雜填土區淺埋偏壓隧道進洞施工技術及質量控制措施

易雄川

（重慶建工市政交通工程有限責任公司，重慶400061）

雜填土區淺埋偏壓隧道進洞施工技術及質量控制措施

易雄川

（重慶建工市政交通工程有限責任公司，重慶400061）

目前城市地鐵隧道暗挖施工一般利用施工通道斜井進入正線，作為隧道正線開挖及材料運輸通道。能夠選擇好合理的施工通道線路，對后期施工影響巨大。由于在城市核心區域修建施工通道，場地多受限制，有時需在地質條件不利的情況下完成施工通道掛口進洞。重慶地鐵環線涂山車站施工通道洞口位于淺埋偏壓雜填土地段，在此條件下施工難度極大，特別是安全進洞施工。該文以此隧道為案例，對復雜地質情況下的進洞施工技術等進行研究，相關施工技術及措施直接指導隧道施工。

雜填土；淺埋；偏壓；進洞；施工技術

1　工程概況

1.1設計概況

重慶地鐵環線涂山車站施工通道A型斷面隧道開挖高度8.04m，開挖寬度7.62m，該斷面為隧道進洞前30m，下穿雜填土區域，隧道埋深7.8～15.7m，屬淺埋隧道。洞口設Φ108超前大管棚，管棚采用直徑108mm，壁厚6mm鋼管，施作長度35m，環向間距40cm。同時設Φ42超前小導管，單根長度4.5m，環線間距40cm，拱部180°范圍布置，縱向間距3m。I20a型鋼鋼筋支護，間距0.5m，C25噴射混凝土厚度28cm。

1.2水文地質情況描述

該隧道由于地處鬧市區，人類活動頻繁，場區經平場改造成廠房，在原始地貌上形成0～27.4m的雜填土。填料物質松散，其堆填年限5～10年，粒徑大小不均，級配較差，不連續，且土體內存在大塊石架空現象，結構松散-稍密，土體滲透性系數較大，暴雨季節易發生大量滲水現象。

1.3洞口不利因素分析

洞口未施工前現狀地貌為左側高、右側低的土質高邊坡土體，邊坡坡度約為45°，坡體處于穩定狀態，如圖1所示。隧道洞口掛洞前先對部分土體進行平場，同時開挖隧道左側邊坡及洞頂仰坡。洞口段雜填土厚度20～25m，堆填年限較短，自身固結未完成，隧道需從雜填土層中部完成掛口進洞，如圖2所示。

圖1　洞口橫斷面圖

圖2　洞口縱斷面圖

隧道進洞后縱向形成左側土體厚、右側土體薄的特點，在開挖過程中造成隧道拱部不平衡受力，形成橫向傾角為45°的順層偏壓隧道，輕則可造成隧道拱圈變形，重則隧道失穩產生坍塌破壞。

同時隧道基底位于填土中，易產生不均勻沉降。由于回填土的強透水性，隧道在暴雨季節施工容易造成拱部填土的垮塌，隧道結構整體沉降，施工難度極大。

2　洞口環境處理

2.1邊仰坡加固

邊仰坡開挖前做好坡頂硬化，施工坡頂截排水溝，防止地表水滲入土體，增大邊仰坡土體側壓力，造成邊坡滑塌。截水溝寬20cm、高30cm，采用漿砌片石砌筑，10mm厚防水砂漿抹面，通過單坡排水引出場外。

采取鋼花管注漿對邊仰坡土體進行深孔注漿加固，提高邊坡自穩能力。鋼花管采用Φ42壁厚3.5mm、長度7m、間距1.5× 1.5m梅花型布置。邊仰坡分臺階開挖，單次開挖高度不超過2m。開挖完成后及時對土體進行注漿加固，采用M30水泥漿進行注漿。然后掛網噴射混凝土，封閉坡面，噴射混凝土采用C25厚度15cm，噴混施工前注意預留泄水管，采取堵、排結合方式確保邊坡土體安全。

2.2樁板式擋墻加固

由于受地理條件限制，按設計標高平場后，明槽段左右兩側將形成0～12m填土邊坡。原狀巖土界面埋深較深，無外傾臨空面，邊坡整體穩定。但由于素填土均勻性差、自穩能力差，在明槽開挖時會形成外傾臨空面，邊坡易發生內部垮塌。

利用樁板擋墻對明槽兩側邊坡土體進行加固，確保了左側高邊坡坡腳穩定，為下一步明槽開挖創造有利條件。同時樁板擋墻冠梁與洞口管棚套拱一并澆筑形成整體，鋼拱架用鎖腳錨桿與樁基連成一體，可確保洞口穩定。

