浅埋淤泥地层地铁隧道下穿城市干道技术研究

周瑞锋　苏莹

【摘 要】结合深圳地铁7号线BT项目7302标安托山停车场出入线下穿北环大道段隧道暗挖实例，在浅埋淤泥地层及上覆大流量车辆荷载的条件下，提出采用了超前双层大管棚+超前小导管+超前帷幕注浆的超前预加固综合支护措施进行超前加固。不仅有效的控制了地表沉降量，而且还确保了上覆城市干道的行车安全与隧道开挖的施工安全，为相似工程支护结构设计与施工提供了借鉴。

【关键词】浅埋暗挖；大管棚；超前小导管；帷幕注浆；地表沉降；下穿城市干道

0 引言

近年来我国城镇化步伐加快，人们对公共交通的需求不断提高，伴随着各种交通问题接踵而至。浅埋暗挖法是一种在接近地表的地下环境中对各类型地下建筑物暗挖施工的方法。在地下硐室的施工过程中，可以有效的控制对地面交通的影响。如何有效加固地层，防止施工过程中土方坍塌和地表沉降，是浅埋暗挖法的施工要点[1]。本文通过工程实例研究如何在浅埋淤泥地层及上覆大流量车辆荷载的条件下对地层进行超前加固，确保施工过程中的安全性。

1 工程概况

安托山停车场出入线左、右线隧道以单洞单线形式下穿北环大道，左线下穿起始里程为左ADK1+101.00～左ADK1+163.00（长62m），右线下穿起始里程为右ADK0+655.00～右ADK0+719.00（长64m）。右线下穿北环大道段隧道埋深约为12.3m，左线下穿北环大道段隧道埋深约为11.5m，隧道处于强、中风化花岗岩中，设计围岩等级为Ⅵ级，隧道顶部为人工堆积层及残积层。下穿北环大道施工前，利用地质雷达对隧道前方围岩进行探测，探测结果显示左右线下穿段地表以下堆积层中含较多填石，土层松散、部分岩面破碎、部分区域路面下方存在淤泥等不良地质。左右线隧道下穿北环大道平面示意图如下图1所示。

2 超前支护施工措施

2.1 超前双层大管棚

管棚采用长度为40m、直径φ108的无缝热轧钢管。管棚分段连接而成，管节长度为5m。管节之间通过丝扣联结而成，丝扣长度8～10cm。沿隧洞开挖轮廓线外25cm处布置双层管棚，管棚轴间距离为35cm、环向间距40cm。钢管纵向近水平外插设置，外插角为1～2°；φ127管棚导向管，导向墙设I20a工字钢架[2]。双层管棚设计图见图2所示。

2.2 超前小导管

对隧道洞顶150°范围进行超前小导管加固，前端做成锥字形，小导管长为4.5m，直径？椎42mm。小导管中间部位设置？椎10mm，间距为20mm的注浆孔。末端焊接？椎8mm的环形箍筋，在打设小导管时减轻对端部的损害。小导管沿隧洞开挖轮廊线以外插角为1°～2°间隔向外倾斜布置，环向间距为40cm。小导管尾端与钢拱架连接固定，止浆塞用沾有胶泥的麻丝绳浇成的柱状塞[3]。

本工艺的关键施工技术是先用喷混凝土封闭开挖面，然后沿隧洞开挖轮廊线钻孔，打入小导管，从上而下向小导管内注入浆液，由导管渗透到地层中，待浆液硬化后形成隔水帷幕，提高开挖安全系数。注浆开始前，应进行压水或压稀浆试验，检验管路的密闭性和地层的吸浆情况[4]。当注浆压力达到设计注浆量的85%以上时，可以停止注浆[5]。

2.3 超前帷幕注浆

综合勘察地质资料、超前地质预报成果，方案设计为：由隧道拱部150°布设的双层超前大管棚与超前帷幕注浆的径向4m加固圈共同形成筒状封闭预支护体系。制定超前帷幕注浆施工示意图如图2所示。

