淺談砂礫地層下城市地鐵淺埋暗挖施工方法

潘潤瑞

摘要：蘭州地鐵是地下淺埋的區間隧道，其中包含盾構法與礦山法暗挖。礦山暗挖法的主要施工原理為“新奧法”即利用支護、錨噴方式，借助自然地理因素中巖石強度和巖石的承載能力來達到隧道的施工強度要求。地鐵淺埋暗挖隧道以上下臺階開挖為主，加寬斷面輔以CRD、雙側壁導坑法等多種施工方法，以保證施工以及周邊環境安全。

關鍵詞：城市地鐵；淺埋暗挖；施工方法；砂礫地層；區間隧道 文獻標識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2017）06-0108-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.055

1 工程簡介

淺埋暗挖法施工城市地鐵已經在全國各地地鐵施工中廣泛被應用，由我單位承建的蘭州軌道交通一號線TJⅢ-16區間隧道工程，工程場地在勘測45.0m范圍內的地層主要為第四系全新統人工填土（Q4ml）、沖擊黃土狀土（Q4al）、卵石及第三系古-始新統（E1-2）砂巖組成。蘭州地鐵地質情況較為復雜，其中隧道拱腰以下地層多為富水砂礫層，拱頂為濕陷性黃土地質，人工雜填土中埋置各類老舊管線，對隧道施工有一定的影響，因此采用不同的斷面形式，可以滿足在不同的地層下進行安全快速施工，由于斷面較多、尺寸不同，施工方法具體分為上下臺階法、CRD法及雙側壁導坑法，具體劃分如表1所示：

2 工程參數

暗挖隧道分焦～東區間隧道和后配線隧道工程。

焦～東區間暗挖隧道為雙向分離式，標準段洞高6.720m，洞寬6.580m。

東崗站后配線段為單線隧道，洞凈高9.993m，洞凈寬12.924m。

暗挖區間標準斷面為拱形斷面，主要分A1、A2、A3、人防段、渡線段B1斷面超前支護采用：Φ42普通鋼管，壁厚3.5mm，L=2.5m，拱部150°布設，環向間距0.3m，縱向間距1m，外插角10°左右。格柵鋼架間距0.5m，鋼筋網Φ6.5@150*150鋼筋網，全斷面雙層布設，噴射混凝土采用：C25噴射早強混凝土，厚度350mm。襯砌采用：C45防水鋼筋混凝土，抗滲等級P12，厚350mm。渡線段B2斷面超前支護采用：Φ108+Φ42小導管，小導管L=2.0m，壁厚3.5mm，L=2.5m，拱部150°布設，環向間距0.3m，縱向間距0.5m，外插角10°左右，管棚L=40m，t=6mm，環向間距0.4m。格柵鋼架間距0.5m，鋼筋網Φ6.5@150*150鋼筋網，全斷面雙層布設，噴射混凝土采用：C25噴射早強混凝土，厚度350mm。襯砌采用：C45防水鋼筋混凝土，抗滲等級P12，厚350mm。

后配線暗挖區間標準斷面為拱形斷面，斷面尺寸為：12.924×9.993m。超前支護采用：Φ89管棚+Φ42小導管，L=2.0m，拱部180°布設，環向間距0.4m，縱向間距5m，外插角10°左右，管棚L=12m，t=6mm，環向間距0.4m，縱向間距9m。噴射混凝土采用：C25噴射早強混凝土，厚度350mm，全斷面支護。鋼筋網：全斷面設雙層鋼筋網，環縱向筋均為Φ6.5鋼筋；初噴350mm厚混凝土，掛鋼筋網，網距150*150mm。襯砌采用：C45防水鋼筋混凝土，抗滲等級P12，厚600mm。施工過程中，每側拱腳（墻腳）均設2根鎖腳錨管，鎖腳錨管采用Φ42mm鋼管，L=3m。注水泥水玻璃雙漿液。縱向連接筋：Φ22螺紋鋼，初期支護結構縱向連接筋每榀設置，全斷面設置內外雙層梅花型布置，環向間距1.0mm。

3 臺階法施工

區間單線單洞標準斷面（A1、A2、A3）采取臺階法環形開挖施工，開挖斷面分上下兩個臺階進行開挖，開挖每循環進尺為0.5m，上臺階開挖留核心土，其正面投影面積不少于上臺階開挖面積的一半，縱向長度以2.5m為宜。上臺階人工開挖，每一開挖循環長度不大于0.5m，比下臺階超前不小于3m，下臺階根據實際情況選擇機械或人工開挖。

開挖施工預留圍巖變形量為50mm，在施工過程中通過施工監測及時加以調整此值。嚴格控制隧道施工引起的地面變形，保證鄰近建（構）筑物、管線的安全和正常使用以及道路車輛的安全通行。

3.1 臺階法初期支護施工工藝流程

臺階法初期支護施工工藝流程如圖1所示：

3.2 臺階法開挖施工步驟

臺階法開挖施工步驟如下：

步驟一：打設拱部超前小導管注漿加固地層。

步驟二：臺階法開挖洞室①（預留核心土），架設隧道鋼格柵，打設鎖腳錨管，進行初期支護，臺階長度≥3m。

步驟三：臺階法開挖洞室②，施作初期支護。

4 CRD法施工

CRD施工法又稱為交叉中隔墻法，在一些自然條件因素比較差的環境下進行隧道施工比較適用。一般在軟土地基上利用交叉中隔墻法能夠有效地提升隧道的強度，尤其在一些地基存在下陷趨勢的環境下進行隧道施工，能夠取得不錯的效果。但是由于其造價高，故在山嶺隧道中較少采用，但是在特殊情況下，也可以采用，如膨脹土地層。

