某地铁出入口浅埋暗挖通道在复杂环境下的施工技术研究

朱辉 ZHU Hui

（中国水利水电第八工程局有限公司，长沙 430100）

0 引言

农科院农大站4 号出入口位于主干道交叉口附近，交通繁忙，为了减少施工对交通的影响，采用浅埋暗挖法施工，同时也减少了众多管线的迁改工作。本通道位于人民东路下方，洞身穿越高富水砂卵石地层，同时下穿众多重要管线，施工难度大，须采取一系列的超前预支护措施，选用合理的暗挖方式，方能顺利完成本暗挖通道。

1 工程概况

1.1 出入口概况

本车站位于人民东路与红旗路交叉路口西北侧，下穿人民东路部分采用浅埋暗挖法施工。该出入口暗挖段全长约41m，暗挖通道覆土厚度约为7.1～8m，断面为城门洞形式，尺寸为8.2m×5.92m，断面图如图1 所示。

图1 隧道横断面图

本暗挖通道按喷锚暗挖法设计，采用复合式衬砌结构。超前预支护选用超前大管棚支护、小导管超前预支护、超前帷幕注浆堵水及固结地层。暗挖通道采用CRD 法开挖，初期支护采用钢拱锚喷的支护形式，二衬采用模筑钢筋混凝土，内外层衬砌间铺设防水层。

1.2 工程地质、水文条件

1.2.1 地质条件

本出入口地层分布自上而下分别为：沥青及混凝土路面、素填土、杂填土、粉质黏土、粉土、粉细砂、圆砾、卵石、强风化泥质粉砂岩、中风化泥质粉砂岩。其中通道拱顶主要处于砂卵石层中。

1.2.2 水文地质情况

长沙地区含水层按其岩性、岩相、岩层结构、地貌及构造等条件可分为六大类，本工程场地包含松散岩层孔隙水类型及红层孔隙裂隙水两大类型。

地下水主要接受大气降水、地下管线渗漏补给，亦和周边地表水体呈互补关系，补给及外围侧向补给。

水位和水量随季节变化，地下水动态变化较大，据区域资料，地下水的年变幅在3～4m 之间。

1.3 周边环境

1.3.1 交通情况

本车站所处交叉口东西向人民东路为长沙市连通黄花机场，担负着省会人、车、物流集散的重要城市主干道；南北向红旗路同样为城市主干道，南侧连接城市快速道路。本车站所处交叉路口日常车流量大、交通繁忙，尤其在早、晚通勤高峰期时格外拥堵。

1.3.2 周边管线情况

本暗挖通道下穿范围内影响的重要管线有雨水、污水、给水等管线。详细情况参见表1。

表1 管线现状情况表

2 本工程重、难点及应对措施

2.1 确保暗挖通道洞身及拱顶稳定是重点

本暗挖通道采用浅埋暗挖法施工，隧道拱顶部分位于砂卵石层中，围岩自承能力较差，隧道开挖过程中拱顶存在塌方、突水、地表水或地下水流失、大变形等风险。具体措施如下：

①暗挖拱顶软弱地层风险应对措施。1）在暗挖段管线影响范围外，采用地面袖阀管注双液浆工艺进行地层预加固；2）在管线影响范围内，采用超前帷幕注浆对地层进行预加固；3）暗挖段地层预处理完成后，在拱顶上方180°范围内打设大管棚，防止开挖过程中地层不稳出现坍塌。

②暗挖塌方风险应对措施。1）严格按“预支护、短开挖、强支撑、快封闭、早成环、勤量测”的原则组织施工；2）采取超前水平钻方式做超前地质预报，对前方地质及水文地质进行探测。3）当初支变形较大时，需要及时采取措施，防止变形继续扩大，避免造成坍塌等不良后果。4）施工中必须做好各导洞渗水的疏排，严禁洞内积水浸泡导洞，造成因围岩软化引起初支变形。

2.2 加强对暗挖通道上方管线的保护是重点

暗挖通道影响范围的主要管线基本位于素填土层，局部位于粉质粘土层，在开挖及注浆过程中须做好隧道上方管线保护。具体应对措施：①地面注浆施工前须做好地下管线的调查工作，钻孔距离管线2m 以上，避免钻孔损坏管线。②隧道进洞前设置大管棚，开挖过程自上而下，分块成环，随挖随撑，及时做好初期支护，必要时进行注浆堵水止漏。③管线影响范围内采用超前帷幕注浆进行地层堵水及固结，注浆过程中严格控制注浆压力，避免注浆压力过大造成管线变形。④通道开挖选用CRD 法，严格控制地层在开挖过程中产生的沉降。⑤施工过程中加强监测，根据监测情况采取注浆加固等有效措施进行处理。

