城市地铁双联拱暗挖隧道偏洞法施工技术

2011-08-28黄章君

隧道建设(中英文) 2011年2期

黄章君

(中铁隧道集团二处有限公司，河北三河 065201)

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深圳地铁5号线西丽站为了方便与7号线换乘，设计为侧式站台，为与区间单洞单线曲线隧道衔接，设了一段不对称的双联拱隧道过渡。为了解决不对称双联拱隧道在施工中的偏压问题，设计采用了偏洞法施工。由于偏洞法在地铁施工中工程实例较少，可借鉴的经验也很少，在西大区间双联拱隧道偏洞法施工中遇到了不少问题。笔者参考西大区间偏洞法的设计，结合施工中的亲身经历，对偏洞法施工进行了总结。

1 工程概况

1.1 设计概况

深圳地铁5号线西大区间矿山法暗挖隧道为西丽站至区间左、右线盾构吊出井之间范围，右线起讫里程DK11+489.363～+886.3，隧道长396.937 m;左线起讫里程DK11+489.363～+910.323，隧道长420.957 m，平面布置见图1所示。其中，西丽站(侧式站台)与分离式区间隧道之间，设96.4 m左右不对称的双联拱隧道过渡衔接，设计为复合式衬砌结构，共分4种隧道断面形式，支护参数见下表1，采用偏洞法施工。

图1 西大区间工程项目平面示意图Fig.1 Plan layout of the project

1.2 工程地质

本区间地形较为平坦，高程13.2～14.1 m，上部主要为冲洪积沉积的黏性土、砂层和圆砾层，地表为人工填土层，道路表层有混凝土路面、沥青路面。区间隧道所穿越地层主要为强风化花岗片麻岩和粉质黏土层，地质条件差，强度较低，遇水后软化，自稳性差，部分地段拱顶为砂层，该地层沉降反映明显，地表沉降量不易控制。地质剖面见图2。

表1 双联拱隧道支护参数表Table 1 Supporting parameters of doublearch tunnel

图2 西大区间矿山法暗挖隧道地质剖面图Fig. 2 Geological profile of mined tunnel at Xili－Daxuecheng section

1.3 水文地质

本场地地下水主要有松散岩类孔隙水及基岩裂隙水。孔隙水主要赋存在第四系黏性土、砂层、圆砾层及残积层中，砂层、圆砾层中地下水略具承压性。基岩裂隙水主要赋存在花岗岩强－中风化层中，略具承压性。勘察期间地下水位埋深2.3～7.6 m，水位高程5.46～11.06 m，水位变幅0.5～2.0 m。地下水补给来源主要为大气降水、河水及地表水的渗透，地下水与河水互补，存在水力联系。

1.4 周边环境

双联拱隧道位于留仙大道与沙河西路交叉的十字路口，地面交通繁忙，人、车流量大，地下密布电力、电信、燃气、供水、路灯、雨水、污水等地下管线，特别是右线隧道拱顶上方有1条平行于隧道的废弃雨水箱涵(8.4 m宽×1.6 m高，涵底埋深约4.5 m)和2条垂直于隧道的源水管(里程YDK11+518.4处φ2 200 mm源水管，埋深在地面以下7 m;里程YDK11+521.4处φ800 mm源水管，埋深在地面以下6 m)。施工时必须采取有效措施，保证地下管线和地面交通安全。

2 偏洞法施工步序

先行开挖小偏洞，接着施作小偏洞二次衬砌，建立起支撑体系，待小偏洞二次衬砌结构达到一定强度后，开挖大偏洞，然后施作大偏洞二次衬砌，封闭成环。4－4断面施工步序见表2。

3 主要施工方法、施工工艺

3.1 开挖支护施工

3.1.1 小偏洞开挖支护

双联拱小偏洞采用“CRD工法”施工，分4部开挖，每部之间的距离为5～10 m。每部又分上下台阶法施工，每循环开挖进尺严格按设计施作，开挖时严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”18字方针，见图3。

