上覆流沙层浅埋暗挖隧道开挖技术研究

杨华

（中铁十一局集团城市轨道有限公司，武汉430074）

1 工程概况

1.1 设计概况介绍

西安某地铁出入口暗挖段含标准段和人防段，标准段断面宽8.6m，高6.17m，长21.84m；人防断面宽9.9m，高7.27m，长10.35m。隧道顶部覆土厚度约5.1~6.4m，施工风险性大。

初期支护采用喷射混凝土+格栅钢架，初支厚度均为0.35m，标准段采用CD法分台阶开挖，人防段采用CRD法进行四导洞开挖。在洞门拱部180°范围设置直径φ108mm，厚度t=6mm的管棚和φ42mm×3.25mm的热扎无缝小导管，二者交错布置，并对土体进行环向注浆加固或开挖时上台阶采用深孔注浆。施工完成之后，对初支背后再次进行注浆填充。

1.2 地质情况

暗挖段地层从上自下分别杂填土、素填土、黄土状土、中砂、黄土状土、粉质黏土局部夹含粉细砂层。开挖拱顶位于中砂层，图1为暗挖段地质剖面图。

图1 暗挖段地质剖面图

1.3 周边环境情况

根据勘察以及现场调查，该暗挖段范围管线均南北走向横跨暗挖隧道，图2为管线位置平面图，图3为管线剖面图。

图2 管线位置平面图

图3 管线剖面图

2 施工难点

2.1 流沙层中支护效果难以保证

地质情况显示，暗挖隧道拱顶砂层厚度是4.12~4.49m，开挖掌子面拱顶位于砂层中间，且覆土较浅，支护加固难度大，效果难以保证，易造成拱顶砂层垮塌，开挖风险较大。

2.2 周边环境敏感度高

环境调查资料显示，路面交通流量大，管线多，其中电力管沟距离开挖拱顶仅0.43m，支护风险大，地下隧道施工对周边环境影响大，易引发交通及管线破坏事故，对交通造成不良影响。

3 采取的主要技术措施

3.1 改进管棚布设，提高施工精度

改进管棚布设从以下几方面进行：

1）因拱顶管棚施工位于砂层中，距离管线较近，两侧可正常施工，拱顶施工困难，风险较大，故对拱顶位置管棚[1，2]进行优化。管棚长度缩小，开挖与管棚施工交叉进行，即根据现场情况，两洞门预先打设管棚，人防段施工完成后，从人防段进行一次洞内打设管棚，再从标准段进洞开挖，开挖约7m再进行二次洞内管棚打设。之后再进行开挖，保证前后管棚有效搭接，确保开挖安全，如图4和图5所示。

图4 管棚设计图

图5 管棚优化图

2）钻孔平台要稳固，钻机安装要牢固，防止施钻时钻机不均匀下沉、摆动、位移、倾斜而影响钻孔质量，图6为洞内施作管棚施工现场图。

图6 洞内施作管棚

3）进钻前，用全站仪及水准仪定出掌子面管棚孔位。严格隔孔施工，钻一孔，注一孔，一孔全部完后，隔一孔再钻进施工，以便检查注浆质量，提高加固效果。

4）管棚之间采用丝头连接，并做好检查，保证连接接头质量，最前端管节100mm进行缩口成尖型处理，以便顶进安装符合要求，钢管管身上进行梅花开孔，便于注浆，提高加固质量。

5）钢管安装完成后，连接注浆管，注浆前先压水试验管路是否畅通，然后开动注浆泵，检查注浆机是否正常运转，检查压力表情况，通过闸阀使水泥浆与水玻璃浆液在注浆管内混合，再通过小导管压入地层。

3.2 优化小导管施工，提高支护效果

优化小导管施工，提高支护效果，从以下几方面进行：

1）洞门拱部设置φ42mm×3.25mm的热扎无缝钢管，L=2.5m，间距0.4m，与大管棚交错布置，在进洞正常开挖之后，隔榀安装小导管，拱部砂层范围内进行密排设置。

