暗挖浅覆土大断面隧道开挖施工工法研究

兰振忠

摘 要：地下隧道施工过程中，对于地层的扰动，原有土体的状态失去平衡、对隧道的沉降与收敛造成影响。对区间隧道在施工中必须以严格控制沉降、防止坍塌为目的。若遇覆土较浅地带、稳定性较差土质，开挖极易造成塌方、涌水、地表沉降等情况，造成地面塌陷。施工中确保浅覆土地带施工的安全稳定，核心是拱顶围岩的固结控制。为保证隧道施工中的安全稳定，通常采用井点降水或洞内预加固堵水等措施为地铁施工提供良好的条件。长春地铁1号线05标段，位于长春市交通最繁华地带，场地条件无法满足明挖施工，并横通道下穿主干道人民大街，最浅覆土只有4m，在开挖施工中，拱部处于杂填土及粉质黏土底层，土层地质较差，对开挖施工造成一定难度。该工程为暗挖区间左右双线隧道，在区间右线南端设有235m停车线大断面，在停车线大断面施工前，左线临近准断面已开挖形成。采用本工法施工，可防止地表沉降、土体坍塌，确保了施工安全。

关键词：地表沉降；结构安全；注浆；风险控制

中图分类号：U45 文献标志码：A

1 大断面开挖施工工艺

大断面采用双侧壁导坑法施作，分6步开挖支护并留核心土，上下导洞步距长度3m～5m，两侧边导洞步距长度错开10m～15m，边导洞与中导洞步距长度错开10m～15m。人工短进尺开挖，每循环开挖进尺0.5m，自卸三轮车运输，电动葫芦提升至地表渣土场。

2 风险因素

（1）地下管线密集、渗水严重、空洞水囊等不良地质多。

（2）地质条件差、存在众多渗水通道、片土、塌方频繁、地表沉降异常。

（3）左右线间距隧道小、开挖周边土体扰动大。

（4）覆土浅、地表交通频繁。

3 施工控制措施

3.1 停车线大断面拱部150°范围内管棚

南繁区间停车线段隧道覆土薄，拱顶位于②2和②3层，图纸偏软，工程地质性质较差，且现有若干市政管线及不明管沟，为确保后期区间隧道施工安全，开挖前利用横通道与管棚室在大断面拱部搭设管棚，管棚打设为拱部150°范围，环向间距0.4m，管棚位置为拱部开挖轮廓线外0.2m，打设角度1°，管棚为无缝钢管，管径108mm，t=8mm。 钢管间距中至中40cm。钢管轴线与衬砌外缘线夹角为1°。钢管施工误差径向不大于20cm，相邻钢管之间环向不大于10cm。（管棚具体布设见管棚施工方案）

3.2 停车线段左右线间夹杂土体加固措施

（1）具体加固措施

南湖大路站～繁荣路站区间右线停车线段断面类型较多，断面跨度大，左右线间距小。前期区间标准断面开挖过程中由于场地随处土层软弱，杂填土松散且自稳性差，同时存在较多空洞及水囊，土体极易片帮、坍塌和地表异常沉降，地表沉降变形严重超标，而右线大断面区间自身开挖跨度更大，覆土更浅，周边土层也可能被临近前期左线标准矿山法开挖扰动，对现有停车线影响范围的已施工左线隧道内，从左线小断面区间对区间夹杂土体进行加固，其中当左右线间距小于或等于5m时，夹杂土体全部加固；当左右线间距大于5m时，只对临近小断面区间隧道5m范围土体进行加固。

（2）左右线间土体加固施工工艺

注浆孔由左线靠近右线一侧180°范围内打设，注浆孔纵向及环向间距均为750mm，利用左线隧道初支作为止浆墙。每环开始注浆前，由测量班在左线初支导洞侧壁处放孔位点，依据测量孔位点布设，开始钻进注浆管孔位。浆液采用单液水泥浆，并可根据地层条件添加调节浆液凝结时间和可注性的外加剂，水泥浆液水灰比1︰1，具体配合比可根据现场先期试验进行调整。纵向及环向间距均为0.75m。深孔注浆扩散半径R=0.8m。对深孔注浆压力为0.4MPa～0.6MPa。注浆后土体无侧限抗压强度不低于0.5MPa。

