性，當出現(xiàn)不同地質連續(xù)變換時，選擇注漿材料時宜按不利地層考慮。