3 管棚的变形分析

采用双层超长大管棚的弹性地基梁受力模型进行分析，隧道掌子面通过双层管棚时，在隧道初期支护后，将其固定端看作是具有初始位移ω和转角θ0[6]。在开挖未支护段，围岩的松动压力全部由管棚承受，即管棚的最大受力处[7]。管棚力学模型示意图如图8所示。管棚挠曲线方程为：

管棚与初期支护连接处初始位移ω=9mm，初始转角θ0=1.4°。采用MATLAB软件进行算，分别求得参数为：M1=0.0065、M2=0.0135、M3=0.0196、M4=0.02。分别代入系数可得挠度和剪力方程。

由计算结果可知，当隧道开挖一步时，管棚的最大挠度约为20mm，而实测值约为13mm，比实测值大，主要是由于本文的管棚以单根钢管为研究对象，当管棚作为双层管棚时相互之间形成重叠组合效应，进而更好地控制围岩的松动和地表沉降。管棚受力最大处和最大变形处发生在隧道开挖未支护段，要及时施作好初期支护，使管棚与初支共同承担围岩压力，提高隧道施工安全性。

4 地表监测

对于地铁施工中的浅埋淤泥地层隧道，由于隧道开挖施工，破坏了岩土体原有的应力状态，导致隧道周围岩土体应力释放，在隧道净空方向上，岩土体将产生位移变形，当变形影响至地表时，便形成施工沉降槽，诱发较大的地表沉降，对行车路面及地表建筑物造成一定程度的损伤。

监控量测是监控地表沉降，评价围岩稳定性的重要手段。隧道施工期间，于每个断面橫通道地表监测布设9个监测点。监测结果显示，地表沉降最大值位于左ADK1+130.00处断面上，断面上各监测点的累积沉降值符合施工沉降槽的变化规律，其中沉降最大的点出现在横通道中心的监测点F0处，最大值为19.32mm，其值在安全允许范围内。由图8所示的F0、F1、F7三个监测点的地表沉降值随时间的变化规律可知，土体在开挖过程中，开始时沉降速率大，随着注浆加固和支护的增强，沉降逐渐趋于稳定，保证了施工安全。表3为左ADK1+130.00处断面各监测点累计最大沉降值。

5 结语

（1）淤泥质地层条件下，浅埋暗挖隧道的施工关键是建立良好的预支护体系：超前支护可由双层超前大管棚、超前小导管和超前帷幕注浆组合而成。不但使拱顶预先形成加固的保护环，而且形成止水帷幕以阻截上覆淤泥渗水，改善围岩物理力学性能。

（2）通过科学的组织和精细的施工，在埋深浅、围岩等级低的条件下，采用矿山法施工，顺利解决了下穿北环大道的施工难题，确保了既有公路的运营安全和隧道的施工安全，为城市地铁下穿既有公路提供了成功实例和借鉴经验。

【参考文献】

[1]南小军.城市地下浅埋暗挖隧道小导管注浆加固措施探讨[J].技术与市场，2011，2：13-14.

[2]金向阳.超前长距离大管棚支护在深表土层斜井施工的应用[J].煤炭科学技术，2012，6：19-21+25.

[3]贺长俊，蒋中庸，刘昌用等.浅埋暗挖法隧道施工技术的发展[J].市政技术，2009，3：274-279.

[4]孙国庆.超前大管棚施工工艺及参数优化研究[J].隧道建设，2010，05：495-497+507.

[5]杜进义.浅析超前大管棚支护在高速公路隧道中的应用[J].中华民居（下旬刊），2014，1：269.

[6]况勇，朱永全，贾晓云.上海地铁2#线淤泥质地层地铁隧道浅埋暗挖施工技术方案研究[J].岩石力学与工程学报，2006，S1：2946-2951.

[7]宋占波.深圳地铁浅埋暗挖施工技术[D].天津：天津大学，2004，6.

[责任编辑：曹明明]