2.3減小洞頂偏壓處理措施

由于洞頂仰坡為工廠圍墻，隧道仰坡右側不具備削坡卸載條件。采用反壓回填技術措施，回填高度至坡線中部，以達到增加右側土體厚度和平衡隧道左右兩側土壓力的目的。如圖3。

圖3　反壓回填示意圖

2.4大管棚超前支護加固

根據洞口地質情況，采用大管棚及小導管注漿加固拱頂土體，實施超前支護。超前管棚支護是在隧道開挖前施做超前導管并注漿，后期與型鋼拱架支護形成牢固的棚狀支護體系。作為軟弱圍巖淺埋隧道掛口進洞的一種安全可靠的技術，管棚自身有一定的承載力，對防止拱頂下沉效果顯著，確保了隧道洞口段施工安全度，提高了隧道的長期穩定性。

2.4.1管棚設計參數

管棚采用外徑Φ108mm、壁厚6mm、單根長度35m的熱軋無縫鋼管，管內穿Φ20鋼筋籠提高管棚剛度，灌注M30水泥砂漿進行填充。同時管棚間設4.5m長Φ42超前注漿小導管進一步加固拱頂土體。

2.4.2自進式管棚施工工藝

導向管安裝：管棚鉆孔前先完成套拱施工，套拱內設29根Φ152導向管，按照設計角度在套拱工字鋼上焊接安裝牢固，然后再澆筑套拱混凝土。

鉆孔：雜填土中施工鉆孔，由于土體松散會產生塌孔現象，成孔比較困難，選擇自進式管棚鉆進。其特點為第一節鋼管前端安裝鉆頭，利用管棚鋼管作為鉆桿鉆進，自身形成鋼管護壁，成孔后鉆頭留置在孔內。利用明洞段開挖時預留的土臺階作為鉆孔平臺，為了使鋼管的仰角與導向管的仰角保持一致，應對潛孔鉆前后端通過水準儀測量調整前后端的高差，調整鉆進角度后開始鉆孔。開孔時低速慢進，待孔鉆進入土層2m后，可均勻加速鉆孔提升至正常壓力。隨著孔深的增大，需要對回轉扭矩、沖擊功率及推力進行控制和協調。

清孔：清孔與鉆孔應同步進行，采用高壓風吹孔，應隨鉆隨清，避免鉆渣卡住鉆頭。

鋼管安裝：管棚鋼管應分節安裝，每節長度3～6m，確保相鄰兩孔鋼管間接頭應錯開大于1m，同一斷面接頭數量不超過50%，使用自進式管棚專用連接套連接進行接長。

鋼筋籠安裝：鋼管安裝完畢后，用高壓風吹孔，清除孔里面的殘渣。然后再分節裝入制作好的鋼筋籠。

封閉：先用麻布條封堵管棚鉆孔空隙，后用環形楔環頂緊，最后將楔形環焊接在管棚底部，安裝注漿孔及排氣孔。

管棚注漿：注漿采用從孔口一次注入，為使管內漿液飽滿密實，注漿時等排氣孔有濃漿液流出，直至達到設計注漿壓力或設計注漿量時終止注漿，然后閉其閥門，施工前做注漿試驗，以確定合理的注漿參數；注漿壓力宜控制在0.5～2MPa。管棚注漿順序原則上遵循著“先兩側后中間”的原則。

2.4.3管棚施工質量控制措施

為防止相鄰孔位相互影響，鉆進過程中應采取跳位鉆孔。鉆機禁止隨意移動，以免鉆孔過程中發生上下左右擺動，偏移設計孔位。

因土體均勻性較差，加上管棚長度較長，管棚法的有效性則差一些，這主要表現在開挖到管棚的另一端時，常因其頂部荷載較大而下墜，導致下一步施工困難。可先用小型鉆頭對孔位進行預鉆孔，然后再用自進式管棚擴孔。

鉆進過程中控制好轉速及進度，每節鋼管均對鉆孔角度偏差量進行復測，對偏差及時進行修正，發生異樣而停機檢查。

管棚鉆進施工過程中在拱頂和2個拱腳預留取芯孔，由取得的巖芯分析地質情況，提供洞內開挖超前地質預報資料，指導洞內施工。

圖4　邊仰坡地表沉降監測成果

2.5監控量測情況

洞口邊仰坡處理過程中在坡頂及坡面上一共布置7個監測點，通過監控量測成果圖4、圖5顯示，邊坡地表沉降單日最大值為0.6mm，累計沉降量為7.4mm；水平位移單日變化量最大值為0.5mm,累計位移量為6.1mm。單次變化速率均較小，累計變化量在規范和設計允許范圍內，邊坡處于穩定狀態。

圖5　邊仰坡水平位移監測成果

3　進洞暗挖施工技術

對于地質情況相對較差的軟弱圍巖或回填土隧道一般采用CD、CRD法、雙側壁導坑法、環形開挖留核心土法進行施工，由于該隧道開挖斷面較小，同時綜合考慮隧道地質情況、斷面大小和施工可操作性，選擇環形開挖預留核心土法并結合CRD法臨時仰拱作為橫向支撐的聯合施工工藝。采用人工配合小型挖機開挖，小型裝運設備出渣，結合多功能作業臺架立架掛網噴混支護。初期支護在監控量測基本穩定后及時施工襯砌混凝土。

