淺埋淤泥地層地鐵隧道下穿城市干道技術研究

周瑞鋒　蘇瑩

【摘 要】結合深圳地鐵7號線BT項目7302標安托山停車場出入線下穿北環大道段隧道暗挖實例，在淺埋淤泥地層及上覆大流量車輛荷載的條件下，提出采用了超前雙層大管棚+超前小導管+超前帷幕注漿的超前預加固綜合支護措施進行超前加固。不僅有效的控制了地表沉降量，而且還確保了上覆城市干道的行車安全與隧道開挖的施工安全，為相似工程支護結構設計與施工提供了借鑒。

【關鍵詞】淺埋暗挖；大管棚；超前小導管；帷幕注漿；地表沉降；下穿城市干道

0 引言

近年來我國城鎮化步伐加快，人們對公共交通的需求不斷提高，伴隨著各種交通問題接踵而至。淺埋暗挖法是一種在接近地表的地下環境中對各類型地下建筑物暗挖施工的方法。在地下硐室的施工過程中，可以有效的控制對地面交通的影響。如何有效加固地層，防止施工過程中土方坍塌和地表沉降，是淺埋暗挖法的施工要點[1]。本文通過工程實例研究如何在淺埋淤泥地層及上覆大流量車輛荷載的條件下對地層進行超前加固，確保施工過程中的安全性。

1 工程概況

安托山停車場出入線左、右線隧道以單洞單線形式下穿北環大道，左線下穿起始里程為左ADK1+101.00～左ADK1+163.00（長62m），右線下穿起始里程為右ADK0+655.00～右ADK0+719.00（長64m）。右線下穿北環大道段隧道埋深約為12.3m，左線下穿北環大道段隧道埋深約為11.5m，隧道處于強、中風化花崗巖中，設計圍巖等級為Ⅵ級，隧道頂部為人工堆積層及殘積層。下穿北環大道施工前，利用地質雷達對隧道前方圍巖進行探測，探測結果顯示左右線下穿段地表以下堆積層中含較多填石，土層松散、部分巖面破碎、部分區域路面下方存在淤泥等不良地質。左右線隧道下穿北環大道平面示意圖如下圖1所示。

2 超前支護施工措施

2.1 超前雙層大管棚

管棚采用長度為40m、直徑φ108的無縫熱軋鋼管。管棚分段連接而成，管節長度為5m。管節之間通過絲扣聯結而成，絲扣長度8～10cm。沿隧洞開挖輪廓線外25cm處布置雙層管棚，管棚軸間距離為35cm、環向間距40cm。鋼管縱向近水平外插設置，外插角為1～2°；φ127管棚導向管，導向墻設I20a工字鋼架[2]。雙層管棚設計圖見圖2所示。

2.2 超前小導管

對隧道洞頂150°范圍進行超前小導管加固，前端做成錐字形，小導管長為4.5m，直徑？椎42mm。小導管中間部位設置？椎10mm，間距為20mm的注漿孔。末端焊接？椎8mm的環形箍筋，在打設小導管時減輕對端部的損害。小導管沿隧洞開挖輪廊線以外插角為1°～2°間隔向外傾斜布置，環向間距為40cm。小導管尾端與鋼拱架連接固定，止漿塞用沾有膠泥的麻絲繩澆成的柱狀塞[3]。

本工藝的關鍵施工技術是先用噴混凝土封閉開挖面，然后沿隧洞開挖輪廊線鉆孔，打入小導管，從上而下向小導管內注入漿液，由導管滲透到地層中，待漿液硬化后形成隔水帷幕，提高開挖安全系數。注漿開始前，應進行壓水或壓稀漿試驗，檢驗管路的密閉性和地層的吸漿情況[4]。當注漿壓力達到設計注漿量的85%以上時，可以停止注漿[5]。

2.3 超前帷幕注漿

綜合勘察地質資料、超前地質預報成果，方案設計為：由隧道拱部150°布設的雙層超前大管棚與超前帷幕注漿的徑向4m加固圈共同形成筒狀封閉預支護體系。制定超前帷幕注漿施工示意圖如圖2所示。