2）完成后及时注浆加固[3]，以确保开挖掌子面安全。注浆改为1∶1水泥水玻璃双液浆，注浆压力0.8～1.2MPa，如图7所示。

3）开挖前加强地质预报，保证及时注浆加固地层。必要时采取WSS注浆加固措施，控制注浆压力与加强地面监测。

图7 布设小导管并注浆

3.3 科学预留核心土，提高砂层自稳性

科学预留核心土，提高砂层自稳性，从以下几方面进行：1）在现场施工过程中，对预留核心土方式及开挖步序进行优化，缩短上下台阶间距，将设计预留核心土体积扩大，减少开挖时间，可以更好地提高掌子面稳定性，避免砂层垮塌。

2）控制好各分步台阶之间的进度协调，各台阶预留大核心土，以发挥掌子面三维支撑作用，必要时对掌子面采取喷射混凝土封闭，确保掌子面稳定。

3.4 修正开挖步序，提高开挖效率

修正开挖步序，提高开挖效率，从以下几方面进行：（1）遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的基本工艺；先开挖拱顶和拱腰角板连接位置，此时掌子面相对稳定，避免扰动拱顶砂层，然后快速开挖其他部分，及时安装格栅喷混凝土支护；（2）控制上下台阶间距，快速施工，缩短成环时间，格栅安装过程增加缩脚锚杆，提高格栅安装稳定性；（3）及时成环封闭掌子面后背后注浆，填充不密实处，防止地面沉降塌；（4）严格遵守“先排管、后注浆、再开挖，注浆一段、开挖一段、支护一段、封闭一段”的原则组织隧道施工，关键在于做好时间和空间上的顺接，同时预备多种应急措施。

4 其他辅助措施

其他辅助措施包括：（1）在开挖面以外3m范围对应地面增设25mm的钢板，适当焊接钢筋，做防滑限速措施，减少行车对地下砂层的扰动；（2）地面应急围蔽物资材料应放置最近的位置，时刻准备交通临时疏解；（3）洞内应急物资、通讯准备到位，提高警惕，做好应急管理；（4）开挖之前，拌好喷射混凝土，有异常情况及时封闭；（5）增加地面监测频率，及时汇总数据并反馈，做好总结分析。

5 监测结果分析

根据暗挖隧道设计要求以及特点，监测点纵向间距为5m，横向以隧道中心线为中心向两侧分别以2m、5m和7m进行布置。选取暗挖通道对应地表若干关键监测点，对其监测数值模拟并沉降曲线进行分析，如图8所示。

图8 地表沉降实测折线图

根据监测数据分析，在采取技术措施并开挖完成暗挖通道后，地表累计沉降均不超过14mm，未超过预警值18mm，所采取的施工技术控制措施有效的，在不影响地面交通状况及周边环境情况下，能够保证上覆流沙层浅埋暗挖通道开挖安全。

6 结语

浅埋暗挖法往往因地质情况复杂或者地下水条件，导致施工过程中风险较大，严重时会造成人身安全和财产损失。本文通过对西安某地铁出入口上覆流沙层浅埋暗挖隧道开挖为工程实例，利用优化管棚、加密导管、开挖监测、地面铺设钢板等整套支护加固技术措施，对上覆流沙层浅埋暗挖隧道开挖技术进行分析，将地下加固措施与地面预防措施相结合对上覆流沙层暗挖通道进行预加固，为开挖提供了双重保障，较好的控制了砂层开挖隧道的风险，确保了工程顺利推进。在过程中，明确技术控制要点，关注超前支护加固措施的有效性、及时性，加强过程管控，优化管棚及小导管布设方式，提高架设精度，严格控制注浆范围、压力等参数，以保证隧道超前支护加固效果。对于预先制定的技术措施在过程中得到证实，有效可靠。