淺埋暗挖地鐵隧道單渡線變斷面施工關(guān)鍵技術(shù)研究

李宗育

摘 要：針對(duì)地鐵變斷面暗挖隧道施工風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，本文以洛陽(yáng)地鐵2號(hào)線單渡線區(qū)間隧道為例，結(jié)合工程地質(zhì)情況及設(shè)計(jì)參數(shù)，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑及交叉中隔墻法工法，同時(shí)輔以超前管棚及超前小導(dǎo)管注漿加固措施，有效控制了該工程風(fēng)險(xiǎn)，為類似變斷面隧道施工提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道;單渡線;變斷面;超前加固

中圖分類號(hào)：U231.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2021）07-0081-04

Research on the Key Technology of Single Crossing Section Construction in Shallow Buried Underground Subway Tunnel

LI Zongyu

（China Railway 11th Bureau Group City Rail Engineering Co.， Ltd.，Wuhan Hubei 430074）

Abstract： In view of the high construction risk of subway tunnel with variable cross-section， this paper took the single crossover section tunnel of Luoyang Metro Line 2 as an example， combined with the engineering geological conditions and design parameters， adopted the double side heading and cross diaphragm （CRD） construction method， supplemented by super front pipe shed and advance small pipe grouting reinforcement measures， which effectively controlled the project risk， It provided reference for similar variable cross-section tunnel construction

Keywords： subway tunnel;single line;variable cross section;advanced reinforcement

“十三五”期間，國(guó)民經(jīng)濟(jì)穩(wěn)步發(fā)展，城市化進(jìn)程有序推進(jìn)，城市地鐵建設(shè)由原來(lái)一線城市獨(dú)有，發(fā)展到如今二三線城市遍地開花。但是，隨之而來(lái)的地鐵施工難題越來(lái)越多，尤其是城市暗挖隧道工程，由于地鐵隧道大多沿著城市主干道地下敷設(shè)，因此，上部管線眾多，施工風(fēng)險(xiǎn)高。目前，淺埋暗挖隧道施工技術(shù)已逐漸成熟，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)地鐵隧道的研究也比較多，但是對(duì)地鐵單渡線隧道變斷面的研究相對(duì)較少[1-3]。由此，本文以洛陽(yáng)地鐵2號(hào)線工程王城北路站～機(jī)場(chǎng)路站礦山法區(qū)間為例，結(jié)合相關(guān)設(shè)計(jì)理念及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，總結(jié)施工經(jīng)驗(yàn)，以便為類似工況隧道施工提供借鑒。

1 工程及地質(zhì)概況

1.1 工程概況

洛陽(yáng)地鐵2號(hào)線王城北路站～機(jī)場(chǎng)路站礦山法區(qū)間（以下簡(jiǎn)稱王機(jī)區(qū)間）位于國(guó)花路中，沿國(guó)花路南北敷設(shè)，接收井南側(cè)左右隧道都下穿邙山渠。

王機(jī)區(qū)間以王～機(jī)區(qū)間盾構(gòu)工作井為界，暗挖共分為三段，以北里程為YDK8+674.038（ZDK8+674.038）～YZDK8+735.000（ZDK8+735.000），以南為YZDK8+598.826～YZDK8+659.038，長(zhǎng)度都為60.962 m，其中大斷面礦山段區(qū)間為3個(gè)斷面。盾構(gòu)機(jī)以北右線礦山區(qū)間長(zhǎng)60.692 m，共分為3個(gè)斷面，分別為A-A、B-B、C-C斷面，其中A-A、B-B斷面采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，C-C斷面采用交叉中隔壁法（CRD法）施工。

盾構(gòu)井以南右線暗挖區(qū)間長(zhǎng)60.692 m，采用臺(tái)階法施工;盾構(gòu)井以南左線暗挖大斷面區(qū)間長(zhǎng)60.692 m，共分為3個(gè)斷面，分別為A-A、B-B、C-C斷面，其中A-A、B-B斷面采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，C-C斷面采用CRD法施工。礦山區(qū)間平面示意圖如圖1所示。

