地铁暗挖通道挑高段开挖支护施工技术

刘飞 卜宪龙 郭美林

【摘要】在暗挖地铁施工过程中，由于暗挖结构断面形式的不断变化和周围环境的影响，也就出现了一种需要通过暗挖通道挑高爬坡的形式转入下一个结构断面施工的现象。本文以北京地铁7号线广安门内车站暗挖PBA法工程施工作为实例，对暗挖通道挑高段的开挖支护以及注浆加固施工技术和方法进行详细介绍，为今后类似工程提供借鉴和参考。

【关键词】地铁；暗挖通道；挑高段；开挖支护

中图分类号：TU74文献标识码： A

1概述

随着中国社会主义市场经济的繁荣发展，地铁在城市发展中扮演的角色日渐突出，同时也成为一个城市经济发展水平最有力的衡量标准。地铁一般修建于城市的商业繁荣和交通拥挤的地段。暗挖地铁应运而生，很好的解决了由于地铁修建造成的交通限流或中断现象。在暗挖地铁施工过程中，由于暗挖结构断面形式的不断变化和周围环境的影响，也就出现了一种需要通过暗挖通道挑高爬坡的形式转入下一个结构断面施工的现象。因此，如何在不良地层中和周围复杂环境影响下，安全快速且保质保量的完成挑高段暗挖开挖支护工作，是现阶段地铁工程技术人员面临的亟待解决的技术难题。本文以北京地铁7号线广安门内站为工程背景，详细介绍地铁暗挖通道挑高段开挖支护施工技术。

2工程概况

2.1设计概况

广安门内站位于广安门内大街和白广路交叉路口，沿广安门内大街跨路口设置。车站设置4个竖井连通道，每个连通道都有一段暗挖挑高段。挑高段水平长度9.0m，高度4.4m；初期支护强度等级C20，厚度0.3m；格栅钢架安装间距0.5m，每榀格栅钢架安装抬高高度250mm。

2.2工程地质及水文地质概况

2.2.1工程地质

广安门内站工程范围内地形略有起伏，地面标高48.75～48.25m。场地在地貌上属冲洪积平原，地层以第四纪冲积、洪积土层为主；地层土质分布情况分述如下：

暗挖通道上覆土以房渣土①1、粉土填土①、粉土③和粉细砂④3为主；暗挖通道主要位于粉细砂④3、卵石⑤和卵石⑦中；结构底地层为卵石⑦层。

2.2.2水文地质

广安门内站工程范围内发现1层地下水，为潜水（二），主要含水层为卵石⑦层，透水性好，静止水位标高22.90～22.07m (水位埋深25.50～26.60m)，位于结构底板以上。本层地下水分布连续，含水层渗透系数大，为强透水层。其补给来源主要为大气降水和侧向迳流补给，以侧向迳流、人工开采为主要排泄方式。

2.3施工重、难点

暗挖挑高段拱部位于无粘结、自稳能力差的粉细砂层，开挖过程极易发生塌方现象，施工风险大，是施工的难点。

暗挖挑高段垂直下穿φ1550和φ1050污水管，且距拱顶结构小于2m，为一级风险源，保证安全通过这两条污水管线是施工的重点和难点。

（3）暗挖挑高段格栅间距0.5m，每榀格栅需挑高约250mm，而且挑高段施工空间狭小，施工难度大，风险高。

3暗挖通道挑高段施工方法

暗挖通道挑高段施工严格遵循“管超前、严注浆，短开挖、强支护，早封闭、勤量测”暗挖十八字方针[1]。同时，增加掌子面深孔注浆，以及加强地质超前探测。

暗挖通道挑高段主要施工流程：施工准备→掌子面深孔注浆→超前支护注浆→土方开挖→格栅安装→喷射混凝土→背后注浆。

3.1施工准备

（1）技术准备：提前阅读施工图纸，熟悉并掌握图纸设计意图，对图纸中的问题及时与设计进行沟通解决；按照图纸和规范并结合以往暗挖施工经验，编制专项施工方案和技术交底。

（2）现场准备：一是全面检修施工用配料机、搅拌机、喷射机、注浆机、机械三轮车等机械，并且确保试运行良好；二是将所有施工用材料和应急物资准备到位。

（3）人员准备：组织现场管理人员重新对作业人员进行安全和技术交底，让每个人都了解施工的风险，提高安全意识；并对现场管理和作业人员进行认真细致的施工技术培训，做到人人心中有数。