图3 小偏洞1部开挖Fig.3 Part 1 excavation of small sub－tunnel

3.1.2 大偏洞开挖支护

双联拱隧道小偏洞二次衬砌施工完成一段并达到一定强度后，开挖大偏洞。1－1，2－2，3－3断面大偏洞采用台阶法施工(中部设临时仰拱)，见图4;4－4断面大偏洞采用“CRD工法”施工，其余施工方法同小偏洞。

3.2 二次衬砌施工

3.2.1 小偏洞二次衬砌施工

小偏洞开挖支护完成后，开始由洞口向洞内分段破除临时中隔墙和临时仰拱混凝土，并加强地表沉降和洞身初期支护变形监测，收集临时支撑混凝土破除工况下的变形数据。监测信息反馈，临时支撑混凝土破除后，地表沉降和初支变形速率没有明显变化;所以决定一次性破临时中隔墙和临时仰拱混凝土，保留钢支撑和连接筋。然后分段拆除临时支撑，施作小偏洞底板、中隔墙直墙、中隔墙天梁、拱部二次衬砌，分段长度为9 m一组，形成平行流水施工。为了确保拆撑后初期支护的安全，临时钢支撑拆除超前拱部二次衬砌不大于18 m。中隔墙采用组合钢模板立模，方钢+穿墙对拉丝杆加固，见图5。1－1，2－2，3－3断面小偏洞拱部采用整体液压模板台车衬砌，见图6。4－4断面小偏洞拱部采用可调简易模板台架+梳型木+可调弧形钢模板进行衬砌，见图7。

3.2.2 大偏洞二次衬砌

双联拱大偏洞开挖完成后，同理，根据监测数据，一次性拆除小偏洞边墙初期支护和临时仰拱进行大偏洞的二次衬砌。然后由洞内向竖井口施工大偏洞二次衬砌，二次衬砌分底板和拱墙二次浇筑，底板每段衬砌长度20 m，1－1，2－2断面大偏洞拱墙整体液压模板台车衬砌，该台车利用小偏洞模板台车更换顶模改装，模板台车长度9 m，拱墙每次浇筑长度为台车长度。3－3，4－4断面大偏洞采用可调简易模板台架+梳型木+可调弧形钢模板进行衬砌。成型后的双联拱隧道见图8。

双联拱隧道3－3，4－4断面模板支撑图见图9和图10。

图10 4－4断面模板支撑图Fig.10 Formwork supporting at 4 － 4 cross－section

4 施工中遇到的问题和处理措施

4.1 小偏洞开挖过程中，地表沉降过大

2009年10月6日，小偏洞①部开挖至DK11+510，②部开挖至DK11+520，③部开挖至DK11+515，④部开挖至DK11+520。通过监测表明:地表沉降速率明显加快，最大值达到－21.75 mm/d，地表沉降累计最大值达－157.03 mm，洞内拱顶沉降和净空收敛速率也明显加快，达到橙色预警。

4.1.1 原因分析

1)新增竖井至西丽站间区间双联拱隧道位于留仙大道与沙河西路路口，交通繁忙，无法施作降水井，不具备降水条件，而隧道开挖地层主要为强风化花岗片麻岩和粉质黏土层，地质条件差，且地下水丰富，补给充足;开挖过程中地下水自掌子面渗流而出，且有明水成股流出，造成开挖面土体遇水软化，强度和承载力大大降低，造成土地失稳，出现小坍塌，个别地方还出现了涌泥涌砂，引起大量水土流失，造成拱顶及地表沉降过大;

2)开挖分部多，每部又分上下台阶开挖，而工期紧，为抢工期，各部错开距离较小，有时候只有1～2 m，在同一个区段多个工作面同时开挖，出现各工作面开挖沉降叠加，引起沉降速率过大;

3)开挖分部多，初期支护支全断面封闭时间长，造成拱部回填注浆滞后，不能及时回填初期支护背后空隙，阻断初期支护外地下水渗入洞内，初期支护拱顶地下水大量流失，引起地表沉降。

