超浅埋暗挖法隧道地层加固及开挖施工技术简析

李磊磊

（四川铁科建设监理有限公司，成都610000）

1 引言

发展轨道交通是解决大城市交通拥堵的有效途径，也是建设绿色城市、智能城市的有效途径。在当下复杂的城市环境下，想修建一条绿色、智慧、快捷的出行通道绝非易事，对于空间狭小、施工机械化程度不高的浅埋暗挖隧道来说，想安全顺利地完成施工建设目标就显得更加艰难。

浅埋暗挖法隧道施工的安全性评价应当主要体现在2方面：（1）隧道施工作业自身安全性，即隧道在开挖过程中围岩不应发生局部坍落、塌垮、冒顶等，净空收敛和拱顶沉降等内空指标趋于稳定的时间不易过长[1]；（2）周边环境安全性，即地面道路、建（构）筑物、市政管线等在隧道施工过程中变形量是否超出允许的范围[2]。

2 项目概况及风险情况

新建草桥站位于北京市丰台区三环西南角位置，是大兴国际机场线与地铁19号线合建车站，规划设置一条独立通道实现与既有地铁10号线换乘。

换乘通道受既有线、场地等诸多条件限制，隧道只能采用浅埋暗挖法施工，隧道位于市政道路下方总埋深10m，拱顶距地面覆土4.2~4.9m，属于高风险超浅埋暗挖隧道，地质情况从地面往下大致为①0~2.8m粉土素填土、②2.8~5.0m粉土、③5.0~7.0m粉细砂、④7.0~10.0m圆砾、砂砾，无地下水。

隧道分2段施工，第1段为上跨既有地铁10号线草纪盾构区间、下穿镇国寺北街部分，该隧道采用分离式微拱直墙结构断面形式，左线（东侧）上跨段全长45m，右线（西侧）上跨段全长63m，断面尺寸左线为8.9m（宽）×6.27m（高），右线为7.2m（宽）×6.17m（高），采用CRD法（四导洞）自北向南施工；第2段为与既有地铁10号线草桥站主体并行段，该部分采用并行微拱直墙结构断面形式，左线长113m，右线长158m，单侧结构断面尺寸7.2m（宽）×5.77m（高），原设计采用CD法（两导洞）自横通道向东施工。

该隧道施工环境复杂，风险源众多，存在：（1）镇国寺北街，双向四车道沥青道路，隧道顺行下穿，与拱顶垂直距离4.2~4.9m；（2）草桥欣园9号居民楼，框架-剪力墙结构，埋深6.3m筏板基础，地上18层、地下2层，隧道侧下穿，最小水平距离约6.1m；（3）地铁10号线草桥车站，明挖法施工地下双层框架结构，隧道平行侧穿该车站站厅层；（4）φ1.05m雨水、φ0.6m污水、φ0.8m污水、1.7m×1.6m电力管沟、φ0.4m中压燃气，管线均沿镇国寺北街南侧行车道西高东低敷设，顺行与隧道上方，与洞顶竖向最小净距0.6~1.9m等主要环境风险源（见图1）。

图1 并行段环境风险源位置关系横剖面图

3 隧道地层加固及开挖

3.1 地层超前加固

该隧道拱顶覆土仅4.2m，属于超浅埋暗挖隧道，受地铁10号线及其他市政管线过往施工多次扰动，地表将近3m为扰动土体，实际原状土体厚度仅约1.2m，地质情况十分不乐观，加上顶部存在多条顺行管线，开挖风险极高。隧道采用深孔注浆为主超前小导管棚护拱顶为辅的加固措施。深孔注浆加固范围为隧道上半断面，沿隧道轮廓线外扩1.5m，每循环注浆加固长度10m，开挖8m后留2m作为下一循环止浆墙，注浆孔间距按0.5m×0.5m布设，浆液扩散半径取0.3m，由掌子面向隧道前进方向先内后外呈辐射状进行多角度注浆，注浆采用二重管后退式注浆机进行。由于隧道覆土过浅，施工初期为了能让加固土体有一定强度，浆液选用了水泥-水玻璃双液浆，浆液配比大致定为1∶2.0~1∶2.5，注浆压力控制在0.3~0.5MPa。开挖过程中，在隧道拱部位置辅于超前小导管（DN32mm、t=2.75mm、长度 2.5m、环向间距 30cm、打设角度15°、每榀打设）加强拱顶棚护。在前期数个循环的开挖过程中出现了以下问题：（1）半断面深孔注浆加固范围考虑不足，由于下台阶砂砾石地层松散干燥，掌子面频繁出现掉块现象；（2）注浆顺序由里到外进行（掌子面中间向周边逐步扩散）存在缺陷，由于隧道整体覆土较浅及地层多变原因，受先期注浆压力对周边地层造成的扰动，后期浆液往往比较容易找到泄压通道，地面冒浆现象多次出现；（3）水泥—水玻璃双液浆选择不对，虽然已将双液浆中的水泥参量比例下调较多，但是在后期的开挖过程中证明，在以粉土、粉细砂为主的地层中，水泥浆进入该地层后能增加的地层强度十分有限，由于渗透性不好，往往还会影响后续水玻璃在地层中的扩散，在相同注浆体积的情况下，容易引起更大的地面隆起和管线变形。

针对上述问题，将方案进行了如下调整：对隧道下半断面进行深孔注浆加固，改良下台阶土体自稳能力；调整掌子面注浆顺序由外到里，先巩固注浆圈后中间挤密；弃用水泥-水玻璃双液浆，改用渗透性更好的改性水玻璃加固土体。

3.2 开挖及初期支护

隧道分左右线相邻独立设置，采用CD法分两导洞施工，开挖时各导洞错距5~8m，导洞分上下台阶，上台阶开挖高度2.5m，下台阶开挖高度3.2m，台阶错距3~5m，每榀进尺0.5m，在上下台阶节点板位置设置锁脚锚杆（φ32mm×2.75mm、长度3.0m、打设倾角水平10°～15°，采用水泥浆填充加固），初期支护采用格栅网架+C25早强喷射混凝土支护，结构厚度0.35m。

施工过程中，由于受到既有10号线地铁列车运营振动影响，加之施工空间比较狭窄活动空间受限，一个开挖循环所需时间较长，掌子面容易出现土体滑落及拱顶掉块等不稳定现象，不利于开挖安全。后经多方研究决定，将隧道原CD法两导洞开挖调整为CRD法四导洞开挖，通过增加小导洞，免除各作业面之间的施工干扰，减少开挖面从开挖到封闭成环的时间，进一步做到快挖快封闭，降低开挖施工风险。

4 结语

随着市政工程建设环境越来越复杂，浅埋暗挖技术不断面临着新的挑战，随着地理位置及环境的变化，在遵循浅埋暗挖施工基本原则的基础上，应深挖改良各环节技术，通过技术调整和改进，去适应不同环境，逾越障碍实现功能需求，为城市发展提供更好的技术服务。本文通过列举实际案例，证实了浅埋暗挖法隧道施工时，掌子面遇到无法避免的不利因素时，应尽量减小一次性开挖体积，缩短开挖到封闭的时间，确保作业面稳定；在不同地质环境下选择深孔注浆加固地层时，应实时跟踪浆液与不同地质情况的适应性，当出现不同地质连续变换时，选择注浆材料时宜按不利地层考虑。