2.3 暗挖通道路面隆沉是控制的重点

本路段处于主干道交汇处附近，现状车流量大，早晚高峰期交通拥堵现象严重，一旦出现路面隆沉过大，将会严重影响交通安全。具体措施如下：①大管棚注浆及超前帷幕注浆时严格控制注浆压力，避免注浆压力突然增大造成路面隆起；②加强路面竖向位移的监测工作，注浆过程中实时监测路面隆起情况，一旦发现异常，停止注浆作业，待问题解决后恢复施工。

3 主要施工措施及工艺

3.1 地面袖阀管注浆

暗挖施工前，在暗挖通道上方管线边2m 以外先进行地面垂直袖阀管注浆，以减小通道暗挖施工风险。袖阀管注浆加固体分为双液浆层与单液浆层两部分，双液浆层顶部穿过细粉砂层进入粉质粘土层0.5m，底部穿过圆砾层进入不透水层1.5m，采用水泥、水玻璃双液浆，地面至双液浆层顶部范围内的其他地层均采用水泥单液浆。①为保证施工时不对地下管线造成破坏，施工前进行管线探查工作，保证注浆加固不造成管线破损。②钻孔采用MGJ-50钻机配90mm 钻头钻进，结合地层情况，采用泥浆护壁成孔，成孔后需立即清孔。③对已完成的钻孔进行清孔，排除粗颗粒渣土，从孔底往上灌注套壳料至孔口。在下完套壳料的钻孔中下放Ф76mm 的PVC 袖阀管，开孔处管外紧箍橡胶套，覆盖注浆孔；袖阀管下底端要套好锥形堵头，上顶端要戴上保护帽，防止孔中泥浆或套壳料进入袖阀管内。④袖阀管注浆采用柔性塑胶φ76 袖阀管，注浆孔的间、排距为1.3m，错开布置。注浆采用自下而上分段进行，每一注浆段长度为1m，浆液采用42.5R 级早强硅酸盐水泥浆，水灰比为1∶1，注浆压力控制在0.8～1.2MPa。钻孔和注浆顺序先外围后内部，同一排间隔施工。

3.2 超前大管棚

本出入口暗挖通道所处上方地层为富水砂卵石层，采用传统送管工艺时，因圆砾层易塌孔，钻杆退出后无法顺利放置管棚注浆钢管，采用SE-GYD-20 型管棚钻机跟管钻进。①管棚钻机就位后，安装跟管偏心钻头、钢管及管靴，然后驱动钻杆回转，用正回转方式使偏心扩孔跟管钻进，套管同时跟进达到要求深度后，钻机反转使偏心钻头收拢，从套管内抽出。②管棚钻孔完成后，即对孔内注浆，管棚选用水灰比1∶1 的水泥浆，初压0.5～1.0MPa，终压2MPa，持压15min 后停止注浆。注浆时先灌注“单”号孔，再灌注“双”号孔。注浆结束后采用M10 水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。

3.3 超前帷幕注浆

本暗挖通道拱顶部位处于高富水砂卵石层，地层透水性强、自稳性较差，开挖前采用超前帷幕注浆的方式对管线影响范围进行堵水及稳固砂卵石地层。

本开挖断面以外3m 范围内为超前帷幕注浆加固圈。为实现堵水及加固目的，帷幕注浆循环长度按照5m 控制，每个循环均设置3 排帷幕注浆孔，共19 个帷幕注浆孔，沿开挖轮廓线内200mm 处设置第1 排帷幕注浆孔，按25°仰角设置，长度均为8.9m，第2 排帷幕注浆孔，按20°仰角设置，长度均为10.4m，第3 排帷幕注浆孔，按15°仰角设置，长度均为5.2m。参见图2。

图2 帷幕注浆孔布置图

帷幕注浆设备采用钻注一体式注浆机，注浆工艺采用后退式注浆，注浆浆液采用水泥浆水玻璃双液浆，水泥浆与水玻璃溶液体积比为1∶1，水玻璃溶液经加水稀释后波美度为25′Be。钻孔注浆顺序为先外围、后内部，跳孔注浆。注浆管径为76mm，注浆压力范围为0.4～1.2MPa，注浆压力从0.4MPa 逐步提高，达到终压1.2MPa，并持续注浆10min 以上。注浆过程中压力控制不到位或单孔注浆量集中易引起上部地层隆起，面临着通道上方道路、地下管线破坏等环境风险。注浆实操过程中，须实时观测地面及管线隆起情况，当监测数据发生异常及时停止注浆，查明原因解决问题后方能恢复注浆。

根据本工程实际，在左上导洞开挖一定的长度后，在右上导洞帷幕注浆效果不佳的情况下，可以通过左上导洞侧面对右上导洞帷幕注浆效果进行补充和加强，能起到不错的效果，并能缩短右上导洞帷幕注浆时间。