4.1.2 处理措施

1)立即挂网喷混凝土封闭全部开挖面，进行TSS管注浆加固;

2)暂停部分导洞开挖，各导洞步距控制5～10 m，各导洞上台阶开挖长度控制在4榀钢架间距，各导洞初期支护尽早封闭成环;

3)及时进行初期支护背后回填注浆，有效控制地表下沉。

4.1.3 实施情况

按以上技术措施实施后，有效控制了地表沉降，控制了险情。在后续的施工中对开挖面的水提前引排，严格控制各导洞施工步距，步步成环，同时缩短每循环开挖面的封闭时间，地表沉降速率较已施工段有明显降低，但最大累计沉降仍然达到80 mm。

4.2 隧道渗漏水较多，防水效果不理想

双联拱隧道防水施工一直是一项施工难题，区间隧道二次衬砌全部封闭后，中隔墙天梁施工缝、边墙水平施工缝和大跨以下边墙渗漏水严重。

4.2.1 原因分析

1)两侧隧道拱顶背后渗水均汇集在中隔墙顶，加上地铁防水不允许引排，二次衬砌全部封闭后形成水囊，一直有水;

2)中隔墙天梁施工时，预留的大偏洞施工缝紧贴初期支护，无法安装止水带，且大偏洞二次衬砌施工前需破除该处小偏洞初期支护，防水板保护和修补困难;

3)拱墙衬砌浇注时，润滑输送泵管的水和砂浆全部入模，水和砂浆混合后产生离析、泛砂，造成施工缝全是离析的水泥砂浆，密实度差，抗渗能力差;

4)模板台车振捣窗口设计不合理，大跨以下没有混凝土振动窗口，造成大跨以下不能用插入式振动棒振捣，混凝土密实度差。

4.2.2 处理措施

1)小偏洞中隔墙天梁与小偏洞拱部混凝土一次性浇筑，减少小偏洞一道施工缝的防水薄弱环节;

2)小偏洞中隔墙天梁施工时，大偏洞施工缝钉小方木条，预留凹槽，便于大偏洞二次衬砌施工时安装止水带;

3)大偏洞施工缝和拱顶预埋注浆钢管，二次衬砌混凝土达到设计强度后，尽量多注水泥浆，填充缝隙，达到理想的止水效果;

4)加强混凝土浇注的现场管理，润滑管道的水和多余水泥砂浆不得入模;

5)优化台车开窗设计，大跨以下和大跨处增设一排振捣窗口。

4.2.3 实施情况

双联拱隧道4－4断面和后施工的大偏洞按以上技术措施改正后，隧道衬砌渗漏水点、渗水量情况有了明显改观，但中隔墙处渗漏水仍然无法消除。

4.3 双联拱隧道衬砌方案的革新

本区间的双联拱隧道长95.3 m，有4种断面形式，且左右多不对称，单洞断面共有6种，按传统的二次衬砌方案，采用满堂红钢管架+组合小钢模板衬砌，钢管支架和模板投入多，安拆工作量大，施工进度慢，且小模板观感质量相对较差。针对该双联拱隧道断面变化多的特点，进行了专题调研优化，对方案进行了革新，制订了整体液压模板台车和可调简易模板台架+梳型木+可调弧形钢模板相结合的二次衬砌施工方案。该方案台架可以像模板台车一样移动，每种衬砌断面只需搭拆一次，大大节省了钢管架、梳型木、钢模板搭拆时间和降低了工人的劳动强度。同时，台架下预留了通道，仰拱施工、拱墙钢筋安装与模板台车衬砌可形成平行流水作业，拱墙衬砌进度指标由7 d/组提高到2～3 d/组，缩短了工程施工周期，减少了人工投入和钢管支架、模板一次性投入，降低了施工成本;而且，可调弧形模板均为大模板，弧度可调，拼缝错台小，衬砌结构轮廓线圆顺，整体观感质量较好。