粉砂巖地層雙聯(lián)拱暗挖地鐵隧道三導(dǎo)洞機(jī)械開(kāi)挖施工技術(shù)

魯曉明 沈紅良 林映 湯宇 童昌

摘 要：以長(zhǎng)沙地鐵五號(hào)線毛竹塘站存車(chē)線暗挖隧道開(kāi)挖施工為例，本文簡(jiǎn)要介紹了三導(dǎo)洞機(jī)械開(kāi)挖在中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖雙聯(lián)拱暗挖地鐵隧道施工中的實(shí)際應(yīng)用，總結(jié)了市政軌道交通工程雙聯(lián)拱暗挖隧道機(jī)械開(kāi)挖施工的控制要點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，這對(duì)以后類(lèi)似工程施工具有一定的參考借鑒意義。

關(guān)鍵詞：粉砂巖;雙聯(lián)拱;暗挖;地鐵隧道;三導(dǎo)洞;機(jī)械開(kāi)挖

中圖分類(lèi)號(hào)：U231.3;U455.4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-5168（2020）02-0101-03

Abstract： Taking the excavation of the underground tunnel of Maozhutang Station of Changsha Subway Line 5 as an example， this paper briefly introduced the practical application of the three guide tunnel mechanical excavation in the construction of a double-arch underground tunnel with moderate weathered muddy siltstone， summarized the control points and risk countermeasures for the mechanical excavation of double-arch underground tunnels in municipal rail transit projects， which had certain reference significance for similar construction in the future.

Keywords： siltstone;double arch;concealed excavation;subway tunnel;three guide tunnels;mechanical excavation

毛竹塘站存車(chē)線暗挖隧道為長(zhǎng)沙地鐵5號(hào)線1期工程南端第一個(gè)站存車(chē)線暗挖區(qū)間。區(qū)間位于時(shí)代陽(yáng)光大道與萬(wàn)家麗路交叉口南側(cè)，沿萬(wàn)家麗南路鋪設(shè)，采取礦山法施工，風(fēng)井、盾構(gòu)井采取明挖法施工，暗挖隧道從存車(chē)線風(fēng)井北端開(kāi)始掘進(jìn)，長(zhǎng)度約為225.27 m。存車(chē)線縱斷面為2‰的人字坡形式，斷面形式設(shè)計(jì)為雙聯(lián)拱，斷面寬度達(dá)到23 m。毛竹塘站存車(chē)線與遠(yuǎn)期四線并行，主要穿行于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖，線路軌面埋深為13～15 m，其上部為市政主要干道萬(wàn)家麗路，交通流量大，且地處繁華市區(qū)，嚴(yán)禁采用傳統(tǒng)爆破開(kāi)挖施工方法。

1 工程重難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)

暗挖隧道上方為萬(wàn)家麗路，交通流量大，無(wú)法中斷交通，如何控制好地面沉降，保證地面交通通行的安全與洞內(nèi)開(kāi)挖施工的安全是本工程的重點(diǎn)。隧道下穿較多市政管線，其中主要有DN400自來(lái)水管、DN800排水管、De200燃?xì)夤堋④娪霉饫|（3×2+1×2）孔、電力3×2孔等高風(fēng)險(xiǎn)控制性管線。如何做好管線的保護(hù)是本工程的難點(diǎn)。

隧道東北側(cè)為一高邊坡，坡頂與坡腳高差約為22 m，距離隧道結(jié)構(gòu)邊線約為10 m，對(duì)隧道產(chǎn)生偏壓。在施工過(guò)程中，受邊坡坡腳擾動(dòng)的影響，高邊坡有發(fā)生變形破壞的風(fēng)險(xiǎn)。如何保證施工過(guò)程中的邊坡穩(wěn)定性，是本工程的難點(diǎn)。隧道斷面跨度較大（22.6 m），埋深較淺（局部13 m），主要位于中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖層，初支結(jié)構(gòu)存在較大的變形、失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)。

2 總體施工方案

暗挖隧道從存車(chē)線豎井北端掘進(jìn)，采用人工配合炮機(jī)及風(fēng)鎬進(jìn)行開(kāi)挖;裝載機(jī)裝碴，桁吊吊碴，自卸汽車(chē)運(yùn)碴;中隔墻采用廠制定型穿銷(xiāo)式組合鋼模板，混凝土一次性澆筑;隧道主洞二次襯砌采用9 m自行式液壓鋼模襯砌臺(tái)車(chē)立模，混凝土采用商品砼，砼運(yùn)輸車(chē)運(yùn)送，混凝土輸送泵泵送入模，邊拱墻全斷面襯砌。

3 施工方法

中導(dǎo)洞超前施工流程如下：左右兩側(cè)導(dǎo)洞同步施工，較中導(dǎo)洞滯后50～70 m;側(cè)中洞待中導(dǎo)洞貫通，區(qū)段內(nèi)的中隔墻混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后方可同步施工;在主洞開(kāi)挖、初期支護(hù)和仰拱施工完成后，用整體式襯砌臺(tái)車(chē)進(jìn)行全斷面二次襯砌[1]。三導(dǎo)洞斷面示意圖如圖1所示。

