地铁大跨度群洞隧道机械化施工技术

路 朋

（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司 天津 300222）

某地铁暗挖区间为近距离大断面暗挖隧道作业，小里程方向包含双线大断面及联络线，大里程方向为大断面及标准断面开挖，其中单洞最大开挖宽度15.3m，高10.8m；两单洞近距分别约为1.4m和1.95m。穿越地层主要为中粗砂、泥岩，管线条件复杂，施工条件困难。本文详细阐述了群洞施工的机械化施工工艺及减少群洞效应的相关技术措施，包含开挖顺序控制、长管棚施工土体加固、全断面及深孔注浆土体加固、大断面步距控制等。

1 工程概况

本区间主要沿现状某快速路路中布置。快速路红线宽度为54m，为双向机非混行6车道，包括辅路2个机动车道。区间线路两侧建筑物主要为高层、多层建筑，多为混凝土结构，目前基本在使用中，多为商业或企业办公用地。主要管线有：雨水管，砼，DN300，埋深2.5m，东西走向，位于区间结构侧上方约6.3m；雨水管，砼，DN300，埋深2.8m，东西走向，位于区间结构侧上方约8.1m；污水管，砼，DN500，埋深3.6m，东西走向，位于区间结构上方约7.3m；给水管，铸铁，DN400，埋深2.2m，东西走向，位于区间结构上方约8.7m；雨水管，砼，DN300，埋深2.8m，南北走向，位于区间上方约8.1m。

场地地层沉积具有一定的规律性，场地地层主要由4部分组成：道路结构层和人工堆积杂填土层、第4系中更新统冲洪积粘性土和砂土层、白垩系泥岩层。

（1）特殊性岩土：场区内有人工杂填土分布，土质结构松散不均，土层透水性好，管道漏水或地表积水下渗容易形成漏水洞穴，对洞室开挖特别不利。

（2）场区条件内不存在岩溶、滑坡、泥石流、危岩等其它不良地质现象，在勘察过程中未见有毒气体。

（3）根据《地铁地地震安全性评价报告》，近场区范围内发育有8条断裂带，除伊舒西支断裂（F7）对线路有较小影响外，其余均无影响。

2 施工工艺及技术措施

2.1 施工顺序的确定

横通道衬砌→开挖小里程大断面→小里程大断面开挖20m→左线大断面开挖→左线大断面开挖完成、深孔注浆土体加固→右线标准断面开挖→小里程大断面深孔注浆土体加固→联络线开挖。

根据施工步序，合理错开施工步距，有效减小群洞效应。下面谈一下进洞相关技术措施。

2.2 施工相关技术措施

（1）采用从大断面向小断面开挖，减小开挖风险。

（2）大断面采用CRD法，双侧壁导坑法将大断面改为小断面进行开挖。

（3）单洞单断面采用台阶预留核心土法进行施工，保证掌子面稳定性。

（4）在横通道初期支护完成后向两侧区间打设大管棚及第一榀小导管。打设导管时，应将导管与横通道侧壁钢格栅焊接牢固。

（5）向西开挖时先开挖右线大断面隧道。对大断面隧道全断面地层采用小导管进行注浆加固。同时从大断面区间对邻近隧道的土层进行深孔注浆加固。

（6）向东施作先开挖左线大断面隧道，则应对邻近左线隧道的土层进行深孔注浆加固。同时对左线大断面隧道进行全断面小导管注浆加固。

2.3 机械化大断面开挖施工工艺

机械化大断面开挖采用拱部及侧壁超前小导管进行土体加固后开挖支护，有效控制沉降，降低开挖风险。开挖过程分步进行开挖：双侧壁导坑法采用6个小导洞进行开挖，首先开挖1号洞室，待开挖15m后进行2号洞室开挖，相同工序进行3、4、5、6号洞室开挖。开挖过程中严格控制施工步距。具体施工步序图详见图1。CRD法采用4导洞进行开挖，相关工序同双侧壁导坑法。

图1 双侧壁导坑法施工步序图

2.4 横通道进大断面长管棚施工工艺

2.4.1 管棚加工

横通道进大断面需打设39根（48m/根）长管棚，管棚采用纵向连接，连接丝扣长度不小于150mm，丝扣为方形，螺距6mm。由专业加工队伍进行加工，加工成3m、4m两种节长。奇数管采用3m×4+4m×9形式进行铺管，偶数管采用4m×3+3m×12形式进行铺管，以满足相邻两根管棚接头不在同一个平面上。