3.2掌子面深孔注浆

（1）采用C20喷射混凝土+单层φ6.5@150×150mm钢筋网片封闭掌子面作为止浆墙，厚度150~200mm。

（2）注浆管选用DN32水煤气管，单根长度3m，孔间距0.8×0.8m，打设角度平行于爬坡角度，搭接长度为1.0m。注浆管一端制作成圆锥状，在距另一端100mm处焊接φ6钢筋箍，距钢筋箍一端1000mm不开孔，剩余部分每隔200mm梅花型布设φ6~φ8的溢浆孔[2]。采用风镐将注浆管顶入地层中，并控制好打设角度。

（3）根据现场地质呈弱碱的特点，以及为了避免后期对注浆固结土体的机械风镐破除，注浆浆液选用改性水玻璃。

（4）改性水玻璃是以水玻璃为主剂，以硫酸及其它辅助材料为副剂配置而成。水玻璃：模数2.8~3.3，浓度40Be′以上；硫酸：浓度98%以上，亦可用废硫酸代替[2]。然后将水玻璃稀释到浓度为10~20Be′，浓硫酸稀释为10%~20%稀硫酸。最后把稀硫酸倒入稀释后的水玻璃中，将浆液的PH值调配到3.0~3.5之间即可。

（5）正确连接管路，检查单液注浆泵的运转情况，并进行压水试验，检查管路的密封性和地层的吸浆情况，压水试验的压力不小于设计终压，时间不小于5min。

（6）注浆压力0.2~05Mpa。注浆过程中要经常检查注浆压力、注浆量以及注浆管口情况和工作面，发现异常情况及时处理，并做好详细施工记录。注浆过程中，如压力逐渐上升，流量逐渐减少属于正常现象；如压力长时间不上升（小导管注浆5min）流量不减，可能是跑浆或漏浆；如压力急剧上升，流量急剧减少，在排除地层因素外，可能是管路阻塞。

3.3超前支护注浆

（1）超前小导管选用DN32说煤气管，单根长度2.5m，打设范围为拱部180°，环向间距0.3m，每榀打设，打设角度比爬坡段角度大20~25°。具体制作方法同深孔注浆管。小导管打设风管成孔，后插入导管，导管打设完成将管内杂物清理干净，并用棉纱将孔口堵住，防止喷射砼将孔口堵住，影响注浆效果。

（2）钻孔施工允许偏差见表3.3.1

表3.3.1 钻孔施工质量控制标准

项目 外插角 孔距 孔深

允许偏差 1° ±15mm 0，＋25mm

检验方法：外插角及孔位偏差使用仪器测量， 孔深和孔距采用尺量。

（3）超前注浆浆液配制和注浆施工方法和技术要求同掌子面深孔注浆施工。

（4）小导管注浆结束标准：

1）单根注浆结束标准：注浆过程中，压力逐渐上升，流量逐渐减少，当压力达到注浆终压，注浆量达到设计注浆量的80%以上，可结束该孔注浆；注浆压力未能达到设计终压，注浆量已达到设计注浆量，无漏浆现象，亦可结束该孔注浆[2]。

2）本循环注浆结束标准：所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象，即可结束本循环注浆[2]。

3.4土方开挖与格栅安装

暗挖通道挑高段采用半幅开挖的施工方法，即第一步先开挖通道的左（或右）半部分，安装格栅钢架，并采用1根15×15cm方木顶住格栅钢架顶部连接板位置，方木底部必须用10mm厚20×20cm的钢板垫实，保证格栅钢架的稳定性；然后进行网喷砼施工；第二步，待喷射砼达到强度后，进行另一半部分开挖与支护，施工步骤与要求同第一步。

（1）每循环土方开挖前采用洛阳铲进行超前探测，超前探测距离为3m，探明前方地质和土层含水情况，确保前方地层没有发生突变，且没有积水囊。

（2）土方开挖过程中，考虑到为爬坡段，可适当放长台阶长度达5米以上，并预留核心土。开挖过程露出的深孔注浆管不要全部切除，部分可留作人员上下附着点。为了保证开挖轮廓一步到位，可采用三角架（长直边长1.0m，短直边长0.5m）测量开挖轮廓的高度，该三角架根据挑高段的爬坡角度专门制作的；也可以在后续施工中指导和提高格栅安装速度和质量。

（3）通过现场测放的中线、标高和里程控制点来复核格栅钢架安装的位置；利用水平尺通过检查格栅钢架的拱脚和拱顶的水平度来复核格栅钢架安装的垂直度。格栅钢架连接板4个螺栓全部戴上，且密贴无缝隙；对于螺栓戴不齐的和连接板有缝隙的必须采取加焊同主筋直径的钢筋，且焊接质量满足规范要求。格栅钢架拱脚必须用方木或加气块垫实，并打设3m长的锁脚锚管，并注单液水泥浆。格栅安装允许偏差见表3.4.1。

