上覆流沙層淺埋暗挖隧道開挖技術(shù)研究

楊華

（中鐵十一局集團城市軌道有限公司，武漢430074）

1 工程概況

1.1 設(shè)計概況介紹

西安某地鐵出入口暗挖段含標準段和人防段，標準段斷面寬8.6m，高6.17m，長21.84m；人防斷面寬9.9m，高7.27m，長10.35m。隧道頂部覆土厚度約5.1~6.4m，施工風險性大。

初期支護采用噴射混凝土+格柵鋼架，初支厚度均為0.35m，標準段采用CD法分臺階開挖，人防段采用CRD法進行四導洞開挖。在洞門拱部180°范圍設(shè)置直徑φ108mm，厚度t=6mm的管棚和φ42mm×3.25mm的熱扎無縫小導管，二者交錯布置，并對土體進行環(huán)向注漿加固或開挖時上臺階采用深孔注漿。施工完成之后，對初支背后再次進行注漿填充。

1.2 地質(zhì)情況

暗挖段地層從上自下分別雜填土、素填土、黃土狀土、中砂、黃土狀土、粉質(zhì)黏土局部夾含粉細砂層。開挖拱頂位于中砂層，圖1為暗挖段地質(zhì)剖面圖。

圖1 暗挖段地質(zhì)剖面圖

1.3 周邊環(huán)境情況

根據(jù)勘察以及現(xiàn)場調(diào)查，該暗挖段范圍管線均南北走向橫跨暗挖隧道，圖2為管線位置平面圖，圖3為管線剖面圖。

圖2 管線位置平面圖

圖3 管線剖面圖

2 施工難點

2.1 流沙層中支護效果難以保證

地質(zhì)情況顯示，暗挖隧道拱頂砂層厚度是4.12~4.49m，開挖掌子面拱頂位于砂層中間，且覆土較淺，支護加固難度大，效果難以保證，易造成拱頂砂層垮塌，開挖風險較大。

2.2 周邊環(huán)境敏感度高

環(huán)境調(diào)查資料顯示，路面交通流量大，管線多，其中電力管溝距離開挖拱頂僅0.43m，支護風險大，地下隧道施工對周邊環(huán)境影響大，易引發(fā)交通及管線破壞事故，對交通造成不良影響。

3 采取的主要技術(shù)措施

3.1 改進管棚布設(shè)，提高施工精度

改進管棚布設(shè)從以下幾方面進行：

1）因拱頂管棚施工位于砂層中，距離管線較近，兩側(cè)可正常施工，拱頂施工困難，風險較大，故對拱頂位置管棚[1，2]進行優(yōu)化。管棚長度縮小，開挖與管棚施工交叉進行，即根據(jù)現(xiàn)場情況，兩洞門預(yù)先打設(shè)管棚，人防段施工完成后，從人防段進行一次洞內(nèi)打設(shè)管棚，再從標準段進洞開挖，開挖約7m再進行二次洞內(nèi)管棚打設(shè)。之后再進行開挖，保證前后管棚有效搭接，確保開挖安全，如圖4和圖5所示。

圖4 管棚設(shè)計圖

圖5 管棚優(yōu)化圖

2）鉆孔平臺要穩(wěn)固，鉆機安裝要牢固，防止施鉆時鉆機不均勻下沉、擺動、位移、傾斜而影響鉆孔質(zhì)量，圖6為洞內(nèi)施作管棚施工現(xiàn)場圖。

圖6 洞內(nèi)施作管棚

3）進鉆前，用全站儀及水準儀定出掌子面管棚孔位。嚴格隔孔施工，鉆一孔，注一孔，一孔全部完后，隔一孔再鉆進施工，以便檢查注漿質(zhì)量，提高加固效果。

4）管棚之間采用絲頭連接，并做好檢查，保證連接接頭質(zhì)量，最前端管節(jié)100mm進行縮口成尖型處理，以便頂進安裝符合要求，鋼管管身上進行梅花開孔，便于注漿，提高加固質(zhì)量。

5）鋼管安裝完成后，連接注漿管，注漿前先壓水試驗管路是否暢通，然后開動注漿泵，檢查注漿機是否正常運轉(zhuǎn)，檢查壓力表情況，通過閘閥使水泥漿與水玻璃漿液在注漿管內(nèi)混合，再通過小導管壓入地層。

3.2 優(yōu)化小導管施工，提高支護效果

優(yōu)化小導管施工，提高支護效果，從以下幾方面進行：

1）洞門拱部設(shè)置φ42mm×3.25mm的熱扎無縫鋼管，L=2.5m，間距0.4m，與大管棚交錯布置，在進洞正常開挖之后，隔榀安裝小導管，拱部砂層范圍內(nèi)進行密排設(shè)置。

