淺埋暗挖大跨三聯拱隧道施工技術

杜建華，彭彥彬，杜華林

(1.石家莊鐵路職業技術學院，石家莊 050041;2.中鐵隧道集團 北京中鐵隧建筑有限公司，北京 100022)

1 工程概況

某地鐵區間工程設計有三聯拱隧道405 m，標準斷面開挖寬度16.0 m，開挖高度7.13 m，如圖1所示。上覆地層為粉土①層、雜填土①1層、粉土③層、粉質黏土③1層、粉質黏土④層，洞身穿越地層為粉質黏土④層和粉土⑥2層;下臥地層為中粗砂⑦1層和黏土⑧1層。整個洞身處在承壓水水位位置。線路所經區域為重要的商業區。沿線客流集中，交通繁忙，房屋密集，多高危建筑。區間隧道最大覆土厚度為10.5 m，最小覆土厚度僅7.8 m，且三聯拱隧道下穿建材城、φ800 mm天然氣管線、φ600 mm上水管線及專用電力隧道。

圖1 三聯拱隧道標準斷面(單位:mm)

2 工程重難點分析

1)下穿高危建筑。三聯拱隧道所穿越地層上方是以建材市場為中心的交通繁忙、房屋密集的區域，并且存在數量較多的高危建筑。

2)地質不良。隧道所穿越地層因管線滲漏水、地層上層滯水等因素導致地層疏松且存在空洞。隧道工作面拱頂滲漏水不斷。

3)斷面跨度大、工序轉換多、受力體系復雜。該工程隧道斷面類型多，不僅三聯拱隧道斷面類型多達五種，而且三聯拱隧道要與雙聯拱隧道、單洞隧道甚至明挖基坑相連接，結構變化處受力復雜，施工困難。

3 總體對策

1)地面建筑群周邊3 m范圍埋設袖閥注漿管，先對其中一些管子進行注漿加固地基;在施工過程中，根據監控量側數據，隨時進行跟蹤補注。

2)依靠降低地下水、動態注漿改良地層和超前支護來創造好的施工條件。

3)按先中洞開挖、支護、襯砌，再對稱開挖、支護、襯砌兩側洞，以簡化力的轉換，避免洞室開挖后產生較大的應力集中。采用分部施工，首先，通過臨時支撐將開挖斷面分成8部分，將大斷面化成小斷面，使各分部自成穩定的受力體系;然后，通過工序轉換，使結構閉合成環。

4)中導坑采用CRD法開挖，側導坑采用臺階法開挖，以縮小一次開挖斷面，有利于圍巖及結構穩定;中部導坑先行，中洞封閉成環;兩側導坑滯后，側洞對稱施工。在開挖中，盡量減少對地層的擾動，通過超前管棚(導管)支護、網噴混凝土、鋼拱架，聯合形成初期及臨時支護，使斷面及早閉合，控制地層變形，并使之趨于穩定，充分把握好洞室結構施工中的力的轉換和平衡。

5)建立地層及支護結構監控量測系統，隨時掌握施工過程中地層的變化，合理安排、及時調整施工步序和設計參數，在中導坑初支完成后及時進行中洞襯砌施工，在混凝土達到設計強度后，對稱依次進行側導坑的開挖、初期支護、側洞二次襯砌施工。

4 施工步序及技術要點

4.1 總體施工步序

整個隧道的施工步序為:施工準備→深井降水→豎井及橫通道施工→超前支護→中洞開挖支護→中洞襯砌→兩側洞對稱開挖支護→兩側洞襯砌。

4.2 隧道施工步序

隧道斷面分為8部分，按11步序進行施工，詳見圖2。

圖2 暗挖“三聯拱”大跨區間隧道施工步序示意

4.3 隧道施工技術要點

4.3.1 超前大管棚施工

設計參數:在“三聯拱”隧道馬頭門的拱部范圍內、沿隧道拱頂環向間距@300 mm布置大管棚超前支護，管棚設計為φ108 mm×12 mm無縫鋼管，并布設梅花形注漿孔，采用有限擴充注漿。

施工措施:管棚采用“TT40型水平導向鉆機鉆φ120 mm的導向孔，然后采用 TT145型夯管錘夯進φ108 mm鋼管”的方法施工。

4.3.2 超前小導管施工

設計參數:其它段拱頂布置φ42 mm焊接鋼管，壁厚 t=3.5 mm，長 2.3 m，外插角 7°～10°，每榀打設一排，環向間距300 mm，馬頭門段管棚間同樣布設小導管，超前注漿漿液根據隧道所處地層的不同采用水泥或水泥水玻璃雙液漿。小導管頭部加工成尖錐狀，尾部焊箍，管壁上鉆注漿孔(φ6 mm)，間距50 cm，梅花形布置，離尾部60 cm內不開孔，頂入長度不小于管長的90%。