表3.4.1格栅安装允许偏差表

项目 纵向偏差（mm） 横向偏差（mm） 高程偏差（mm） 垂直度偏差 保护层偏差（mm）

企标标准 ±30 ±20 ±15 5‰ -5

国标标准 ±50 ±30 ±30 5‰ -5

（4）格栅钢架安装完成后，在钢架上焊接沉降监测点和背后注浆管。监测点布置间距5m；背后注浆管布置间距：环向间距2m，纵向间距3m，梅花形布置。

3.5喷射砼施工

格栅安装后铺设钢筋网并喷射C20混凝土封闭形成支护。喷射混凝土采用湿喷工艺，喷射厚度300mm分次喷射至设计厚度。

喷射过程中，喷嘴与受喷面尽量垂直，两者的距离一般为0.6m～1.0m。开始喷射时，须减小喷头与受喷面的距离，喷嘴适当倾斜，以保证钢筋与壁面之间混凝土的密实性[3]。喷射混凝土终凝2小时后，须及时湿润养护。喷射混凝土的表面平整度须控制在15mm以内，无裂缝及掉渣现象。钢筋不得外漏。断面每10米埋设喷混厚度标志，严格控制初期支护厚度。

3.6背后注浆

喷射混凝土完成后，由于施工工艺及喷射混凝土自重等原因，导致初期支护背后与围岩间存在空隙。为了防止地层下沉变化导致地表和管线等沉降过大，采取背后注浆充填的方法；背后回填注浆不仅具有控制地层沉降的作用，还具有堵水、加固结构、改善结构受力条件等的良好作用[3]。

背后回填注浆浆液选用单液水泥浆，水泥浆配合比1：1～1：0.8；注浆压力通常选择在0.4～0.6MPa。注浆管采用DN32水煤气管，采用预埋方式布置，预埋管以内端顶在开挖基面为标准，如达不到基面，易被喷混凝土堵塞，但如果进入基面，又不宜注浆。

背后注浆结束标准：当注浆压力稳定上升，达到设计压力并持续稳定10分钟后(土层中适当延长时间)，不进浆或进浆量很少时，即可停止注浆作业；如压力突然上升，应立即停止注浆，并打开泄压阀泄压，之后疏通注浆管，以确保安全。

3.7监控量测

待初期支护终凝后，利用精密水准仪和挂尺采取初始值；监测频率为2次/天，并将监测的数据及时反映给设计代表、监理等，及时分析整理，判断前一步施工工艺和支护参数是否符合预期要求，以确定和调整下一步施工，确保施工安全和地表建筑物、地下管线的安全，充分实现信息化施工。

4结语

暗挖初期支护的施工质量是决定暗挖工程施工能否安全顺利完成的关键因素。通过采用合理的施工方案，加强现场施工技术指导和质量控制，并对洞内、地表、管线以及周边建构筑物的变形进行实时监测，保证整个暗挖过程处于可控状态。目前广安门内站暗挖通道挑高段都已全部施工完成，且地表和管线沉降变形都处于安全状态。通过该工程的施工实践，得到以下几点体会：

（1）施工前做好各项准备工作。由总工程师牵头组织技术人员和现场作业人员一起讨论、制定科学合理且符合现场实际的施工方案，充分考虑施工过程中遇到的问题和预防措施。

（2）要勤于测量放线工作，做到每开挖循环一次就测量放线复核一次；保证中线、标高、里程等控制点紧跟掌子面，提高施工速度和降低施工误差。

（3）充分重视超前注浆和背后注浆工作；同时提高监控量测频率，要真实反映洞内和地表沉降变化，并及时反馈到施工中，科学指导施工进程。

（4）现场暗挖管理人员24小时不间断在掌子面值班，发现异常及时处理并向值班领导汇报。过程中对地层变化情况进行详细记录，并及时进行施工总结，指导下一步施工。

参考文献：

[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

[2]DBJ01-96-2004.地铁暗挖隧道注浆施工技术规程（试行）.[S]

[3]QGD-006-2005.车站工程施工质量验收标准.[S]

作者简介

刘飞，男，1980年11月出生，江苏省徐州市，职称：工程师，2003年毕业于西南交通大学土木工程专业，工学学士。

卜宪龙，男，1980年09月出生，吉林省长春市，职称：工程师，2004年毕业于吉林建筑工程学院交通工程专业，工学学士，研究生。

郭美林，男，1985年06月出生，河北省邯郸市，职称：助理工程师，2010年毕业于太原理工大学土木工程（地下方向）专业，工学学士，第二学位管理学学士。