上覆流沙層淺埋暗挖隧道開挖技術(shù)研究

楊華

（中鐵十一局集團(tuán)城市軌道有限公司，武漢430074）

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況介紹

西安某地鐵出入口暗挖段含標(biāo)準(zhǔn)段和人防段，標(biāo)準(zhǔn)段斷面寬8.6m，高6.17m，長21.84m；人防斷面寬9.9m，高7.27m，長10.35m。隧道頂部覆土厚度約5.1~6.4m，施工風(fēng)險(xiǎn)性大。

初期支護(hù)采用噴射混凝土+格柵鋼架，初支厚度均為0.35m，標(biāo)準(zhǔn)段采用CD法分臺(tái)階開挖，人防段采用CRD法進(jìn)行四導(dǎo)洞開挖。在洞門拱部180°范圍設(shè)置直徑φ108mm，厚度t=6mm的管棚和φ42mm×3.25mm的熱扎無縫小導(dǎo)管，二者交錯(cuò)布置，并對(duì)土體進(jìn)行環(huán)向注漿加固或開挖時(shí)上臺(tái)階采用深孔注漿。施工完成之后，對(duì)初支背后再次進(jìn)行注漿填充。

1.2 地質(zhì)情況

暗挖段地層從上自下分別雜填土、素填土、黃土狀土、中砂、黃土狀土、粉質(zhì)黏土局部夾含粉細(xì)砂層。開挖拱頂位于中砂層，圖1為暗挖段地質(zhì)剖面圖。

圖1 暗挖段地質(zhì)剖面圖

1.3 周邊環(huán)境情況

根據(jù)勘察以及現(xiàn)場調(diào)查，該暗挖段范圍管線均南北走向橫跨暗挖隧道，圖2為管線位置平面圖，圖3為管線剖面圖。

圖2 管線位置平面圖

圖3 管線剖面圖

2 施工難點(diǎn)

2.1 流沙層中支護(hù)效果難以保證

地質(zhì)情況顯示，暗挖隧道拱頂砂層厚度是4.12~4.49m，開挖掌子面拱頂位于砂層中間，且覆土較淺，支護(hù)加固難度大，效果難以保證，易造成拱頂砂層垮塌，開挖風(fēng)險(xiǎn)較大。

2.2 周邊環(huán)境敏感度高

環(huán)境調(diào)查資料顯示，路面交通流量大，管線多，其中電力管溝距離開挖拱頂僅0.43m，支護(hù)風(fēng)險(xiǎn)大，地下隧道施工對(duì)周邊環(huán)境影響大，易引發(fā)交通及管線破壞事故，對(duì)交通造成不良影響。

3 采取的主要技術(shù)措施

3.1 改進(jìn)管棚布設(shè)，提高施工精度

改進(jìn)管棚布設(shè)從以下幾方面進(jìn)行：

1）因拱頂管棚施工位于砂層中，距離管線較近，兩側(cè)可正常施工，拱頂施工困難，風(fēng)險(xiǎn)較大，故對(duì)拱頂位置管棚[1，2]進(jìn)行優(yōu)化。管棚長度縮小，開挖與管棚施工交叉進(jìn)行，即根據(jù)現(xiàn)場情況，兩洞門預(yù)先打設(shè)管棚，人防段施工完成后，從人防段進(jìn)行一次洞內(nèi)打設(shè)管棚，再從標(biāo)準(zhǔn)段進(jìn)洞開挖，開挖約7m再進(jìn)行二次洞內(nèi)管棚打設(shè)。之后再進(jìn)行開挖，保證前后管棚有效搭接，確保開挖安全，如圖4和圖5所示。

圖4 管棚設(shè)計(jì)圖

圖5 管棚優(yōu)化圖

2）鉆孔平臺(tái)要穩(wěn)固，鉆機(jī)安裝要牢固，防止施鉆時(shí)鉆機(jī)不均勻下沉、擺動(dòng)、位移、傾斜而影響鉆孔質(zhì)量，圖6為洞內(nèi)施作管棚施工現(xiàn)場圖。

圖6 洞內(nèi)施作管棚

3）進(jìn)鉆前，用全站儀及水準(zhǔn)儀定出掌子面管棚孔位。嚴(yán)格隔孔施工，鉆一孔，注一孔，一孔全部完后，隔一孔再鉆進(jìn)施工，以便檢查注漿質(zhì)量，提高加固效果。

4）管棚之間采用絲頭連接，并做好檢查，保證連接接頭質(zhì)量，最前端管節(jié)100mm進(jìn)行縮口成尖型處理，以便頂進(jìn)安裝符合要求，鋼管管身上進(jìn)行梅花開孔，便于注漿，提高加固質(zhì)量。

5）鋼管安裝完成后，連接注漿管，注漿前先壓水試驗(yàn)管路是否暢通，然后開動(dòng)注漿泵，檢查注漿機(jī)是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，檢查壓力表情況，通過閘閥使水泥漿與水玻璃漿液在注漿管內(nèi)混合，再通過小導(dǎo)管壓入地層。

3.2 優(yōu)化小導(dǎo)管施工，提高支護(hù)效果

優(yōu)化小導(dǎo)管施工，提高支護(hù)效果，從以下幾方面進(jìn)行：

1）洞門拱部設(shè)置φ42mm×3.25mm的熱扎無縫鋼管，L=2.5m，間距0.4m，與大管棚交錯(cuò)布置，在進(jìn)洞正常開挖之后，隔榀安裝小導(dǎo)管，拱部砂層范圍內(nèi)進(jìn)行密排設(shè)置。

