杂填土区浅埋偏压隧道进洞施工技术及质量控制措施

易雄川

（重庆建工市政交通工程有限责任公司，重庆400061）

杂填土区浅埋偏压隧道进洞施工技术及质量控制措施

易雄川

（重庆建工市政交通工程有限责任公司，重庆400061）

目前城市地铁隧道暗挖施工一般利用施工通道斜井进入正线，作为隧道正线开挖及材料运输通道。能够选择好合理的施工通道线路，对后期施工影响巨大。由于在城市核心区域修建施工通道，场地多受限制，有时需在地质条件不利的情况下完成施工通道挂口进洞。重庆地铁环线涂山车站施工通道洞口位于浅埋偏压杂填土地段，在此条件下施工难度极大，特别是安全进洞施工。该文以此隧道为案例，对复杂地质情况下的进洞施工技术等进行研究，相关施工技术及措施直接指导隧道施工。

杂填土；浅埋；偏压；进洞；施工技术

1　工程概况

1.1设计概况

重庆地铁环线涂山车站施工通道A型断面隧道开挖高度8.04m，开挖宽度7.62m，该断面为隧道进洞前30m，下穿杂填土区域，隧道埋深7.8～15.7m，属浅埋隧道。洞口设Φ108超前大管棚，管棚采用直径108mm，壁厚6mm钢管，施作长度35m，环向间距40cm。同时设Φ42超前小导管，单根长度4.5m，环线间距40cm，拱部180°范围布置，纵向间距3m。I20a型钢钢筋支护，间距0.5m，C25喷射混凝土厚度28cm。

1.2水文地质情况描述

该隧道由于地处闹市区，人类活动频繁，场区经平场改造成厂房，在原始地貌上形成0～27.4m的杂填土。填料物质松散，其堆填年限5～10年，粒径大小不均，级配较差，不连续，且土体内存在大块石架空现象，结构松散-稍密，土体渗透性系数较大，暴雨季节易发生大量渗水现象。

1.3洞口不利因素分析

洞口未施工前现状地貌为左侧高、右侧低的土质高边坡土体，边坡坡度约为45°，坡体处于稳定状态，如图1所示。隧道洞口挂洞前先对部分土体进行平场，同时开挖隧道左侧边坡及洞顶仰坡。洞口段杂填土厚度20～25m，堆填年限较短，自身固结未完成，隧道需从杂填土层中部完成挂口进洞，如图2所示。

图1　洞口横断面图

图2　洞口纵断面图

隧道进洞后纵向形成左侧土体厚、右侧土体薄的特点，在开挖过程中造成隧道拱部不平衡受力，形成横向倾角为45°的顺层偏压隧道，轻则可造成隧道拱圈变形，重则隧道失稳产生坍塌破坏。

同时隧道基底位于填土中，易产生不均匀沉降。由于回填土的强透水性，隧道在暴雨季节施工容易造成拱部填土的垮塌，隧道结构整体沉降，施工难度极大。

2　洞口环境处理

2.1边仰坡加固

边仰坡开挖前做好坡顶硬化，施工坡顶截排水沟，防止地表水渗入土体，增大边仰坡土体侧压力，造成边坡滑塌。截水沟宽20cm、高30cm，采用浆砌片石砌筑，10mm厚防水砂浆抹面，通过单坡排水引出场外。

采取钢花管注浆对边仰坡土体进行深孔注浆加固，提高边坡自稳能力。钢花管采用Φ42壁厚3.5mm、长度7m、间距1.5× 1.5m梅花型布置。边仰坡分台阶开挖，单次开挖高度不超过2m。开挖完成后及时对土体进行注浆加固，采用M30水泥浆进行注浆。然后挂网喷射混凝土，封闭坡面，喷射混凝土采用C25厚度15cm，喷混施工前注意预留泄水管，采取堵、排结合方式确保边坡土体安全。

2.2桩板式挡墙加固

由于受地理条件限制，按设计标高平场后，明槽段左右两侧将形成0～12m填土边坡。原状岩土界面埋深较深，无外倾临空面，边坡整体稳定。但由于素填土均匀性差、自稳能力差，在明槽开挖时会形成外倾临空面，边坡易发生内部垮塌。

利用桩板挡墙对明槽两侧边坡土体进行加固，确保了左侧高边坡坡脚稳定，为下一步明槽开挖创造有利条件。同时桩板挡墙冠梁与洞口管棚套拱一并浇筑形成整体，钢拱架用锁脚锚杆与桩基连成一体，可确保洞口稳定。

