淺埋暗挖工法在特殊土層中的應用

【摘 要】本文針對在花崗巖殘積土層及雜填土層中進行淺埋暗挖施工容易出現的土體軟化崩解、坑壁坍塌等問題，介紹了某地鐵站附屬風亭淺埋暗挖隧道施工方法，以供參考。

【關鍵詞】淺埋暗挖；花崗巖殘積土；動荷載

0 前言

花崗巖殘積土及雜填土均為特殊土，土層的結構性較強，在外部條件發生變化時，土的結構性很容易被破壞，土體容易喪失穩定性。在該類土層中進行淺埋暗挖施工，存在較大的不確定因素，容易出現的土體軟化崩解、坑壁坍塌等問題，甚至可能導致施工無法繼續進行，一旦出現問題，后果十分嚴重。本項目是針對復雜工況條件下、特殊土層中進行的淺埋暗挖施工工藝進行的研究，其復雜程度、工況特點、所處土層條件等幾個方面在國內均較罕見。

1 工程概況

廣州市地鐵三號線北延段南方醫院站北端風亭，由于征地拆遷困難，明挖施工改為暗挖施工，隧道平面布置，包括2個明挖風亭和7條暗挖通道，暗挖通道寬度3.5m～6m，高度4.55m～5.98m，覆土厚度約3m。風道上方局部有公交車輛通行，下方為已完成的盾構隧道，有施工車輛通行。工程區域內地下管線縱橫交錯，種類繁多。

2 地質條件

本場地上覆第四系土層自上而下有：人工填土層<1>、沖積—洪積粉細砂層<3-1>、沖積—洪積中粗砂層<3-2>、粉質粘土層<4-1>、河湖相淤泥質土層<4-2>、可塑狀花崗巖殘積土層<5H-1>、硬塑或堅硬壯花崗巖殘積土<5H-2>、全風化花崗巖<6H>、強風化花崗巖<7H>、中風化花崗巖<8H>、微風化花崗巖<9H>。

其中暗挖涉及到的土層主要為人工填土層和花崗巖殘積土層。

3 項目特點

本暗挖工程7條暗挖通道呈縱橫向平行或垂直布置，暗挖通道覆土厚度小、上覆土層中管線多，上方道路有車輛通行、隧道下方為已完成的盾構隧道，且所處土層為人工填土層和花崗巖殘積土層，使本工程施工難度相對較大。主要體現在以下幾個方面：

（1）本工程所處土層上部為填土層，下部為花崗巖殘積土層，花崗巖殘積土層具有遇空氣崩解、遇水軟化的特點，地質條件差，土的強度低，孔隙比大，壓縮性大，土體自穩能力差。

（2）各暗挖通道緊密相鄰，施工中各通道會相互影響。

（3）暗挖通道覆土厚度較小，約為3m。淺埋暗挖通道上方局部有車輛通行，暗挖施工風險比較大。

（4）車站主體結構已完成、下方盾構隧道施工已完成，對已完成部分的成品半成品保護難度較大。

（5）風道上覆土層中管線較多，包括軍用光纜、民用通信、高壓電纜、煤氣、雨水、污水等多種管線，結構型式有銅電纜、光纖、鋼管、砼管、鑄鐵管，可分為有內壓力管線和無內壓力管線兩種，埋深在0.5～2.90，管線保護困難。

（6）西側建筑物較多，主要為低層建筑，淺基礎，建筑物對沉降比較敏感。

4 主要技術處理措施

（1）地面加固處理：針對花崗巖的特殊土性特點，在進行淺埋暗挖施工前，在地面采用旋噴樁加固的方法對暗挖范圍內的土體及上覆土層進行了全面預處理，改善特殊土土性。

（2）洞內全斷面WSS注漿：花崗巖殘積土層屬于特殊土，從顆粒組成上看細顆粒和粗顆粒各占50%左右，中間顆粒較少，粘性較差，具有遇空氣崩解、遇水軟化的特點，土體受擾動后，臨空面難以長時間自穩，采用暗挖法施工，具有較大的風險，采用WSS注漿工藝對土體進行加固。