2）完成后及時(shí)注漿加固[3]，以確保開挖掌子面安全。注漿改為1∶1水泥水玻璃雙液漿，注漿壓力0.8～1.2MPa，如圖7所示。

3）開挖前加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)報(bào)，保證及時(shí)注漿加固地層。必要時(shí)采取WSS注漿加固措施，控制注漿壓力與加強(qiáng)地面監(jiān)測。

圖7 布設(shè)小導(dǎo)管并注漿

3.3 科學(xué)預(yù)留核心土，提高砂層自穩(wěn)性

科學(xué)預(yù)留核心土，提高砂層自穩(wěn)性，從以下幾方面進(jìn)行：1）在現(xiàn)場施工過程中，對(duì)預(yù)留核心土方式及開挖步序進(jìn)行優(yōu)化，縮短上下臺(tái)階間距，將設(shè)計(jì)預(yù)留核心土體積擴(kuò)大，減少開挖時(shí)間，可以更好地提高掌子面穩(wěn)定性，避免砂層垮塌。

2）控制好各分步臺(tái)階之間的進(jìn)度協(xié)調(diào)，各臺(tái)階預(yù)留大核心土，以發(fā)揮掌子面三維支撐作用，必要時(shí)對(duì)掌子面采取噴射混凝土封閉，確保掌子面穩(wěn)定。

3.4 修正開挖步序，提高開挖效率

修正開挖步序，提高開挖效率，從以下幾方面進(jìn)行：（1）遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”的基本工藝；先開挖拱頂和拱腰角板連接位置，此時(shí)掌子面相對(duì)穩(wěn)定，避免擾動(dòng)拱頂砂層，然后快速開挖其他部分，及時(shí)安裝格柵噴混凝土支護(hù)；（2）控制上下臺(tái)階間距，快速施工，縮短成環(huán)時(shí)間，格柵安裝過程增加縮腳錨桿，提高格柵安裝穩(wěn)定性；（3）及時(shí)成環(huán)封閉掌子面后背后注漿，填充不密實(shí)處，防止地面沉降塌；（4）嚴(yán)格遵守“先排管、后注漿、再開挖，注漿一段、開挖一段、支護(hù)一段、封閉一段”的原則組織隧道施工，關(guān)鍵在于做好時(shí)間和空間上的順接，同時(shí)預(yù)備多種應(yīng)急措施。

4 其他輔助措施

其他輔助措施包括：（1）在開挖面以外3m范圍對(duì)應(yīng)地面增設(shè)25mm的鋼板，適當(dāng)焊接鋼筋，做防滑限速措施，減少行車對(duì)地下砂層的擾動(dòng)；（2）地面應(yīng)急圍蔽物資材料應(yīng)放置最近的位置，時(shí)刻準(zhǔn)備交通臨時(shí)疏解；（3）洞內(nèi)應(yīng)急物資、通訊準(zhǔn)備到位，提高警惕，做好應(yīng)急管理；（4）開挖之前，拌好噴射混凝土，有異常情況及時(shí)封閉；（5）增加地面監(jiān)測頻率，及時(shí)匯總數(shù)據(jù)并反饋，做好總結(jié)分析。

5 監(jiān)測結(jié)果分析

根據(jù)暗挖隧道設(shè)計(jì)要求以及特點(diǎn)，監(jiān)測點(diǎn)縱向間距為5m，橫向以隧道中心線為中心向兩側(cè)分別以2m、5m和7m進(jìn)行布置。選取暗挖通道對(duì)應(yīng)地表若干關(guān)鍵監(jiān)測點(diǎn)，對(duì)其監(jiān)測數(shù)值模擬并沉降曲線進(jìn)行分析，如圖8所示。

圖8 地表沉降實(shí)測折線圖

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，在采取技術(shù)措施并開挖完成暗挖通道后，地表累計(jì)沉降均不超過14mm，未超過預(yù)警值18mm，所采取的施工技術(shù)控制措施有效的，在不影響地面交通狀況及周邊環(huán)境情況下，能夠保證上覆流沙層淺埋暗挖通道開挖安全。

6 結(jié)語

淺埋暗挖法往往因地質(zhì)情況復(fù)雜或者地下水條件，導(dǎo)致施工過程中風(fēng)險(xiǎn)較大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成人身安全和財(cái)產(chǎn)損失。本文通過對(duì)西安某地鐵出入口上覆流沙層淺埋暗挖隧道開挖為工程實(shí)例，利用優(yōu)化管棚、加密導(dǎo)管、開挖監(jiān)測、地面鋪設(shè)鋼板等整套支護(hù)加固技術(shù)措施，對(duì)上覆流沙層淺埋暗挖隧道開挖技術(shù)進(jìn)行分析，將地下加固措施與地面預(yù)防措施相結(jié)合對(duì)上覆流沙層暗挖通道進(jìn)行預(yù)加固，為開挖提供了雙重保障，較好的控制了砂層開挖隧道的風(fēng)險(xiǎn)，確保了工程順利推進(jìn)。在過程中，明確技術(shù)控制要點(diǎn)，關(guān)注超前支護(hù)加固措施的有效性、及時(shí)性，加強(qiáng)過程管控，優(yōu)化管棚及小導(dǎo)管布設(shè)方式，提高架設(shè)精度，嚴(yán)格控制注漿范圍、壓力等參數(shù)，以保證隧道超前支護(hù)加固效果。對(duì)于預(yù)先制定的技術(shù)措施在過程中得到證實(shí)，有效可靠。