施工措施:在噴混凝土后采用風鎬打設，均在格柵鋼架外層主筋下且密貼，布置好后與拱架主筋焊接。注漿前用5～10 cm的混凝土封閉掌子面。注漿時，注漿壓力控制在0.3～0.5 MPa，采用注漿量及注漿壓力雙控來控制，并根據開挖情況及時調整漿液配合比、注漿壓力及注漿量。

4.3.3 開挖支護

中洞采用CRD法開挖，側洞采用臺階法開挖，兩側同號洞室宜對稱進行，部之間用臨時中隔壁及仰拱分割。

1)中洞開挖支護。采用中隔壁法，隧道分成四個部分開挖，各部分開挖施工間隔為10～15 m。各部每次開挖進尺為一個格柵間距，嚴禁多榀一次開挖。在各開挖分部內，按正臺階法分兩臺階開挖支護，臺階長度2～3 m，如圖3所示。

圖3 中洞開挖施工間隔示意

2)側洞開挖支護。中洞襯砌完成后，同步對稱進行兩側洞開挖支護。采用鋼格柵+連接筋+C20噴混凝土支護體系。三聯拱側洞臺階法施工時，隧道分成四個部分兩側對稱開挖。各部分開挖施工間隔為4～6 m。在各部內，按正臺階法分兩臺階開挖支護，臺階長度2～3 m。各部每次開挖進尺為一個格柵間距，嚴禁多榀一次開挖，如圖4所示。

圖4 側洞開挖施工間隔示意

4.3.4 防水層施工

采用厚度為1.5 mmPVC進行全包防水處理;底板或仰拱防水層的保護層材料均采用單位重量不小于400 g/m2的短纖土工布做緩沖層和厚70 mm的細石混凝土保護層。防水板采用無釘孔鋪設，由拱頂向兩側鋪設，即利用熱風焊槍將裁剪好的卷材熱熔粘貼在塑料圓墊片上;緩沖層采用水泥釘和塑料圓墊片固定于已達到要求的噴射混凝土基面上;固定點之間呈梅花形布設。固定點之間的間距為:拱頂500 mm、側墻800～1 000 mm、底板1 000 mm。

4.3.5 中洞襯砌施工

分為仰拱、兩個中隔墻、拱部三個步驟施工。仰拱不設模板直接澆筑成型;中隔墻采用1.5 m×0.6 m、1.5 m×0.2 m組合鋼模板立模澆筑;拱部采用1.5 m×1.2 m可調圓弧模板+梳型木+碗扣式腳手架+@0.5 m托盤支撐立模澆筑。

1)中洞底板襯砌。中洞底板防水板預留接頭背面鋪設0.8 mm的鋼板進行保護，并將鋼板固定在初支基面上，以防破除中壁混凝土時風鎬碰破及割除格柵時燒傷防水板，正面用無防布遮蓋，以防破壞防水板。為保護防水板，所有鋼筋連接均采用機械連接，分段長度為6 m。

2)中隔墻襯砌。中墻襯砌采用組合模板進行，小直徑插入式振搗棒振搗。側洞襯砌鋼筋預留接頭遠離防水板并考慮鋼筋連接設備的操作空間。中墻采取分段施工，分段長均為6 m。

3)中洞拱部襯砌。采取縱向分段施工，先將影響施工的臨時支護分段拆除，依據初期支護方向施工二次襯砌，縱向分段長度約為6 m(一倍跨距)。

4.3.6 側洞襯砌施工

側洞開挖貫通后，逐段對稱拆除中隔壁進行襯砌，每次拆除長度為一個襯砌循環的長度，嚴禁超前拆除。側洞襯砌底板先行，拱墻緊跟，仰拱導墻部分(即仰拱與邊墻相接處)采用定型或可調弧形模板進行，拱墻采用模板臺車進行襯砌，縱向分段約為6 m。

分兩次進行澆筑，仰拱一次，邊墻及拱部一次。聯拱隧道側洞拱、墻混凝土澆筑采用自制走行式鋼模板臺車。拱墻混凝土坍落度宜采用18～20 cm，粗骨料采用5～20 mm的級配良好的碎石。混凝土澆筑時應由下而上分層澆筑，每層澆筑高度不超過40 cm，采用人工用插入式振搗器充分振搗。混凝土拆模一般在24 h后進行，拆模后混凝土應立即養護，采用專人灑水，養護時間不少于14 d。

4.3.7 側洞與中洞連接處施工

1)初支施工措施。側洞初期支護格柵與中洞格柵存在拱頂與仰拱兩個連接點，此兩處格柵是連拱隧道初期支護控制的重點，如果連接點強度不足，可能造成側洞發生“掉拱”現象或沉降量超過規定值。因此，在施工時需采取以下措施:①在格柵加工時，必須將中洞格柵與側洞格第一榀制做好后試拼，經檢驗合格后進行批量生產。檢查重點是中洞與側洞連接點。②在中洞格柵架立時，確保與側洞連接點預留的準確性和有效性，同時將連接螺栓保護好，確保螺栓與側洞格柵可靠連接。③在側洞格柵架立前，將中洞預留連接點處的雜物清理干凈，使側洞格柵與中洞格柵緊密連接，并確保連接螺栓的有效性。④側洞格柵必須嚴格按照凈空要求架立，以確保側洞仰拱與中洞仰拱可靠連接。

