地铁非等断面小净距隧道浅埋暗挖关键技术

苏 明

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)



地铁非等断面小净距隧道浅埋暗挖关键技术

苏 明

(中交隧道工程局有限公司，北京 100088)

根据南京地铁三号线的工程实况，确定了非等断面小净距隧道浅埋暗挖施工方案，并从提升系统设计安装、隧道开挖、隧间中岩柱加固三方面，阐述了施工中的关键技术，经实践证明，取得了良好的施工效果。

地铁，隧道，浅埋暗挖，物料提升系统

0 引言

城市地铁串联市区各个区域，多为地下隧道形式，一般沿城市道路下穿，或穿越部分建(构)筑物，受布线条件的限制，两隧道的间距一般较小。且普遍采用双线隧道断面相同的形式，仅在工程有特殊需要时才设计为非等大断面，譬如渡线、联络线和停(存)车线等。我国非等断面小间距隧道的应用和研究尚处于起步阶段，针对非等大断面隧道已开展了初步研究，通过建立数值模型[1，2]，研究分析了不等跨公路隧道的支护力学行为特性及围岩稳定性影响；对于非对称双线地铁隧道的施工力学和地表沉降也进行了研究[3]，由于非等大断面隧道面临工况条件的多样性和复杂性，其施工方法也远未成熟。为此，针对工程实例，设计制造物料提升系统，优化临时支撑设置方式，提高机械化作业程度，形成非等断面小净距隧道施工关键技术，可为有类似地铁建设的设计与施工提供些参考。

1 工程概况

南京地铁三号线大明路站暗挖配线段沿卡子门大街路下南北向设置，西侧位于宁溧路高架边上，距离高架上桥匝道桥墩基础承台边最近约为3.4 m，东侧近邻红星美凯龙家居广场，隧道上部分布有燃气、排水、电缆、通讯等众多管线。隧道长220.75 m，埋深12 m，设计“单洞双线+单洞单线”非等断面隧道，隧道内部分为射流风机加高和加宽段，大断面隧道开挖断面跨度12 m，洞高9 m，设一条停车线和一条单行线；小断面隧道跨度7.9 m，洞高8 m，设一条行车线。大小隧道轮廓线间净距为2.51 m(如图1所示)。

隧道穿越地层主要为④-3b1层硬塑(局部可塑)粘土、粉质粘土、④-4e层含卵砾石粉质粘土、④-2b2层可塑粉质粘土和④-3b1层硬塑(局部可塑)粘土、粉质粘土，隧道断面下部存在起伏变化的Klg-2强风化泥质粉砂岩和Klg-3-2层中风化泥质粉砂岩，其中④-4e层可塑含卵砾石粉质粘土位于开挖范围，为承压含水层，围岩稳定性极差。所以，项目施工的复杂程度非常高。

2 实施方案选择

2.1 出渣运输选择

本隧道一端是地铁车站，另一端是盾构吊装井，出渣无法直接运输至地面，需采用垂直运输设备。而常见的垂直运输设备有吊车与塔吊，项目所处的城市地面环境要求，塔吊根本不许使用，且塔吊运输能力有限，无法满足隧道高强度运输要求；再是吊车吊运，隧道仅土方就约3万m3，吊车吊运强度太大，耗时长，费用高，且难满足暗挖施工快速连贯性要求。因此，必须选择一种物料提升系统，解决施工材料及渣土运输方便、快捷、安全的问题，使水平运输和垂直提升达到无缝衔接。

2.2 进洞先后选择

两隧道净距过小可能会造成岩柱主应力集中，导致失稳，而隧道中夹岩柱的稳定性是决定小净距隧道整体稳定性的关键因素。非等断面隧道，哪个先进洞，都存在着相邻隧道施工的相互影响问题，存在着二次沉降的问题。先开挖大洞还是小洞，以及大洞的开挖采用什么工法都是要慎重考虑的。项目从工程水文地质、难易程度、施工组织配套协调性、工期、造价等因素，通过综合考虑比较确定最终方案：以先进小洞后进大洞的顺序组织实施，同时先开挖小洞还可以起到探明地质的作用，而且小洞封闭快、影响小，通过先施工小洞可以增强对地质条件和水文条件的了解，增强对施工地层的掌控性，降低施工风险。