3.3 繁荣路站北端管棚室范围左右线注浆加固措施

繁荣路站北端管棚室范围（车站北端10m范围区间）内区间土体进行注浆加固，加固平面范围及剖面范围间下图。在开挖过程中，加固区由现行施工的小断面区间隧道内完成。根据加固土层与既有左线区间上下掌子面的位置，分别采用在区间侧墙径向注浆（普通小导管注浆）或从掌子面斜向注浆（超前深孔注浆）。为防止注浆过程中浆液压力过大从掌子面溢出，对已开挖左右线暗挖掌子面进行封堵处理，在既有格栅中布置水平型钢（型钢采用16a，竖向间距为500mm），堵头后采用Ф32小导管全断面注浆，断面为L=1000@1500×1500梅花形布置，小导管端部要与型钢或连接筋焊接。型钢架堵头钢架现场焊接完成后，内设钢筋，外层设钢筋网，钢筋网及钢筋连接好后，及时喷射C20混凝土封堵（封堵厚度30cm）。

右线停车线段两个导洞封闭后，在底板及两导洞中间土体进行注浆加固，加固采用Ф32小导管，L=1000mm，間距1.5m，梅花形布置，导洞孔位由测量班放线确定。浆液采用单液水泥浆，泥浆液水灰比1：1。纵向及环向间距均为0.75m。深孔注浆扩散半径R=0.8m。对深孔注浆压力为0.4MPa～0.6MPa。注浆后土体无侧限抗压强度不低于0.5MPa。

3.4 停车线段软弱土层加固及下穿管线保护措施

（1）软弱土层加固措施

对于拱顶进入到②2土层的停车线断面，利用拱部管棚的间隙斜向上打设双排超前小导管进行注浆加固，环向间距400mm，纵向每榀打设，其中内排30°打设，L=8m，外排打设45°，L=6m，环向加固为拱部150°范围，加固土体厚度为拱部上方4m土层厚度，浆液类型采用水泥-水玻璃浆液，小导管扩散半径R=0.4m，其余参数同区间标准断面。对于②3土层，根据开挖过程中现场施工情况进行动态处理。

对于掌子面范围的②2土层打设小导管进行水平注浆加固土层，水平注浆范围依据地质平面图，②2层分布范围进行注浆，掌子面钻孔间距0.6m×0.6m，梅花形布置，注浆单个循环长度为4m，下个循环咬合1m，浆液类型采用水泥-水玻璃双液浆，小导管扩散半径R=0.4m，其余参数同区间标准断面。

（2）停车线段垂直或斜向下穿市政管线处理措施

在距离管线中心线5m处即通过从拱顶管棚的间隙进行斜向深孔注浆对管线下方土体进行加固，环向加固为拱顶150°范围，加固土体厚度为拱顶上下各1m范围内土层，超前深孔注浆单个循环长度为5m，下一个循环咬合1m（若连续穿越可多个循环打设，若一定区域内只有单根管线，只需一个循环即可），浆液类型采用水泥-水玻璃双液浆，深孔注浆扩散半径为R=0.8m；其他深孔注浆参数参见附图2和3；由于区间拱顶距离管线较近，施工过程中应严格控制注浆压力，避免破坏管线。

3.5 临近停车线段标准断面钢架设临时支撑

在停车线大断面施工前提前在其影响范围的标准区间断面内架设门字形钢架临时支撑，暂定每隔4榀（即3m）架设一环。

临时支护型钢采用I22a工字钢，支撑架之间节点采用钢板螺栓连接，连接钢板采用10mm厚钢板，与既有初支格栅可靠连接，无需设连接筋、钢筋网以及喷射混凝土，后期若监测数据稳定或需浇筑二衬结构时即可拆除。型钢拱架与原有初支导洞格栅连接处，须提前凿除混凝土，焊接连接钢板。

参考文献

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