采用CRD法預留核心土的方法，將大斷面隧道分成4個相對獨立的小洞室分部施工。交叉中隔墻施工方式主要以上下臺階、短循環、高效率、強支護為施工原則，通過先上后下，隨挖隨撐的方式，CRR方式進行隧道的施工建設主要需要重視前期支護的強度，配合巖石層自身的承載能力結合支護的輔助作用能夠在很大程度上發揮出CRD施工的優勢。在拆除支護的過程中需要根據自上而下的原則，將支護的結構從上向下進行拆除，再進行下一步施工。

一般來說，CRD施工方式對于巖石層的承載強度要求較高，其施工跨度大，通過CRD施工法能夠有助于改善巖層的強度，使得施工過程中具備較好的安全保障。

在實際的施工過程中，CRD施工法重視每階段的支護工作，每開挖一部分就需要進行錨噴支護等并構建臨時仰拱，保證所開挖部分的施工強度。首先開挖隧道上部分，等到上半部分的混凝土凝結強度達到70%以上，安裝下部分支護，進行下半部分的施工作業。區間渡線段B1、人防段采用CRD法進行施工。

CRD施工開挖工序：

第一，在開挖施工的過程中需要保證各個斷面以及縱向間距符合一定標準，輪廓線需要合理規劃好，以降低施工過程中出現問題的概率。

第二，斷面的開挖長度一般在4m左右，根據具體的開挖情況設置仰拱封閉，在施工的過程中保證較高的施工效率，同時也保證施工的安全性。

第三，中隔墻的應當以弧形臨時支護為標準進行設計，并與隧道左右部分的斷面臨時防護設施應當在同一水平高度，臨時防護設施各個節點應當保證一致對齊，為后期的施工奠定良好的基礎。

第四，中隔墻的質量以及相關規格應當符合一定設計標準，混凝土的施工強度達到要求，最后在隧道鋼筋的連接過程中應當保證連接處的強度符合要求。

第五，為減小支護結構對地基的壓力，提高地基的承載能力，對型鋼拱架的底部設置40×40×20cm的木制墊塊。

第六，側導洞初期支護鋼拱架要在主洞初期支護鋼拱架閉合之后方可拆除。

第七，二次襯砌距掌子面最大距離最大不得超過70m。

第八，施工開挖及支護步驟如下：

第一步：沿左上導洞開挖輪廓線打設超前小導管并注漿加固地層。臺階法施工左上導洞，并打設鎖腳錨管。

第二步：施工左下導洞，實現隧道左側導洞封閉成環。

第三步：沿右上導洞開挖輪廓線打設超前小導管并注漿加固地層，臺階法施工右上導洞，并打設鎖腳錨管。

第五步：施工右下導洞，實現隧道封閉成環。

5 雙側壁導坑法施工

雙側壁導坑工法是一項邊開挖邊支護的施工技術。具體的施工原理為利用中隔墻的作用把隧道斷面劃分為三個部分，左、中、右，在實際的施工過程中首先在左右兩邊進行施工，結束后將兩側的支護拆除后，再進行中間部分的施工，在一些土質情況較差，土層強度低的斷面上能夠發揮作用。

雙側壁導坑法開挖適用于圍巖較差的Ⅴ級圍巖條件下的行車隧道開挖，在淺埋大跨度隧道施工時，采用雙側壁導坑法能夠控制地表下沉，保持掌子面的穩定，安全可靠。

根據實際調查研究顯示，雙側壁導坑法在施工過程中對地表的影響程度為上下臺階法的一半，雙側壁導坑法在施工過程中有效的保證了地基的強度，但是實際施工的效率受到了一定的影響，需要每一步每一環節都設立臨時支護，在一定程度上增加了施工時間，前期的建設成本較高。

雙側壁導坑開挖用于右線東崗站洞門處和后配線段。本段巖性主要為濕陷性黃土，斷面較大，圍巖無自穩能力。

雙側壁導坑施工開挖工序：

第一，施工過程中應嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早成環、勤量測”的原則。

第二，開挖時，一側導洞的開挖應滯后另一側導坑，兩側導洞均采用正臺階法進行施工。

第三，隧道開挖按照支立兩榀鋼拱架為一循環進尺，初期支護要邊開挖邊支護。二次襯砌要根據監控量測結果綜合分析，適時施工。

第四，側導洞初期支護鋼拱架要在主洞初期支護鋼拱架閉合之后方可拆除。

第五，施工時要根據監控量測結果及時調整預留變形量。

第六，二次襯砌距掌子面的距離最大不得超過70m。

第七，施工開挖及支護順序如下：

第一步：施做拱部超前大管棚+超前小導管注漿加固地層，開挖1部土體，施做初期支護及時封閉臨時支護。施前大管棚+超前小導管注漿加固地層仰拱。

第二步：開挖3部土體，施做初期支護，及時封閉臨時支護。

第三步：弧形導坑開挖5部土體，施做初期支護及

底座。

第四步：開挖7部土體，施做初期支護，施做臨時

仰拱。

第五步：開挖9部土體，施做初期支護。

6 結語

結合蘭州地質條件，結合施工具體環境，施工中根據隧道斷面、地層分別按照不同的開挖方法進行開挖。

（責任編輯：蔣建華）