2.3 开挖方式选择

根据工况条件，设计建议小洞采用台阶法开挖，大洞采用CRD法。小洞跨度7.9 m，地质也较好，台阶法可行。大洞跨度12 m，采用CRD法分4个导洞开挖，每一部分开挖并支护后形成独立的闭合单元，一般情况下对减少地面沉降有利。但CRD工法施工工序复杂，进度较慢，隔墙拆除困难，施工时间较长，成本较高，在非等断面小净距隧道中的适用性有待进一步讨论。因此在小洞先行进洞，对地质为硬塑性土情况进一步判断较好后，对CRD法进行了优化：采用预留核心土环形开挖法+间隔设临时支撑的组合方式开挖。

3 关键施工技术

3.1 提升系统设计与安装

利用地铁区间上设计有工作井的有利条件，在井内设置物料提升系统，解决施工材料及渣土运输方便、快捷、安全的问题，使水平运输和垂直提升达到无缝衔接。水平运输可采用自卸式三轮汽车，三轮汽车再经物料提升架直接垂直提升，完成地面及洞内的渣土、物料循环运输。并在工作井内采用分节梯笼拼装组成上下平台，供作业人员上下。

提升系统安装流程：测量放线→安装、加固基础→安装吊盘→安装、加固立柱→安装、加固横梁→起重设备连接→运行调试。物料提升系统由主件和安全辅助保护装置组成。主件有：基座、吊盘、立柱、横梁、检修平台、提升设备。安全辅助保护装置：行程限位器、停层防坠落装置、限重装置、监控系统、临边防护。基座固定于竖井底板上，立柱基座采用高强度螺栓与底板固定。提升架示意图如图2所示，每根立柱内侧设置双导轨，安装在托盘两侧的4个导向轮嵌入立柱导轨间导向。JM10变频控制卷扬机的钢丝绳通过滑轮组提升、降落托盘。当吊盘提升至指定高度时，安装在提升架两根立柱内侧设置的安全卡可自动将托盘固定。

3.2 隧道开挖施工

3.2.1 开挖原则

非等断面小净距隧道开挖，必须考虑开挖一侧隧道所引起的围岩应力重分布的影响不致波及另一侧已成隧道的稳定，可先选择首次开挖影响较小的隧道，进尺一定距离后再开挖大断面隧道，两隧道开挖面保持50 m左右的距离，以降低近距离隧道开挖中的相互影响。开挖需充分考虑时空效应，根据地质条件、作业空间配备机械设备。开挖以机械作业为主，人工配合修边，能达到快速开挖，初支及时封闭成环的目的。

3.2.2 开挖方法

大跨度隧道呈椭圆形或圆形断面时，可采用预留核心土环形开挖法+间隔设临时支撑的组合方式开挖。施工步骤如图3所示。

第①步，环形拱部开挖，一榀一循环，预留核心土，核心土长度宜为2 m～3 m，宽度宜为隧道开挖宽度的1/2～2/3。第②步，③步，左右侧中台阶开挖，两榀一循环，最大不得超过1.5 m，开挖高度一般为2.0 m～3.0 m，左右侧台阶错开2 m～3 m。第④步、⑤步，左右侧下台阶开挖，两到三榀一循环，开挖高度一般为2.0 m～3.0 m，左右侧台阶错开2 m～3 m。第⑥步，上、中、下台阶预留核心土开挖，中、下台阶核心土总体上成斜坡形式，方便挖掘机上下行走。开挖“自上而下”进行，控制好台阶长度，左右台阶错开，土方从上往下倒运，可减少施工干扰，从拱部开挖至仰拱成环形成了“流水式”施工循环，一个班内可完成一榀拱部进尺、两榀中部边墙进尺、三榀下部边墙进尺，开挖进度较快。第⑦步，隧底开挖：每循环进尺长度宜为2 m～3 m，开挖后及时施作仰拱初期支护。