2)襯砌施工措施。三聯拱隧道中洞襯砌先行，可能導致側洞與中洞襯砌連接時出現防水板破壞及鋼筋預留位置不準確而無法連接或連接效果不好的現象，因此，在施工時采取以下措施:①在中洞襯砌施工時，防水板預留處必須采取有效的保護措施，同時，在破除中隔壁時也要注意保護。②在預留側洞鋼筋時，嚴格按照設計位置進行預留，預留長度及位置誤差在1 cm以內。③中洞在預留防水層和鋼筋接頭時，必須考慮側洞的施工方便。④掌握好側洞襯砌前拆除臨時支撐的長度。

5 襯砌穩定與沉降控制

5.1 三聯拱側洞開挖期間中洞襯砌結構的穩定控制

三聯拱側洞開挖過程中確保中洞襯砌結構的穩定是十分關鍵的。主要采取了以下措施:

1)側洞開挖必須在中洞襯砌混凝土強度達到設計強度的100%方可進行。

2)兩側洞必須同步開挖(即兩側對稱進行開挖)，確保為中洞結構對稱卸載，防止中洞結構產生水平推力而偏移。同時，在中洞襯砌結構處布置監控量測點，加強中洞與側洞的監控量測，如監控量測信息異常，應及時采取相應措施。

5.2 確保建筑物和構筑物安全的超前加固及沉降控制

三聯拱隧道下穿建筑物或地下構筑物時，采取以下措施以確保建筑物及構筑物的安全:

1)施工中必須嚴格遵循“管超前，嚴注漿，短開挖，強支護，勤量測，早封閉”的方針。

2)在下穿建筑物施工時，采用雙層管棚超前注漿、全斷面注漿預加固、洞內徑向注漿、縮短開挖步距等措施。

3)加強監控量測，實行信息化施工。

4)以地質鉆機每隔3～5 m進行超前鉆探，探孔布置在拱頂和兩側邊墻，各布1個孔，深度一般為5 m。根據鉆孔所帶出的土或水判別工作面前方的地質水文情況。一旦發現異常，立即以噴射混凝土加鋼筋網封閉工作面，同時預埋注漿管，待工作面封閉混凝土達到強度后進行注漿加固;然后再進行地質鉆探，直至前方地質水文情況滿足施工要求。

5)根據地質水文動態調整隧道初期支護參數。由于城市地鐵隧道施工所遇地層的地質和水文參數變化較大，不能對地層采取統一的參數去施工。對于地層密實、自穩性能好且無水干擾施工的地段，初支鋼格柵間距可以放大至75 cm，超前支護可考慮減少小導管數量。對于地層條件差、易松垮但無水干擾的地段，初支鋼格柵間距可縮小至50 cm，將超前注漿的漿液換為改性水玻璃，以利于更好地固結土體。對于地層條件差且有地下水滲漏的地層，不僅鋼格柵間距可縮小至50 cm，而且超前注漿的漿液可換為水泥—水玻璃漿液或者超細水泥—水玻璃漿液，便于既加固土體又止水防漏。情況十分惡劣的，應考慮進行拱頂徑向注漿，密實已形成初支段背后的疏松空洞區，還應增設拱腳錨桿，擴大受力區域，抑制拱頂沉降。

6 結語

本工程已于2006年底竣工，在施工過程中，由于施工技術措施和方案得當，地表沉降及收斂變形控制效果明顯，隧道成功下穿建材市場和多條地下管線，保證了建材市場的正常營業，取得了良好進度指標。施工中，充分利用了桿件的臨時支撐作用，采用超前水平預注漿小導管、掛網和格柵噴混凝土等支護手段，加之開挖后立即封閉，形成受力封閉環;采用分部開挖，減小了開挖跨度及開挖高度，且超前中洞可起到預報地質的作用，大大提高了施工的安全度。采取此方法施工，能有效地控制地層變形和地表下沉，能確保地面建筑物及構筑物的安全，減少拆改移費用，且施工作業簡便，不需要特殊的施工機械和設備，能應用量測監控等信息化管理方法指導施工，使整個施工過程均處于受控狀態。

伴隨城市地鐵線路的增加，線路的交叉、聯絡越來越多，不可避免會出現幾條線路并行的情況，該技術對類似工程具有參考價值。

[1] 張曉琳，楊公正，張海波.公路隧道雙側壁導坑法施工過程動態模擬分析［J］.鐵道建筑，2006(8):45-48.

[2] 中華人民共和國鐵道部.TB10204—2002 鐵路隧道施工規范［S］.北京:中國鐵道出版社，2002.