2.3减小洞顶偏压处理措施

由于洞顶仰坡为工厂围墙，隧道仰坡右侧不具备削坡卸载条件。采用反压回填技术措施，回填高度至坡线中部，以达到增加右侧土体厚度和平衡隧道左右两侧土压力的目的。如图3。

图3　反压回填示意图

2.4大管棚超前支护加固

根据洞口地质情况，采用大管棚及小导管注浆加固拱顶土体，实施超前支护。超前管棚支护是在隧道开挖前施做超前导管并注浆，后期与型钢拱架支护形成牢固的棚状支护体系。作为软弱围岩浅埋隧道挂口进洞的一种安全可靠的技术，管棚自身有一定的承载力，对防止拱顶下沉效果显著，确保了隧道洞口段施工安全度，提高了隧道的长期稳定性。

2.4.1管棚设计参数

管棚采用外径Φ108mm、壁厚6mm、单根长度35m的热轧无缝钢管，管内穿Φ20钢筋笼提高管棚刚度，灌注M30水泥砂浆进行填充。同时管棚间设4.5m长Φ42超前注浆小导管进一步加固拱顶土体。

2.4.2自进式管棚施工工艺

导向管安装：管棚钻孔前先完成套拱施工，套拱内设29根Φ152导向管，按照设计角度在套拱工字钢上焊接安装牢固，然后再浇筑套拱混凝土。

钻孔：杂填土中施工钻孔，由于土体松散会产生塌孔现象，成孔比较困难，选择自进式管棚钻进。其特点为第一节钢管前端安装钻头，利用管棚钢管作为钻杆钻进，自身形成钢管护壁，成孔后钻头留置在孔内。利用明洞段开挖时预留的土台阶作为钻孔平台，为了使钢管的仰角与导向管的仰角保持一致，应对潜孔钻前后端通过水准仪测量调整前后端的高差，调整钻进角度后开始钻孔。开孔时低速慢进，待孔钻进入土层2m后，可均匀加速钻孔提升至正常压力。随着孔深的增大，需要对回转扭矩、冲击功率及推力进行控制和协调。

清孔：清孔与钻孔应同步进行，采用高压风吹孔，应随钻随清，避免钻渣卡住钻头。

钢管安装：管棚钢管应分节安装，每节长度3～6m，确保相邻两孔钢管间接头应错开大于1m，同一断面接头数量不超过50%，使用自进式管棚专用连接套连接进行接长。

钢筋笼安装：钢管安装完毕后，用高压风吹孔，清除孔里面的残渣。然后再分节装入制作好的钢筋笼。

封闭：先用麻布条封堵管棚钻孔空隙，后用环形楔环顶紧，最后将楔形环焊接在管棚底部，安装注浆孔及排气孔。

管棚注浆：注浆采用从孔口一次注入，为使管内浆液饱满密实，注浆时等排气孔有浓浆液流出，直至达到设计注浆压力或设计注浆量时终止注浆，然后闭其阀门，施工前做注浆试验，以确定合理的注浆参数；注浆压力宜控制在0.5～2MPa。管棚注浆顺序原则上遵循着“先两侧后中间”的原则。

2.4.3管棚施工质量控制措施

为防止相邻孔位相互影响，钻进过程中应采取跳位钻孔。钻机禁止随意移动，以免钻孔过程中发生上下左右摆动，偏移设计孔位。

因土体均匀性较差，加上管棚长度较长，管棚法的有效性则差一些，这主要表现在开挖到管棚的另一端时，常因其顶部荷载较大而下坠，导致下一步施工困难。可先用小型钻头对孔位进行预钻孔，然后再用自进式管棚扩孔。

钻进过程中控制好转速及进度，每节钢管均对钻孔角度偏差量进行复测，对偏差及时进行修正，发生异样而停机检查。

管棚钻进施工过程中在拱顶和2个拱脚预留取芯孔，由取得的岩芯分析地质情况，提供洞内开挖超前地质预报资料，指导洞内施工。

图4　边仰坡地表沉降监测成果

2.5监控量测情况

洞口边仰坡处理过程中在坡顶及坡面上一共布置7个监测点，通过监控量测成果图4、图5显示，边坡地表沉降单日最大值为0.6mm，累计沉降量为7.4mm；水平位移单日变化量最大值为0.5mm,累计位移量为6.1mm。单次变化速率均较小，累计变化量在规范和设计允许范围内，边坡处于稳定状态。

图5　边仰坡水平位移监测成果

3　进洞暗挖施工技术

对于地质情况相对较差的软弱围岩或回填土隧道一般采用CD、CRD法、双侧壁导坑法、环形开挖留核心土法进行施工，由于该隧道开挖断面较小，同时综合考虑隧道地质情况、断面大小和施工可操作性，选择环形开挖预留核心土法并结合CRD法临时仰拱作为横向支撑的联合施工工艺。采用人工配合小型挖机开挖，小型装运设备出渣，结合多功能作业台架立架挂网喷混支护。初期支护在监控量测基本稳定后及时施工衬砌混凝土。

