管幕超前支护在浅埋暗挖隧道下穿高速中的应用

闫国英

摘要：管幕工法是地下工程的超前支护手段之一，本文以北京新机场次干一路下穿机场高速为例着重阐述管幕施工、大断面平顶隧道分部开挖、隧道施工期防排水以及地表沉降控制;为同类工程提供参考。

Abstract： The pipe curtain construction method is one of the advanced support methods of underground engineering. This article takes the Beijing Airport's No.1 secondary trunk road underneath the Airport Expressway as an example to elaborate the construction of the pipe curtain， the excavation of large-section flat-top tunnels， the waterproof and drainage during the construction of the tunnel， and the control of the surface settlement; to provide reference for similar projects.

关键词：管幕;浅埋;暗挖;隧道;分部开挖

Key words： pipe curtain;shallow burial;underground excavation;tunnel;partial excavation

中图分类号：U455.4                                     文獻标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2020）12-0158-04

1  工程概况

北京市次干一路与京霸铁路、轨道交通及机场高速相交节点定线起点为规划魏石路，定线终点为磁大路;相交节点采用平顶隧道形式下穿，K1+588-K1+643.5段下穿北京新机场高速Y线，交角86°，顶板埋设5.6m，至西向东设-0.3%坡度;平顶隧道横断面23.2×8.5m，顶、底板厚1.1m，侧墙厚1.0m，中隔墙0.8m。

2  施工工艺

暗挖隧道采用外径402mm、壁厚12mm管幕做超前支护，管幕之前设置锁扣装置;管幕作业完成后进行基底注浆止水，保证施工作业面无水、干燥;按分部开挖方法进行隧道开挖并及时支护。为隧道管幕、暗挖施工提供作业面及出渣空间，在暗挖西侧设置竖井。

3  竖井施工

竖井平面图如（图1），尺寸为纵向25m×横向28.2m×深15.2m，竖井支护采用钻孔支护桩+高压旋喷桩+锚索系统完成;钻孔桩采用？准1.0m@1.5m施作;桩间采用高压旋喷桩止水，桩间设D800旋喷桩两根（图2）;基坑顶设截水沟，顺接至自然排水系统，坑底设4×4×2m集水井。

竖井施工之前在竖井冠梁外边缘及外侧2m、7m、12m位置设置4排地表沉降观测点对原地面进行监测;高速公路在两侧路肩及道路中心设置3排监测点，监测长度为暗挖隧道中线两侧各40m，点位间距为2×10m+8×5m+2×10m。

4  超前支护

4.1 管幕施工

4.1.1 后背墙施工

基坑开挖至顶板管幕一下2m后浇筑后背墙，后背墙宽26m，高2.5m，埋入土体0.5m，墙厚80cm，采用钢筋混凝土制作形成;待混凝土达到设计强度后，施作顶板55根，两侧各3根，共61根管幕。

下台阶管幕施工时，后背墙位于左右两侧，墙高7m，埋入土体0.5m，墙厚80cm;混凝土达到设计强度后施作两侧各16根，共32根管幕。

4.1.2 顶进施工

①工艺流程：施工准备—设备安装调试—测量放样—钻机就位—管幕顶进—注浆。

②材料准备：管幕采用D402*12无缝钢管、角钢75*50*8组合加工而成，注浆采用DN32*2.75注浆管，管幕加工成互锁公、母接头;大样图如图3。

③设备安装调试：设备进场后需在场外安装调试并经项目部组织验收后方可在工作平台进行安装。

④测量放点：测量人员经过换手法采用全站仪对管幕位置进行准确放样，在每个孔位上方悬挂编号，放样完成后，安装顶管设备就位。

⑤钻机就位：钻机操作平台采用型钢加工制作，高度根据钻孔位置可调，钻机与隧道之间铺设可滑动的轨道。操作平台基础采用混凝土基础，确保平台平稳，防止在管幕顶进过程中发生偏移或平台坍塌。顶管钻机定位完成后，在钻机导向杆后方处安装可成像的全站仪对导向钻杆的靶盘进行对位，以便在后续掘进过程中进行纠偏观测。

⑥顶进施工：钻机组装调试完成就位后，调整导向钻杆标靶位置与后方成像仪器中心线轴重合。先对拱顶中部的中央定位管进行顶进施工，而后向两侧施工标准管。先顶进端头钻头，导向孔施工完毕后，利用全站仪对导向孔的水平及竖直方向进行观测及时纠偏。随后跟进螺旋钻杆及第一节钢管，管内排出的渣土及时清理，避免土体对钻机平台造成偏压而致其失稳。同时利用钻杆内装入的光学装置，通过全站仪来测量方位，全程观测，及时发现管幕钻进的偏差，通过方向调节油缸调整钻头方向，进而改变钻头的钻进进行纠偏，严格控制孔轴线，确保施工精度。

4.1.3 注浆

安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注浆，注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。注浆材料为M30水泥浆，浆液由ZJ-400高速制浆机拌制。注浆压力初压1.0MPa，终压2.0MPa，持压15min后停止注浆。