3.2.3 间隔临时支撑架设

开挖每隔8 m～10 m进尺后，连续设置6榀竖向临时支撑和临时仰拱，竖向临时支撑随开挖时支护在核心土上，支撑与土接触面设临时垫板，并及时喷射混凝土提高支撑强度，在向下开挖核心土时，分次接长临时支撑，直至撑在仰拱上。

3.3 隧间中岩柱加固

因近距离隧道轮廓线间净距小到2.51 m，施工时必须考虑开挖一侧隧道所引起的围岩应力重分布对另一侧已成隧道的影响。因此，在隧道开挖中需对隧间中岩柱采取注浆和对拉锚杆加固。一方面通过注浆，对主体进行改良加固，提高其承载和自稳能力，另一方面，通过对拉锚杆的锚固作用，与两侧的隧道结构形成联合支护体系，提高了其承载和自稳能力[4]。

4 现场应用效果分析

本隧道在暗挖施工过程中，第三方监测单位对地表、桥墩、拱顶沉降、隧道收敛实施监测。地表沉降监测结果显示，地表最大沉降量为26 mm，发生在大断面隧道正上方路边绿化带内。拱顶沉降最大12.5 mm，洞内收敛最大16.6 mm，均发生在大断面隧道内，桥墩基础四个角点沉降分别为1.0 mm，1.2 mm，0.8 mm，0.7 mm。周边建筑无裂缝，全部沉降量指标均在安全范围之内。

5 结论与建议

1)通过本项目非等断面隧道的暗挖施工，使暗挖技术适用范围得到进一步拓展。施工技术的有效优化、合理使用都离不开项目管理人员的高效施工组织安排与相应的机械设备创新及配合，这是一个系统全面的过程，没有各方面的支撑，很难完成复杂系统的过程。

2)施工中利用盾构接受井兼作浅埋暗挖工作井的有利条件，设计制造物料提升系统，突破性地解决了施工材料及渣土的运输问题。使垂直运输与水平运输无缝结合，运输效率高，成本低，为洞内施工提供了可靠的保障。今后有类似项目可以借鉴参考。

3)根据硬塑性地层特点，本次大断面椭圆形隧道，采取“预留核心土环形开挖法+间隔设置支撑”的工艺，控制每循环开挖进尺、台阶长度与宽度，间隔设置临时支撑等方式，创造了好的工况条件，增大了作业空间，使各步具备了挖掘机开挖条件，机械化施工程度提高，从拱部开挖至仰拱成环形成了“流水式”施工循环，初支封闭时间缩短，作业效率得到提高，施工风险极大地降低；施工中根据地上和洞内监测数据反映，各项参数稳定，无异常变化，整个施工安全可控。

[1] 邓 健，朱合华，丁文其.不等跨连拱隧道施工全过程的有限元模拟[J].岩土力学，2004，25(3)：142-145.

[2] 张志强，黄朱林，韩 飞.非对称小净距隧道施工力学特性研究及方案优化[J].现代隧道技术，2007，44(6):22-26.

[3] 蒋小锐.地铁渡线段不等跨暗挖隧道施工方法有限元分析[J].铁道标准设计，2009(10)：113-115.

[4] 刘明高，高文学，刘 冬.小净距隧道中夹岩加固技术研究[J].施工技术，2006(sup)：172.

The key technology of non small spacing metro section shallow tunnel

Su Ming

(CCCCTunnelEngineeringCompanyLimited,Beijing100088,China)

According to the project situation of Nanjing metro line three, this paper determined the shallow underground excavation construction scheme of non uniform small spacing tunnel, and from the improvement of system design and installation, tunnel excavation, tunnel mid-rock pillar reinforcement three aspects, discussed the key technology in construction, proved by practice, gained good construction effect.

metro, tunnel, shallow underground excavation, material lifting system

1009-6825(2016)27-0154-03

2016-07-18

苏 明(1983- )，男，工程师

U455

A