北右線礦山大斷面區(qū)間A-A斷面距離盾構(gòu)區(qū)間最近位置為2.4 m，進(jìn)行注漿加固，南左線礦山大斷面區(qū)間A-A斷面距離礦山標(biāo)準(zhǔn)斷面區(qū)間最近位置為2.65 m，進(jìn)行注漿加固。

1.2 水文地質(zhì)概況

區(qū)間地貌類型屬黃土丘陵，地層巖性自上而下依次為雜填土及素填土，粉質(zhì)黏土，粉質(zhì)黏土（含姜石層），下伏上第三系洛陽(yáng)組（N/l）泥巖、泥質(zhì)砂巖。王機(jī)區(qū)間暗挖隧道主要穿越地層為下伏上第三系洛陽(yáng)組（N/l）泥巖及泥質(zhì)砂巖。

地下水類型主要為基巖裂隙水，賦存于上第三系洛陽(yáng)組泥質(zhì)砂巖地層中，上第三系洛陽(yáng)組（N/l）泥質(zhì)砂巖為相對(duì)隔水層。根據(jù)《洛陽(yáng)市軌道交通2號(hào)線一期工程勘察LYGD2-KC-02標(biāo)段王城北路站至機(jī)場(chǎng)路站區(qū)間地下水位補(bǔ)勘報(bào)告》，右DK8+360～右DK8+430地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高156.68～161.00 m;右DK8+430～右DK8+735地下水穩(wěn)定水位標(biāo)高161.00～163.18 m。地下水主要接受大氣降水補(bǔ)給，水位相對(duì)穩(wěn)定，水量較小，排泄方式主要為人工開采及側(cè)向徑流。

2 隧道支護(hù)參數(shù)及二次襯砌結(jié)構(gòu)

本段區(qū)間由盾構(gòu)接收井作為作業(yè)面向南北兩側(cè)開挖，先同步施工右線礦山大斷面、左線暗挖大斷面，待左線大斷面暗挖區(qū)間A-A斷面與右線礦山標(biāo)準(zhǔn)斷面之間土體注漿加固后，施工右線礦山標(biāo)準(zhǔn)斷面。

各斷面隧道初期支護(hù)均采用HRB400/HPB300鋼筋格柵，型鋼支撐、初襯連接板采用Q235B型鋼，初期支護(hù)結(jié)構(gòu)噴射C25強(qiáng)度等級(jí)混凝土，網(wǎng)噴混凝土鋼筋網(wǎng)Φ8@150 mm×150 mm，搭接長(zhǎng)度不小于150 mm。初支厚度不大于300 mm厚格柵設(shè)單層鋼筋網(wǎng)片，置于格柵內(nèi)側(cè);大于300 mm厚格柵設(shè)雙層網(wǎng)片，置于格柵內(nèi)外兩側(cè)。仰拱處單層鋼筋網(wǎng)置于背土側(cè)。螺栓等級(jí)為普通螺栓4.6C級(jí)。洞身砂漿錨桿A-A斷面及B-B斷面施工時(shí)，在邊墻部位施工砂漿錨桿，Φ25邊墻砂漿錨桿[L]=2.2 m，環(huán)縱向間距1.0 m×0.5 m，Φ25砂漿錨桿的孔徑60 mm，砂漿強(qiáng)度等級(jí)M20。灰砂比1∶（1～1.5），水灰比0.4～0.45，錨桿端頭設(shè)150 mm×150 mm×6 mm鋼墊板，并與鋼筋網(wǎng)焊接牢靠。

二次襯砌結(jié)構(gòu)為HRB400E受力鋼筋，現(xiàn)澆C35強(qiáng)度等級(jí)混凝土，防水混凝土抗?jié)B等級(jí)P12。初期支護(hù)與二次襯砌之間以密貼等強(qiáng)為原則進(jìn)行填充注漿，漿液采用微膨脹性的微膨脹水泥砂漿，注漿孔布置在拱頂，選用規(guī)格為Φ32 PVC管，外露100 mm，環(huán)向間距3 m，縱向間距4～5 m，注漿壓力不大于0.2 MPa。初支與二襯之間注漿應(yīng)在二襯混凝土達(dá)到75%的設(shè)計(jì)強(qiáng)度后進(jìn)行。