3.4 超前注浆小导管

现场实际操作过程中发现，小导管按照原设计5°～8°打设会侵入下一榀初支钢架安装范围，而打设角度调整过大将会导致小导管前端进入粉质粘土层，注浆时易引起地层隆起。为确保现场顺利实施，经参建各方同意，将小导管外插角从5°～8°调整至20°左右，小导管长度由3.5m 调整至2m，纵向间距调整为0.5m，在不影响下榀钢拱架的正常安装的条件下可确保超前小导管正常发挥效用。

小导管采用YT-28 风钻开孔，深度约1.8m，然后，由风钻将小导管顶入孔中，管端外露0.2m，塑胶泥封堵导管周围及孔口。注浆选用1∶1 的水泥浆，注浆压力控制在0.5MPa 以内，进浆速度控制每根导管总进量在30L/min 以内。导管注浆采用定量注浆300L，如压力逐渐上升，流量逐渐减少，虽然未注入300L，若孔口压力已达到0.5MPa则结束注浆。

3.5 隧道开挖及初期支护

CRD 法施工方法是分成左上、左下、右上、右下四个导洞进行开挖，上导洞开挖预留核心土后及时施作初期支护，下导洞开挖落后于上台阶10m，上下断面采用平行作业。开挖方式为上导洞采用人工手持风镐开挖。开挖步序参见图3。

图3 隧道开挖步序图（1→2→3→4）

CRD 法开挖工序如下：①施做左洞室拱部Φ42 超前小导管，开挖左洞室上台阶（循环进尺0.5m），及时施做初期支护、设置中隔壁及临时仰拱。②开挖左洞室下台阶（循环进尺0.5m），滞后于左洞室上台阶10m，及时施做下台阶初期支护及接长中隔壁临时支护。③施做右洞室拱部Φ42 超前小导管，开挖右洞室上台阶（循环进尺0.5m），及时施做初期支护、设置中隔壁及临时仰拱。④开挖右洞室下台阶（循环进尺0.5m），滞后于右洞室上台阶10m，及时施做下台阶初期支护，及早形成封闭受力环。

单导洞开挖滞后5m 处可开始进行初支背后回填注浆，其作用在于填充初支结构背后不密实处，从而稳定洞体、控制地层沉降。

3.6 二次衬砌

浅埋暗挖隧道二衬支模体系，通常采用台车衬砌或模板支架支撑体系。台车衬砌因其局限性无法适用于CRD法开挖衬砌施工当中，因此，本工程采用型钢支架搭配钢模板的支撑体系进行二衬施工，具体措施如下：

浅埋暗挖隧道初支施工完成，洞内收敛、沉降监测数据趋于稳定后方可启动二次衬砌施工，二衬施工前，待施工段初支临时型钢中立柱应每隔两根拆除一根，并破除中隔壁混凝土，以便于二衬结构钢筋绑扎及型钢支模体系架设。

采用预制型钢支架与组合钢模替代盘扣钢管作为二次衬砌施工支模体系。边墙模板及拱部模板采用9000mm×1500mm×50mm 钢模板组合拼装，洞身采用20a工字钢作为支撑支架，内侧设置横向支撑钢架作为边墙水平对撑，型钢支架间采用钢筋纵向焊接连接。型钢支架与初支竖向临时支撑间采用12#工字钢焊接在型钢支架上部横撑与初支竖向临时支撑垂直交界处，形成纵向连接。型钢支架底部采用螺栓固定。

3.7 隧道变形监测

本工程暗挖主要监测项目有：隧道拱顶沉降、净空收敛、地表竖向位移、管线竖向位移及地下水位。依据现场实测数据，本工程拱顶沉降累计最大为9.44mm，净空收敛5.53mm、地表隆起116.43mm、管线隆起40.09mm，地下水位变化0.71m。

经分析各阶段监测数据可知，前期帷幕注浆过程中因注浆压力控制不到位，造成地面及管线隆起超标，后加强注浆压力控制及实时监测，发现异常停止注浆并实时调整，地表及管线沉降得到了有效控制。在大管棚超前支护、小导管预注浆及水平帷幕注浆固结富水圆砾地层后，采用CRD 法开挖，能有效控制隧道结构的变形。

4 结语

随着我国城市化进程的迅速发展，愈来愈多的地下资源被开发利用。地下工程建设通常位于市区，面临着不同地质条件和复杂的周边环境，施工过程中会引起各种类型的环境地质效应，对工程周边的各类建构筑物都可能造成不同程度影响。本文就农科院农大站4 号出入口暗挖通道工程实施过程中的各类经验进行分析、研究，为今后同类项目工程建设提供经验参考。