3 管棚的變形分析

采用雙層超長大管棚的彈性地基梁受力模型進行分析，隧道掌子面通過雙層管棚時，在隧道初期支護后，將其固定端看作是具有初始位移ω和轉角θ0[6]。在開挖未支護段，圍巖的松動壓力全部由管棚承受，即管棚的最大受力處[7]。管棚力學模型示意圖如圖8所示。管棚撓曲線方程為：

管棚與初期支護連接處初始位移ω=9mm，初始轉角θ0=1.4°。采用MATLAB軟件進行算，分別求得參數為：M1=0.0065、M2=0.0135、M3=0.0196、M4=0.02。分別代入系數可得撓度和剪力方程。

由計算結果可知，當隧道開挖一步時，管棚的最大撓度約為20mm，而實測值約為13mm，比實測值大，主要是由于本文的管棚以單根鋼管為研究對象，當管棚作為雙層管棚時相互之間形成重疊組合效應，進而更好地控制圍巖的松動和地表沉降。管棚受力最大處和最大變形處發生在隧道開挖未支護段，要及時施作好初期支護，使管棚與初支共同承擔圍巖壓力，提高隧道施工安全性。

4 地表監測

對于地鐵施工中的淺埋淤泥地層隧道，由于隧道開挖施工，破壞了巖土體原有的應力狀態，導致隧道周圍巖土體應力釋放，在隧道凈空方向上，巖土體將產生位移變形，當變形影響至地表時，便形成施工沉降槽，誘發較大的地表沉降，對行車路面及地表建筑物造成一定程度的損傷。

監控量測是監控地表沉降，評價圍巖穩定性的重要手段。隧道施工期間，于每個斷面橫通道地表監測布設9個監測點。監測結果顯示，地表沉降最大值位于左ADK1+130.00處斷面上，斷面上各監測點的累積沉降值符合施工沉降槽的變化規律，其中沉降最大的點出現在橫通道中心的監測點F0處，最大值為19.32mm，其值在安全允許范圍內。由圖8所示的F0、F1、F7三個監測點的地表沉降值隨時間的變化規律可知，土體在開挖過程中，開始時沉降速率大，隨著注漿加固和支護的增強，沉降逐漸趨于穩定，保證了施工安全。表3為左ADK1+130.00處斷面各監測點累計最大沉降值。

5 結語

（1）淤泥質地層條件下，淺埋暗挖隧道的施工關鍵是建立良好的預支護體系：超前支護可由雙層超前大管棚、超前小導管和超前帷幕注漿組合而成。不但使拱頂預先形成加固的保護環，而且形成止水帷幕以阻截上覆淤泥滲水，改善圍巖物理力學性能。

（2）通過科學的組織和精細的施工，在埋深淺、圍巖等級低的條件下，采用礦山法施工，順利解決了下穿北環大道的施工難題，確保了既有公路的運營安全和隧道的施工安全，為城市地鐵下穿既有公路提供了成功實例和借鑒經驗。

【參考文獻】

[1]南小軍.城市地下淺埋暗挖隧道小導管注漿加固措施探討[J].技術與市場，2011，2：13-14.

[2]金向陽.超前長距離大管棚支護在深表土層斜井施工的應用[J].煤炭科學技術，2012，6：19-21+25.

[3]賀長俊，蔣中庸，劉昌用等.淺埋暗挖法隧道施工技術的發展[J].市政技術，2009，3：274-279.

[4]孫國慶.超前大管棚施工工藝及參數優化研究[J].隧道建設，2010，05：495-497+507.

[5]杜進義.淺析超前大管棚支護在高速公路隧道中的應用[J].中華民居（下旬刊），2014，1：269.

[6]況勇，朱永全，賈曉云.上海地鐵2#線淤泥質地層地鐵隧道淺埋暗挖施工技術方案研究[J].巖石力學與工程學報，2006，S1：2946-2951.

[7]宋占波.深圳地鐵淺埋暗挖施工技術[D].天津：天津大學，2004，6.

[責任編輯：曹明明]