其中，A-A斷面尺寸為14.3 m×10.742 m，B-B斷面尺寸為12.6 m×10.2 m，C-C斷面尺寸為9.6 m×9.3 m。

3 超前加固措施

A-A、B-B斷面施工采用Φ159 mm×8 mm超前管棚@400 mm+Φ42 mm×3.5 mm超前小導(dǎo)管@400 mm，[L]=3.0 m，隔榀打設(shè)+Φ25邊墻砂漿錨桿[L]=2.2 m，環(huán)縱向間距1.0 m×0.5 m。C-C斷面采用Φ159 mm×8 mm超前管棚@400 mm+Φ42 mm×3.5 mm超前小導(dǎo)管@400 mm，[L]=3.0 m，隔榀打設(shè)。

3.1 管棚施工

在進(jìn)洞安全及開挖安全A-A、B-B及C-C斷面施工前打設(shè)大管棚支撐土體，以保證施工安全。為了確保管棚的施工精度，大管棚施工采用非開挖水平導(dǎo)向鉆進(jìn)技術(shù)進(jìn)行施工。

洞門鋼管布設(shè)在隧道圓心角150°范圍拱部，鋼管環(huán)向間距0.4 m，管心與隧道設(shè)計(jì)外輪廓線間距為0.35 m，傾角控制在1°～3°，管棚材料為Φ159熱軋無(wú)縫鋼管，壁厚8 mm，每節(jié)長(zhǎng)度2 m，管棚施工長(zhǎng)度貫穿整個(gè)工作面。

在管壁上鉆孔間距為100～150 mm、孔徑為6～8 mm的花眼，梅花狀布置。導(dǎo)管前端應(yīng)加工成錐形，注漿管后部不小于1～2 m不設(shè)出漿孔，后端部套絲扣。漿液采用水泥漿，水泥漿水灰比為1∶1，施工中可適量調(diào)整，初壓0.3～0.5 MPa，終壓0.5～0.8 MPa。注漿量以混合漿液從環(huán)裝空隙口流出為準(zhǔn)。

3.2 超前小導(dǎo)管注漿

A-A斷面、B-B斷面及C-C斷面均采用超前小導(dǎo)管支護(hù)，超超前小導(dǎo)管采用直徑為42 mm、壁厚為3.5 mm的熱軋無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度為3 m，前端加工成錐形，以便插打，并防止?jié){液前沖。小導(dǎo)管中間部位鉆直徑為4～5 mm溢漿孔，呈梅花形布置，防止注漿出現(xiàn)死角，間距200 mm，尾部0.5 m范圍內(nèi)不鉆孔防止漏漿，末端焊直徑為6.5 mm的環(huán)形箍筋，以防打設(shè)小導(dǎo)管時(shí)端部開裂，隔榀打設(shè)，傾角5°～10°。環(huán)向間距300 mm，縱向間距1 m，外插角5°～8°。孔位誤差控制在50 mm以內(nèi)。超前小導(dǎo)管注漿漿液選用水泥漿，漿液配合比應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)對(duì)各土層進(jìn)行注漿試驗(yàn)確定，并根據(jù)土層變化做出相應(yīng)調(diào)整，根據(jù)開挖面前方的圍巖條件控制好注漿壓力，注漿終壓不大于0.5 MPa，漿液擴(kuò)散半徑為0.23～0.25 m。

4 變斷面施工關(guān)鍵技術(shù)

4.1 A-A型大斷面向B-B小斷面轉(zhuǎn)換

A-A型大斷面施工格柵至分界處，先掛Φ8@150 mm×150 mm，噴射50 mm厚C25砼封閉掌子面，然后打設(shè)3 m長(zhǎng)小導(dǎo)管水平注漿加固土體，小導(dǎo)管間距1 m×1 m（梅花形布置），注漿采用單液水泥漿。注漿管采用Φ42 mm×3.5 mm小導(dǎo)管，然后工22a型鋼@500，水平放置間距1 000 mm，內(nèi)外側(cè)交錯(cuò)布置。型鋼應(yīng)與格柵主筋上鋼板焊接，并噴射混凝土，A-A型段雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法6個(gè)導(dǎo)洞按照前后錯(cuò)開距離完成整個(gè)斷面后方可開挖B-B斷面。具體轉(zhuǎn)換見圖2。