（3）優化施工工序：針對的工程為7條暗挖通道呈縱橫向交錯分布，其中三條沿車站縱向呈三聯拱狀布置，另有三條暗挖通道分別在中部和端部與三條縱向暗挖通道在不同位置連接，布置形態復雜，接口部位復雜，暗挖通道施工時，相互影響大，暗挖通道受到相鄰通道施工的影響，應力場隨施工進度的變化出現多次變化，應力狀態復雜。施工順序上，先施工三聯拱的中間通道，待中間通道二襯施工完成后，再組織兩邊通道的施工，待兩側通道二襯完成后，再組織與其垂直相接的通道的施工。上述方法簡化了暗挖通道在施工過程中的應力多次重分布的狀態，確保了暗挖通道施工的安全。

（4）地面保護措施：在車輛長期反復動荷載作用的情況下，淺埋暗挖通道超前支護采用了超前鋼花管及超前小導管相結合的形式，同時在地面上鋪設20mm厚的鋼板，使荷載能夠分散到更大的面積上，有效減小單位面積上的荷載。

5 工藝流程

施工方法上根據各暗挖通道的斷面情況及其他各方面情況，各暗挖通道均采用臺階法開挖施工。

6 施工關鍵技術

（1）地面保護施工

暗挖通道上部的臨時交通疏解道路，道路走向同暗挖通道走向，為了使車輛荷載更大的面積上，在路面上鋪設鋪設20mm厚鋼板，鋼板的規格為6000mm×2000mm，暗挖通道開挖面斷面寬度為5000mm，開挖進尺為500mm，結合以上特點，為了使鋼板更好的發揮作用，鋼板的長邊沿道路走向布置。同時在鋼板與路面間鋪設一層50mm至100mm的石粉找平、緩沖層，以減小行車震動和噪音污染，并在鋼板上設置防滑條，兩側一定距離設置減速帶。

（2）管線保護施工

風道上覆土層中管線較多，包括軍用光纜、民用通信、高壓電纜、煤氣、雨水、污水等多種管線，結構型式有銅電纜、光纖、鋼管、砼管、鑄鐵管，可分為有內壓力管線和無內壓力管線兩種，埋深在0.5～2.90，管線保護困難。

①對暗挖范圍內上覆土層中的高壓電纜采用鋼套管保護。

②對上覆土層中的供水管線、軍用管線、電信管線等管線采用綜合管溝保護的方法進行保護，將上述無法遷出暗挖范圍的管線采用原位遷移保護的方法進行處理。

③對上覆土層中無法遷走的排污排水管線采用內置鋼套管的形式進行保護，讓污水從鋼管內排走，避免發生滲漏，影響暗挖施工安全。

④對上覆土層附近的煤氣管線采用設置隔漿降壓槽的方式進行保護。

（3）土體加固施工

本工程土體加固采用旋噴樁加固與WSS工法注漿加固并舉的方法，WSS工法注漿由于是他人保密技術，其原理和工藝參數不做詳述。

①鑒于暗挖通道所處土層的特殊土性，WSS工法注漿要求全斷面進行，并達到四周外擴2m的要求，注漿后土性得到明顯的改善，掌子面在開挖階段能夠保持穩定，通道圍巖能夠保持較好的穩定性，花崗巖殘積土的土性得到明顯的改善，能夠在一定時間內保持穩定。

②注漿完成后，必須進行質量檢查，質量檢查符合要求后，方能進行下一步開挖。檢查方法為打設超前探孔，具體布置情況是沿拱頂及邊墻每隔1m打設一個超前探孔，根據探孔反映的地下水情況，無水說明質量符合要求，對有水滲出的探孔周邊每隔50cm再打設一個探孔，探明薄弱環節進行補充注漿。

③開挖時土體中有明顯的漿脈分布，土體被明顯壓實，土體較干燥，掌子面基本無水滲出，具有較好的自穩能力。

④暗挖通道開挖前，在具備條件的部位必須采用雙管咬合旋噴樁對整個暗挖范圍內的土體（含上覆土層）進行全斷面處理，確保土性得到明顯的改善，本項目采用Φ600@450雙管旋噴樁進行土體全斷面加固。