2）完成后及時注漿加固[3]，以確保開挖掌子面安全。注漿改為1∶1水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力0.8～1.2MPa，如圖7所示。

3）開挖前加強地質(zhì)預(yù)報，保證及時注漿加固地層。必要時采取WSS注漿加固措施，控制注漿壓力與加強地面監(jiān)測。

圖7 布設(shè)小導管并注漿

3.3 科學預(yù)留核心土，提高砂層自穩(wěn)性

科學預(yù)留核心土，提高砂層自穩(wěn)性，從以下幾方面進行：1）在現(xiàn)場施工過程中，對預(yù)留核心土方式及開挖步序進行優(yōu)化，縮短上下臺階間距，將設(shè)計預(yù)留核心土體積擴大，減少開挖時間，可以更好地提高掌子面穩(wěn)定性，避免砂層垮塌。

2）控制好各分步臺階之間的進度協(xié)調(diào)，各臺階預(yù)留大核心土，以發(fā)揮掌子面三維支撐作用，必要時對掌子面采取噴射混凝土封閉，確保掌子面穩(wěn)定。

3.4 修正開挖步序，提高開挖效率

修正開挖步序，提高開挖效率，從以下幾方面進行：（1）遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的基本工藝；先開挖拱頂和拱腰角板連接位置，此時掌子面相對穩(wěn)定，避免擾動拱頂砂層，然后快速開挖其他部分，及時安裝格柵噴混凝土支護；（2）控制上下臺階間距，快速施工，縮短成環(huán)時間，格柵安裝過程增加縮腳錨桿，提高格柵安裝穩(wěn)定性；（3）及時成環(huán)封閉掌子面后背后注漿，填充不密實處，防止地面沉降塌；（4）嚴格遵守“先排管、后注漿、再開挖，注漿一段、開挖一段、支護一段、封閉一段”的原則組織隧道施工，關(guān)鍵在于做好時間和空間上的順接，同時預(yù)備多種應(yīng)急措施。

4 其他輔助措施

其他輔助措施包括：（1）在開挖面以外3m范圍對應(yīng)地面增設(shè)25mm的鋼板，適當焊接鋼筋，做防滑限速措施，減少行車對地下砂層的擾動；（2）地面應(yīng)急圍蔽物資材料應(yīng)放置最近的位置，時刻準備交通臨時疏解；（3）洞內(nèi)應(yīng)急物資、通訊準備到位，提高警惕，做好應(yīng)急管理；（4）開挖之前，拌好噴射混凝土，有異常情況及時封閉；（5）增加地面監(jiān)測頻率，及時匯總數(shù)據(jù)并反饋，做好總結(jié)分析。

5 監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)暗挖隧道設(shè)計要求以及特點，監(jiān)測點縱向間距為5m，橫向以隧道中心線為中心向兩側(cè)分別以2m、5m和7m進行布置。選取暗挖通道對應(yīng)地表若干關(guān)鍵監(jiān)測點，對其監(jiān)測數(shù)值模擬并沉降曲線進行分析，如圖8所示。

圖8 地表沉降實測折線圖

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，在采取技術(shù)措施并開挖完成暗挖通道后，地表累計沉降均不超過14mm，未超過預(yù)警值18mm，所采取的施工技術(shù)控制措施有效的，在不影響地面交通狀況及周邊環(huán)境情況下，能夠保證上覆流沙層淺埋暗挖通道開挖安全。

6 結(jié)語

淺埋暗挖法往往因地質(zhì)情況復雜或者地下水條件，導致施工過程中風險較大，嚴重時會造成人身安全和財產(chǎn)損失。本文通過對西安某地鐵出入口上覆流沙層淺埋暗挖隧道開挖為工程實例，利用優(yōu)化管棚、加密導管、開挖監(jiān)測、地面鋪設(shè)鋼板等整套支護加固技術(shù)措施，對上覆流沙層淺埋暗挖隧道開挖技術(shù)進行分析，將地下加固措施與地面預(yù)防措施相結(jié)合對上覆流沙層暗挖通道進行預(yù)加固，為開挖提供了雙重保障，較好的控制了砂層開挖隧道的風險，確保了工程順利推進。在過程中，明確技術(shù)控制要點，關(guān)注超前支護加固措施的有效性、及時性，加強過程管控，優(yōu)化管棚及小導管布設(shè)方式，提高架設(shè)精度，嚴格控制注漿范圍、壓力等參數(shù)，以保證隧道超前支護加固效果。對于預(yù)先制定的技術(shù)措施在過程中得到證實，有效可靠。