2.4.2 管棚施工

本次施工采用有线导向、水循环跟管钻进方法一次将钢管打进48m，钢管用丝扣连接。有线导向水循环跟管钻进法就是管棚钢管最前端安装一带有有线导向仪的楔形钻头，钻头后面紧跟管棚钢管。在钻进过程中采用水作为循环液排渣，钻进前先将循环液送至钻头前端后开始钻进。钻进过程中随时利用有线导向仪进行跟踪测斜，发现管棚钢管偏离设计轨迹时进行纠偏，直到将管棚钢管打设到设计长度进行封孔注浆。

横通道超前大管棚施工工艺流程如图2所示。

图2 超前长管棚施工工艺图

2.4.3 长管棚施工技术控制要点

（1）每个孔位都要仔细调整钻机方位，确保每根钢管以准确的方向钻进。

（2）因超前管棚为风道的水平方向，考虑到钢管的钢度变化，管棚进孔角度应为1%，角度误差控制在0.5%以内。

（3）大管棚打设时必须跳孔打设，终孔跟踪注浆，注浆必须保证管内外环状间隙注满填充实，跳打3～5个孔再回去补打。

（4）每节管打完后必须进行角度测斜，确保管棚钢管按设计轨迹铺设。

2.5 深孔注浆施工工艺

2.5.1 注浆加固范围

对大断面隧道全断面地层采用小导管进行注浆加固，小导管为DN32水煤气管t=3.25mm，长度5m，间距0.5×0.5m，梅花形布置。注浆浆液根据地层情况由现场试验确定，并根据围岩条件控制好注浆压力。注浆压力应控制在0.4～0.6MPa，须保证开挖掌子面稳定性。同时从大断面区间邻近隧道的土层进行深孔注浆加固，注浆由大断面斜向侧前方搭设。注浆角度由施工单位根据现场情况确定，注浆压力控制在0.5～0.8MPa。浆液为水泥浆，根据地层条件可添加调节浆液凝结时间和可灌性的外加剂，浆液配比根据现场试验确定。注浆加固后的土体应满足：土体有良好的均匀性和自立性，其无侧限抗压强度为0.5～0.8MPa。

2.5.2 注浆工艺

（1）钻孔：钻孔按先外圈、后内圈的顺序进行。内圈钻孔可参照外圈钻孔的顺序，后序孔可检查前序孔的注浆效果。逐步加密注浆一方面可根据钻孔的情况调整注浆参数，另一方面如果钻孔情况证明注浆效果已达到设计要求，即可进行下一圈孔的钻进，减少钻孔的工作量，加快施工进度。钻孔时，还要严格作好钻孔记录，包括孔号、进尺、起讫时间、岩石裂隙发育情况、出现涌水位置、涌水量和涌水压力。

（2）配浆：浆液为水泥浆，根据地层条件可添加调节浆液凝结时间和可灌性的外加剂，浆液配比根据现场试验确定。本工程采用水：水泥=1∶1配比进行配浆。

（3）注浆：

①注浆压力：为防止过大的注浆压力破坏初支结构，注浆过程中应严格控制注浆压力，选用的压力大小与各层的材料结构有关。初步确定注浆压力控制在0.4～0.6MPa左右，压力可根据现场情况适当调整。

②每次注浆应连续进行，若需间断，则间断时间应小于浆液的初凝时间。

③当注浆压力达到最大注浆压力2倍后仍注不进浆液时，即可结束注浆（见图3-4）。

图3 注浆工艺流程图

图4 注浆内剖面图

3 结束语

矿山法大跨度群洞隧道机械化施工，重难点就是地表沉降、管线沉降及结构形变。合理控制施工顺序、步距及超前土体加固是预防沉降变形的重要因素。通过沉降表可以看出，该区间开挖开始至结束沉降量基本处于可控状态，本区间通过步距控制、超前管棚、深孔注浆及全断面注浆等施工工艺，有效控制沉降，保证地铁施工安全，为后续类似大跨度群洞施工提供宝贵经验。