3.1施工工藝

環形開挖留核心土法在回填土中施工遵循“管超前、短臺階、多循環、快封閉、自上而下”的施工原則。此施工方法的特點是上中部開挖支護成型后施工臨時橫撐，通過臨時橫撐提高隧道側墻穩定性，將上中部臺階封閉成環，控制凈寬收斂。在上部初期支護結構穩定狀態下再開挖下臺階落底，將隧道底板快速封閉成環，再拆除臨時橫撐。此方法能有效地控制填土區隧道拱部下層，并能有效解決拱墻偏壓問題。同時掌子面形成核心土保留可提高掌子面縱向土體穩定性。施工步驟如圖6。

圖6　環形開挖預留核心土法示意圖

第1步：先施工超前支護注漿加固，然后再開挖拱部弧形導坑，核心土預留，安裝拱部鋼架掛網噴混支護。

第2步：開挖右側中臺階，安裝鋼架，打設鎖腳鋼花管，施做初期支護。

第3步：開挖左側中臺階，安裝鋼架，打設鎖腳鋼花管，施做初期支護。

第4步：開挖核心土，施工中臺階臨時橫撐。

第5步：開挖下臺階及底板，施做初期支護，施工底板橫撐，鋼架封閉成環。

第6步：拆除臨時橫撐，路面混凝土澆筑，二襯施工。

3.2質量保證措施

為確保施工安全，每次開挖進尺按照0.5m進行控制，核心土預留，開挖后及時對隧道開挖面進行初噴混凝土封閉。

小導管注漿液可選擇水泥、水玻璃雙液漿進行注漿，可提升土體止水效果。對掌子面進行淺孔預注漿，形成止漿巖面，以確保掌子面穩定。

由于隧道左側偏壓，因此在開挖左右側臺階時，優先開挖右側2部，打設注漿鎖腳錨管，初期支護形成后再進行左側3部開挖。

中臺階采用臨時I16鋼架進行臨時橫撐，抵抗側向土體壓力，確保上臺階封閉成環。

隧道底板處于回填土上，存在拱腳不能落在基巖上的問題，因此在底板開挖過程中，可對底板基礎土層部分進行片石換填處理，同時注漿加固。采用C30預制混凝土塊對鋼架底部進行墊實，以增加鋼架底部與基礎的受力面積，達到減小沉降的作用?；炷翂K長30cm、寬20cm、厚10cm。

在下臺階開挖完成后增加永久性底板橫撐，保證隧道初期支護形成整體，待下臺階支護及橫撐形成后，再拆除上臺階臨時橫撐。同時底板路面混凝土及時跟進封閉，待監控量測數據趨于穩定后及時施工襯砌，確保洞內安全。

3.3監控量測情況

暗挖段施工過程中通過監控量測成果顯示，洞內拱頂下沉單日最大值為0.8mm，累計沉降量為6.4mm；洞內凈空收斂單日變化量最大值為0.5mm,累計位移量為4.6mm。單次變化速率均較小，累計變化量在規范和設計允許范圍內，洞內處于穩定狀態。監控量測成果如圖7、圖8。

圖7　邊仰坡地表沉降監測成果

圖8　邊仰坡水平位移監測成果

4　結束語

涂山車站施工通道進洞段在施工過程中，明洞段采用邊仰坡面深孔注漿加固、樁板式擋墻、反壓回填技術能有效保證明槽邊坡穩定。暗挖進洞前結合采用超前大管棚及超前小導管注漿穩固土體，能有效防止開挖的圍巖松動，效果比較明顯。暗挖施工過程中綜合環線開挖預留核心土法與CRD法各自的優點，減小了開挖對圍巖的擾動。經過全過程的監控量測，實測數據穩定且滿足設計及規范要求，隧道施工安全順利。

責任編輯：孫蘇，李紅

Tunnel Entrance Construction Technology and Quality Control Measures for Shallow Buried Tunnel under Partial Pressure in Miscellaneous Soil Area

In urban subway tunnel subsurface excavation,construction passage shaft,as the main line excavation and material transport passage in the tunnel,is usually applied to lead to the main line.So the selection of a reasonable construction passage road has great impact on later-stage construction. Establishing construction passage in the core urban area is often limited,and sometimes tunnel entrance construction has to be done under unfavorable geographic conditions.The construction passage entrance of Tushan subway station in Chongqing is located at a shallow buried miscellaneous soil section under partial pressure,attesting the great construction challenge,especially the entrance construction safety.Based on this case,the tunnel entrance construction under complex geographic conditions are studied,with relevant construction technologies and measures for guidance presented.

miscellaneous soil;shallow bury;partial pressure;entrance;construction technology

TU997

A

1671-9107（2015）07-0041-04

10.3969／j.issn.1671-9107.2015.07.041

2015-05-14

易雄川（1987-），男，重慶人，本科，助理工程師，主要從事市政工程施工技術管理工作。