（4）小導管及鋼花管施工

在交通道路下方，采用小導管與鋼花管結合的超前支護形式，鋼花管起到管棚的作用，其規格的選用根據通道上方荷載情況、通道施工的空間條件進行選用；交通道路以外的部分采用小導管作為超前支護形式。

①鋼花管按照普通管棚的施工工藝進行，在施工時需要根據暗挖通道的長度及工藝性能合理設置外插角，并留置作業面。

②花崗巖殘積土中淺埋暗挖施工時小導管設計必須遵循密布管的原則，從縱向上來說，每米一個循環，即每進尺一米施工一環小導管，在開挖時確保小導管后端與初支鋼格柵相連，噴射在混凝土中，前端亦有一定的長度埋置于土中，保證小導管在縱向上具有足夠的搭接長度。在環向上每隔0.3m設置一根小導管，并進行小導管注漿，使拱部形成一個加筋漿體結構，一定程度上起到棚架支撐作用。

（5）通道暗挖施工

①通道暗挖施工遵循短開挖的原則，針對花崗巖殘積土的特殊土性，并結合淺埋的工藝特點，本工程單次開挖進尺為0.5m。

②開挖除采取超前支護和地層加固措施外，還應特別注意預加固、開挖和支護等作業工序的緊密銜接，即做好“管超前、短開挖、強支護、快封閉”。

③根據斷面尺寸情況及土層特性，本項目開挖采用臺階法，臺階為超短臺階，上下作業面間距為不小于2m。

④各部土方開挖均應保持一定的坡度，掌子面坡率不應大于1∶0.75。

⑤開挖過程中必須加強監控量測，當發現拱頂、拱腳和邊墻位移速率值超過設計允許值或出現突變時，應及時施工臨時支撐或仰拱，形成封閉環，控制位移和變形。

⑥作好開挖的施工記錄和地質斷面描述，加強對洞內外的觀察。

（6）回填注漿

暗挖通道的回填注漿具有堵水、加固結構、改善結構受力條件和控制地層沉降等多重作用。根據回填作用部位和目的不同，回填注漿又分為初期支護回填注漿和二次襯砌背后回填注漿，由于注漿工藝、注漿機具和注漿目的等內容都較為一致，因此對回填注漿技術統一敘述如下。

①回填注漿孔的布置

a、注漿孔布置于拱部，初期支護背后注漿孔每個斷面3根，縱向間距2m；二次襯砌背后注漿孔一般設在拱頂，縱距3～5m，布孔以避開環向施工縫為宜。

b、注漿管采用φ42普通焊接鋼管或其他鋼管，管長約為0.8m，均采用預埋方式布管。

②注漿漿液選擇及配制

拱部二次襯砌背后回填漿液采用耐久性好、強度高的MC超細水泥漿液。初期支護的背后注漿采用水泥漿液。水泥漿濃度為1.25∶1～1.5∶1。

③注漿壓力

回填注漿壓力不宜過高，只要能克服管道阻力和二襯與初期支護之間空隙阻力即可，壓力過高易引起初期支護或二次襯砌變形。采用注漿泵注漿時，緊接在拱頂注漿處的壓力宜控制在0.3～0.4Mpa，不得超過0.5Mpa。

④注漿施工

注漿應由低處向高處，由無水處向有水處依次壓注，以利充填密實，避免漿液被水稀釋離析。注漿時，必須嚴格控制注漿壓力，以防大量跑漿和使結構產生裂縫。

7 結論

針對在花崗巖殘積土特殊土層中進行淺埋暗挖施工存在的技術難題，通過采取地面加固與洞內加固相結合的方法，優化隧道施工工序，保證了暗挖施工的順利進行，達到了管線保護及道路通行的目的，確保了地鐵的按期開通。

參考文獻

[1]《地下鐵道設計規范》（GB50157-2003）

[2]《錨桿噴射混凝土支護技術規范》（GB50086-2001）

[3]夏明耀曾進倫《地下工程設計施工手冊》，中國建筑工業出版社，1999