3.1施工工艺

环形开挖留核心土法在回填土中施工遵循“管超前、短台阶、多循环、快封闭、自上而下”的施工原则。此施工方法的特点是上中部开挖支护成型后施工临时横撑，通过临时横撑提高隧道侧墙稳定性，将上中部台阶封闭成环，控制净宽收敛。在上部初期支护结构稳定状态下再开挖下台阶落底，将隧道底板快速封闭成环，再拆除临时横撑。此方法能有效地控制填土区隧道拱部下层，并能有效解决拱墙偏压问题。同时掌子面形成核心土保留可提高掌子面纵向土体稳定性。施工步骤如图6。

图6　环形开挖预留核心土法示意图

第1步：先施工超前支护注浆加固，然后再开挖拱部弧形导坑，核心土预留，安装拱部钢架挂网喷混支护。

第2步：开挖右侧中台阶，安装钢架，打设锁脚钢花管，施做初期支护。

第3步：开挖左侧中台阶，安装钢架，打设锁脚钢花管，施做初期支护。

第4步：开挖核心土，施工中台阶临时横撑。

第5步：开挖下台阶及底板，施做初期支护，施工底板横撑，钢架封闭成环。

第6步：拆除临时横撑，路面混凝土浇筑，二衬施工。

3.2质量保证措施

为确保施工安全，每次开挖进尺按照0.5m进行控制，核心土预留，开挖后及时对隧道开挖面进行初喷混凝土封闭。

小导管注浆液可选择水泥、水玻璃双液浆进行注浆，可提升土体止水效果。对掌子面进行浅孔预注浆，形成止浆岩面，以确保掌子面稳定。

由于隧道左侧偏压，因此在开挖左右侧台阶时，优先开挖右侧2部，打设注浆锁脚锚管，初期支护形成后再进行左侧3部开挖。

中台阶采用临时I16钢架进行临时横撑，抵抗侧向土体压力，确保上台阶封闭成环。

隧道底板处于回填土上，存在拱脚不能落在基岩上的问题，因此在底板开挖过程中，可对底板基础土层部分进行片石换填处理，同时注浆加固。采用C30预制混凝土块对钢架底部进行垫实，以增加钢架底部与基础的受力面积，达到减小沉降的作用。混凝土块长30cm、宽20cm、厚10cm。

在下台阶开挖完成后增加永久性底板横撑，保证隧道初期支护形成整体，待下台阶支护及横撑形成后，再拆除上台阶临时横撑。同时底板路面混凝土及时跟进封闭，待监控量测数据趋于稳定后及时施工衬砌，确保洞内安全。

3.3监控量测情况

暗挖段施工过程中通过监控量测成果显示，洞内拱顶下沉单日最大值为0.8mm，累计沉降量为6.4mm；洞内净空收敛单日变化量最大值为0.5mm,累计位移量为4.6mm。单次变化速率均较小，累计变化量在规范和设计允许范围内，洞内处于稳定状态。监控量测成果如图7、图8。

图7　边仰坡地表沉降监测成果

图8　边仰坡水平位移监测成果

4　结束语

涂山车站施工通道进洞段在施工过程中，明洞段采用边仰坡面深孔注浆加固、桩板式挡墙、反压回填技术能有效保证明槽边坡稳定。暗挖进洞前结合采用超前大管棚及超前小导管注浆稳固土体，能有效防止开挖的围岩松动，效果比较明显。暗挖施工过程中综合环线开挖预留核心土法与CRD法各自的优点，减小了开挖对围岩的扰动。经过全过程的监控量测，实测数据稳定且满足设计及规范要求，隧道施工安全顺利。

责任编辑：孙苏，李红

Tunnel Entrance Construction Technology and Quality Control Measures for Shallow Buried Tunnel under Partial Pressure in Miscellaneous Soil Area

In urban subway tunnel subsurface excavation,construction passage shaft,as the main line excavation and material transport passage in the tunnel,is usually applied to lead to the main line.So the selection of a reasonable construction passage road has great impact on later-stage construction. Establishing construction passage in the core urban area is often limited,and sometimes tunnel entrance construction has to be done under unfavorable geographic conditions.The construction passage entrance of Tushan subway station in Chongqing is located at a shallow buried miscellaneous soil section under partial pressure,attesting the great construction challenge,especially the entrance construction safety.Based on this case,the tunnel entrance construction under complex geographic conditions are studied,with relevant construction technologies and measures for guidance presented.

miscellaneous soil;shallow bury;partial pressure;entrance;construction technology

TU997

A

1671-9107（2015）07-0041-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2015.07.041

2015-05-14

易雄川（1987-），男，重庆人，本科，助理工程师，主要从事市政工程施工技术管理工作。