4.2 基底注浆

根据暗挖长度设置3排基底注浆孔，套管段采用80钻头成孔，后续注浆段采用60钻头成孔;浆液采用水泥浆液，水灰比0.51-1：1，注浆扩散半径1m;初始注浆压力0.2-0.4MPa，稳定压力0.8-1.0MPa，终压2-4MPa;纵断面见（图4），横断面见（图5）。

5  暗挖施工

暗挖采用多导洞分部开挖施工，共分十个导洞，单个导洞断面4.4×4.7m;开挖过程中遵循“严工序、勤观察、快闭合”的原则进行，尽量减少群洞效应的影响，实现暗挖段隧道主体工程的建造。

5.1 施工工艺

总体施工步骤见图6，暗挖隧道由于单洞断面小，开挖采用小型机具配合人工进行开挖。

5.2 初期支护

5.2.1 拱架安装

多洞室施工，接头部位较多，拱架需先制作模具进行精加工;安装拱架前需对岩面进行初喷，拱架分临时支护跟永久支护，永久支护采用I25b型钢，临时支护采用I22b型钢;为保证钢架整体受力，设置Φ22纵向连接钢筋，环向间距1m，与钢架焊接。

5.2.2 钢筋网安装

钢筋网采用HPB？准6.5mm钢筋，网格尺寸为20×20cm，采用网焊机加工;钢筋网沿钢支撑内、外弧布设两层，需搭接时搭接长度不得小于一个网格;钢筋网与拱架接触的地方进行电焊连接。

5.2.3 锁脚锚管施作

在每榀拱架施工完毕后及时对该榀拱架进行锁脚锚管施工，锁脚锚管采用长度为2.5m，？准42×5mm注浆锁脚锚杆（每处4根）。锁脚锚管打设角度为下倾45°，施作完毕后与拱架焊接牢固并注浆，打设锚管角度采用数显坡度尺控制锚管角度，在钻孔时实测并及时调整。

5.2.4 喷射混凝土

为减少围岩暴露的时间，开挖完成后先采用高压风自上而下吹净基岩，埋设控制喷混厚度的观测标，然后进行初喷;复喷在拱架、钢筋网、锁脚等施作完成后进行;喷射作业时要遵循“自下而上，分片、分层”的方法，喷头与岩面垂直，距离岩面0.8m。

5.2.5 回填注浆

为加强周边围岩与初期支护的密实度，使二者形成共同作用体系，减少因二者之间存在空隙致使拱顶覆土的沉降对上部建筑物造成不利影响，初期支护背后注浆应紧跟开挖作业面，并距开挖作业面5-10m的地方进行。

5.2.6 监控量测

单个开挖洞室拱顶中部设沉降点1个，侧墙中部设收敛点2个;制作观测点的钢筋入基岩不得小于50cm;观测要定人定仪器，减少误差，及时分析数据并共享。

5.3 二衬施工

单次浇筑二次衬砌长度为10m，横断面施工顺序见图7，监控量测变化累计值及速率达到要求后方可进行二衬施工;施工前需进行断面检测，确保二衬厚度;测量放样后进行土工布、防水板挂设、钢筋模板安装及混凝土浇筑工序。

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6  施工质量控制

6.1 管幕施工精度控制

①孔位放样时要进行换手测量，保证放样精度。

②顶管设备安装前对顶管平台及滑道进行水平检测并及时调整，设备就位后进行复测。

③顶管过程中速度不宜太快，要与出土速度协调;每顶进一根管（2.8m），在钻机后面架设全站仪通过观察孔跟踪测量机头尾部的激光靶上的红外线点位，得到偏差值，利用方向调节油缸对钻头运动轨迹进行调整，从而达到纠偏效果，保证成孔精度。顶进纠偏必须勤测量，多微调;要求管幕精度上下±5cm，左右±5cm。

6.2 防水板施工质量控制

防水板施工质量决定隧道建成后防水质量，无纺土工布及防水板挂设前对初支面进行检查，对局部突出部分进行修整，若初支面由异物，如钢筋头、铁钉等可切割、打扁或用砂浆包裹。示意图如图8所示。

6.3 二衬施工质量控制

边墙单侧设置2层共8个灌注孔（振捣共用），窗口水平中心距2.5m，层间中心距2.0m，窗口大小为0.5×0.5m，下层灌注孔距底板2.0m，上下两侧交错布置，浇筑砼时左右对称浇筑;顶板横向中心位置设置泵送接口管，纵向设置3个，泵送接口管中心距为3.5m，距端模均为1.5m。顶板泵送接口布置见图9。

7  结语

市政道路下穿公路、铁路等结构物时，采用管幕法施工时地面及结构物沉降可控;平顶隧道分部开挖可减少对原地层扰动，但施工过程中不得冒进，合理进行初支、二衬工序转换，减少群洞效应影响;平顶隧道顶板注浆采用横向多孔注浆可避免二衬空洞。

参考文献：

[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖通论[M].合肥：安徽教育出版社，2006.

[2]曾润忠.下穿铁路的浅埋隧道长距离管幕施工[J].铁道建筑，2009（9）：43-45.

[3]李兴高，袁大军.超长管幕在浅埋暗挖隧道下穿机场高速跑道施工中的应用[A].铁道建筑，2014（2）：67-69.

[4]郭明俊.城市淺埋暗挖平顶隧道施工技术[A].施工技术，2015，5（25）.