4.2 B-B型大斷面向C-C小斷面轉(zhuǎn)換

B-B型大斷面格柵密施工至分界處，先掛Φ8@150 mm×150 mm，噴射50 mm厚C25砼封閉掌子面，然后打設(shè)3 m長(zhǎng)小導(dǎo)管水平注漿加固土體，小導(dǎo)管間距1 m×1 m（梅花形布置），注漿采用單液水泥漿。注漿管采用Φ42 mm×3.25 mm小導(dǎo)管，然后綁扎堵頭墻Φ22鋼筋及I22工字鋼，I22工字鋼與格柵采用1 cm厚鋼板連接，堵頭墻鋼筋應(yīng)與格柵主筋及環(huán)向加強(qiáng)鋼筋點(diǎn)焊，并噴射混凝土，B-B型段雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法6個(gè)導(dǎo)洞按照前后錯(cuò)開距離完成整個(gè)斷面后，方可開挖B-B斷面。B-C斷面轉(zhuǎn)換施工見圖3。

4.3 C-C型大斷面向盾構(gòu)區(qū)間轉(zhuǎn)換

C-C型大斷面施工至分界處，先掛Φ8@150 mm×150 mm，噴射50 mm厚C25砼封閉掌子面，然后打設(shè)3 m長(zhǎng)小導(dǎo)管水平注漿加固土體，小導(dǎo)管間距1 m×1 m（梅花形布置），注漿采用單液水泥漿。注漿管采用Φ42 mm×3.25 mm小導(dǎo)管，在盾構(gòu)30 cm外側(cè)設(shè)置30 cm×30 cm的加強(qiáng)環(huán)梁，配筋同C-C斷面格柵，設(shè)置環(huán)梁盾構(gòu)機(jī)出洞凈空，然后綁扎堵頭墻Φ22鋼筋及I22工字鋼，I22工字鋼與格柵采用1 cm厚鋼板連接，堵頭墻鋼筋應(yīng)與格柵主筋及環(huán)向加強(qiáng)鋼筋點(diǎn)焊，并噴射混凝土。C-C型段CRD工法4個(gè)導(dǎo)洞按照前后錯(cuò)開距離完成整個(gè)斷面后，方可開挖盾構(gòu)區(qū)間。C-C斷面與盾構(gòu)區(qū)間斷面轉(zhuǎn)換施工見圖4。

4.4 地層加固注漿施工

注漿加固從A-A斷面一側(cè)向另一側(cè)斷面注漿加固，打設(shè)直徑42 mm、壁厚=3.5 mm護(hù)墻小導(dǎo)管，導(dǎo)管長(zhǎng)為加固區(qū)的寬度，間距500 mm×500 mm ，呈梅花形布置，內(nèi)注水泥液漿，加固高度為6.2 m。

加固后土體應(yīng)均勻性良好，形成一定的自穩(wěn)能力，同養(yǎng)試塊無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度在0.5～0.8 MPa，滲透系數(shù)不大于1×10-7 cm/s，表明注漿加固效果良好。地層加固注漿剖面圖如圖5所示。

5 結(jié)語(yǔ)

本文以洛陽(yáng)地鐵2號(hào)線王城北路站～機(jī)場(chǎng)路站礦山法區(qū)間為例，介紹了該區(qū)間水文地質(zhì)情況及變斷面支護(hù)設(shè)計(jì)理念，重點(diǎn)闡述了斷面轉(zhuǎn)換處施工工藝流程及注漿加固措施。該區(qū)間隧道施工過(guò)程中嚴(yán)格按照淺埋暗挖法十八字方針“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”進(jìn)行作業(yè)，同時(shí)做到“地質(zhì)超前探、格柵節(jié)點(diǎn)強(qiáng)連接”。2020年5月，該區(qū)間隧道安全順利貫通。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐表明，該單渡線暗挖隧道施工方法及地層加固措施有效，可為類似條件下地鐵暗挖區(qū)間變斷面隧道工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。

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