3.1 第一階段

圍巖開(kāi)挖、支護(hù)順序如下：先期進(jìn)行中導(dǎo)洞初支施工，待中導(dǎo)洞掘進(jìn)50 m以上，同時(shí)進(jìn)行兩側(cè)側(cè)洞施工。中導(dǎo)洞施工步驟如圖2所示，側(cè)導(dǎo)洞施工步驟如圖3、圖4所示。

中洞Ⅰ第一步為：開(kāi)展中洞拱部超前小導(dǎo)管施工，預(yù)注漿加固地層;開(kāi)挖拱部土體1，上臺(tái)階高度約為6.5 m;依靠簡(jiǎn)易臺(tái)架進(jìn)行初期支護(hù)。

中洞Ⅰ第二步為：1部洞室超前2部洞室3～5 m后，采用臺(tái)階法開(kāi)挖2部土體，并澆筑中洞邊墻，使底部初期支護(hù)封閉成環(huán)。

側(cè)洞Ⅱ第一步為：開(kāi)展側(cè)邊洞拱部超前小導(dǎo)管施工，預(yù)注漿加固地層;開(kāi)挖拱部土體1，上臺(tái)階高度約為6.8 m;依靠簡(jiǎn)易臺(tái)架進(jìn)行初期支護(hù)。

側(cè)洞Ⅱ第二步為：1部洞室超前2部洞室3～5 m后，采用臺(tái)階法開(kāi)挖2部土體，并澆筑側(cè)邊洞邊墻，使底部初期支護(hù)封閉成環(huán)。

3.2 第二階段

圍巖開(kāi)挖、支護(hù)順序如下：繼續(xù)進(jìn)行剩余側(cè)洞初支施工，第二階段澆筑中隔墻，待中隔墻達(dá)到100%強(qiáng)度后，同時(shí)進(jìn)行兩側(cè)中洞施工。中隔墻施工與側(cè)中洞上臺(tái)階開(kāi)挖示意圖如圖5所示。

側(cè)中洞Ⅳ第一步為：澆筑中隔墻，并施作側(cè)中洞拱部雙層超前小導(dǎo)管，預(yù)注漿加固地層開(kāi)挖拱部土體1，上臺(tái)階高度約為7.0 m;依靠簡(jiǎn)易臺(tái)架進(jìn)行初期支護(hù)。

側(cè)中洞Ⅳ第二步為：1部洞室超前2部洞室3～5 m后，采用臺(tái)階法開(kāi)挖2部土體，并澆筑邊墻，使底部初期支護(hù)封閉成環(huán)。側(cè)中洞施工步驟如圖6所示。

3.3 第三階段

對(duì)于二襯結(jié)構(gòu)Ⅴ來(lái)說(shuō)，利用兩臺(tái)二襯臺(tái)車(chē)，同步對(duì)稱(chēng)澆筑左右線隧道二次襯砌結(jié)構(gòu)，并讓后澆筑的二襯結(jié)構(gòu)與之前澆筑完成的中隔墻連成整體，形成雙聯(lián)拱結(jié)構(gòu)。

4 施工控制要點(diǎn)

4.1 支護(hù)

4.1.1 超前支護(hù)。超前支護(hù)措施包括大管棚、小導(dǎo)管等，超前支護(hù)時(shí)要進(jìn)行注漿作業(yè)，確保開(kāi)挖期間隧道頂部巖體不發(fā)生松脫變形[2]。

4.1.2 初期支護(hù)。開(kāi)挖完成后，馬上進(jìn)行初期支護(hù)，以限制巖體松脫變形。對(duì)于地質(zhì)不穩(wěn)定斷層或涌水地帶，需要通過(guò)調(diào)整小導(dǎo)管間距和長(zhǎng)度、增加連接筋、增加鎖腳錨管數(shù)量、增加噴射混凝土厚度、增加臨時(shí)支撐等措施進(jìn)行加強(qiáng)，同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)[3]。

4.2 開(kāi)挖

一是以隧道開(kāi)挖炮機(jī)為主，人工+風(fēng)鎬配合，開(kāi)挖進(jìn)尺每循環(huán)1.5 m/3榀，采用裝載機(jī)裝碴，自卸汽車(chē)運(yùn)碴。二是采用微臺(tái)階法施工，上臺(tái)階超前下臺(tái)階3～5 m，下部臺(tái)階先不出碴，用挖掘機(jī)將上臺(tái)階炮碴挖至下臺(tái)階，積累一定量后再出碴，節(jié)省開(kāi)挖循環(huán)時(shí)間，加快開(kāi)挖進(jìn)度。采用激光斷面儀對(duì)開(kāi)挖斷面進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)欠挖部位立即采用風(fēng)鎬處理，對(duì)超挖部位采用C25素噴早強(qiáng)混凝土分層回填，確保超挖處密實(shí)無(wú)空洞。

4.3 中隔墻施工

中導(dǎo)洞貫通后，進(jìn)行中隔墻模筑混凝土施工，分段長(zhǎng)度為9m。中隔墻采用廠制定型穿銷(xiāo)式組合鋼模板，模板預(yù)留澆筑口，混凝土一次性澆筑。預(yù)埋的連接鋼筋嚴(yán)格按要求施作，在中隔墻底部預(yù)留仰拱鋼筋接駁器，頂部預(yù)留拱部鋼筋接駁器[4]。

4.4 臨時(shí)支護(hù)拆除

三導(dǎo)洞法各部開(kāi)挖支護(hù)完畢后，初期支護(hù)封閉成環(huán)，初期支護(hù)體系可以承受?chē)鷰r的全部應(yīng)力，觀測(cè)隧道封閉成環(huán)后隧道初期支護(hù)體系的變形情況，確定變形情況在正常范圍內(nèi)時(shí)，方可進(jìn)行豎向臨時(shí)支撐及橫向臨時(shí)仰拱鋼架的拆除。

4.5 仰拱施工

主洞初期支護(hù)全部完成后，經(jīng)量測(cè)，洞室處于穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)二次襯砌及時(shí)跟進(jìn)。為盡快使初期支護(hù)封閉成環(huán)，首先安排仰拱施工。仰拱施工階段，聯(lián)拱隧道處于最不利的受力狀態(tài)，為防止側(cè)墻受力過(guò)大而引起拱圈破壞，仰拱施工要求左、右洞對(duì)稱(chēng)進(jìn)行，施工長(zhǎng)度為9 m一段。

4.6 主洞二襯施工

在隧道初期支護(hù)形成穩(wěn)定的閉合環(huán)后，立即進(jìn)行二次襯砌施工。二次襯砌由洞外（進(jìn)口）逐步向洞內(nèi)（左、右洞對(duì)稱(chēng)）向大里程澆筑，盡量減少中隔墻頂?shù)脑僖淮问芰w系變化對(duì)中隔墻頂水平推力的影響。二次襯砌采用整體式襯砌臺(tái)車(chē)對(duì)稱(chēng)澆筑。

首先認(rèn)真清理初期支護(hù)表面，割除砼表面露頭的鋼筋、鐵絲，鑿除砼凸起部分;洞口首段襯砌必須左、右洞對(duì)稱(chēng)同時(shí)澆筑，防止水平推力過(guò)大破壞中隔墻的穩(wěn)定，澆筑過(guò)程中，在中隔墻側(cè)臺(tái)車(chē)與墻體間設(shè)置若干木楔，同時(shí)通過(guò)木楔松緊情況檢查、判斷臺(tái)車(chē)對(duì)墻體產(chǎn)生的水平推力情況，用以控制澆筑速度;當(dāng)二襯砼澆筑到中隔墻頂面對(duì)應(yīng)標(biāo)高位置時(shí)，二襯拱圈左、右部分應(yīng)對(duì)稱(chēng)交替進(jìn)行砼澆筑，防止拱圈模板因不均勻受力而發(fā)生偏壓變形。

5 結(jié)語(yǔ)

中風(fēng)化泥質(zhì)粉砂巖雙聯(lián)拱暗挖隧道施工采用三導(dǎo)洞機(jī)械冷開(kāi)挖法，在施工時(shí)序上，中導(dǎo)洞首先貫通，以便掌握隧道的實(shí)際圍巖地質(zhì)情況，為左右兩側(cè)導(dǎo)洞開(kāi)挖施工提供依據(jù)。三導(dǎo)洞機(jī)械開(kāi)挖有效解決了軟弱巖層大斷面淺埋隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中存在的安全問(wèn)題，三導(dǎo)洞開(kāi)挖斷面分區(qū)比較多，初期支護(hù)全斷面閉合成環(huán)的時(shí)間比較長(zhǎng)，但每個(gè)導(dǎo)洞都在開(kāi)挖后立即封閉成環(huán)，將開(kāi)挖施工斷面化大為小，盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng)，充分利用和保護(hù)圍巖的自承能力，提高隧道結(jié)構(gòu)的整體安全度，有效控制了圍巖出現(xiàn)較大變形與失穩(wěn)的風(fēng)險(xiǎn)。三導(dǎo)洞機(jī)械開(kāi)挖施工在各個(gè)工作面展開(kāi)后，各導(dǎo)洞均可以獨(dú)立進(jìn)行開(kāi)挖與支護(hù)施工，導(dǎo)洞之間的施工干擾少，同時(shí)減少了臨時(shí)支護(hù)拆除的數(shù)量，既保證了施工質(zhì)量和施工進(jìn)度，又控制了施工安全風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范：GB 50911—2013[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2013.

[2]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范：GB 50652—2011[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011.

[3]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)督管理總局.地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范：GB/T 50299—2018[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2018.

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