城市地鐵平頂暗挖技術

朱斌 陳博 安文斌

（中鐵一局集團有限公司第三工程分公司，陜西 寶雞 721000）

一、工程概況

6號出入口：全長78.9m，由明挖段（長18.8m）+暗挖段（長12.658m）+明挖段（47.6m）組成，明挖段主體結構采用單跨矩形斷面，全外包防水，圍護結構采用地下連續墻+內支撐體系和自然放坡。暗挖段主體結構采用平頂矩形斷面形式，拱部超前管棚支護，根據斷面大小采用CRD 工法施工，結構由鋼架+噴射混凝土的初期支護和鋼筋混凝土的二次襯砌構成，兩次襯砌之間設柔性防水層。暗挖段覆土厚度6.54m，上部有5000*2000 雨水箱涵，箱涵底部距離暗挖段頂部1.5m.其中西段暗挖接現有主體結構基坑，周邊無建筑物，距離萬家麗右線橋墩約4.5m 和13.1m。暗挖段處在萬家麗橋下部，上部距離開挖面1.5m 有5000*2000 雨水箱涵，雨水箱涵起始段位于車站結構北端40m,雨水箱涵內部積水約0.2m，東段明挖段周邊有月畔灣小區住宅和萬家麗高架橋，距離月畔灣小區約24.7m，距離萬家麗左線高架橋7.3m 和9.8m。

二、工程、水文地質

車站場地無地表水。根據區域水文地質資料、現場調查及勘察資料分析，本場地地貌單元屬瀏陽河I～II 級階地，主要含水層為階地沖洪積卵石層、地下水類型以孔隙潛水為主，水量較大，略具承壓性，屬強透水性地層；基巖以裂隙水為主，局部為溶洞水，均為承壓水，含水量較小，局部溶洞水量較大，總體上基巖屬弱透水層。地下水類型:該場地地下水受基底構造、地層巖性和地形、地貌、氣象及瀏陽河河流等綜合因素的影響，水文地質條件較簡單。按地下水類型可分為孔隙水及基巖裂隙水。

三、施工重難點及對策

（一）難點分析

月湖公園北站附屬結構6 號出入口暗挖段屬于地層淺埋地段，上部覆土卵石層松散，且該處上部距離機動車道較近，施工期間行車震動較大，造成施工風險較大。污水管線埋深2.11m，距離地鐵出入口暗挖段拱頂1.5m，與施工作業面距離較近，施工中容易對管線造成沉降、位移等干擾，存在安全隱患。

（二）應對措施

1.開工前對管線的具體情況進行核查，對管線滲漏形成的水囊或空洞進行注漿處理，并對滲漏管線做防滲漏處理。2.覆土較淺，支護采用深孔注漿加固，主要對初期支護結構周邊圍巖進行預注漿加固，形成部分加固圈，降低暗挖風險。3.控制開挖步距，按圖紙要求打設小導管。4.通道上臺階型鋼落腳處及時打設鎖腳錨管并注漿，控制型鋼架設后的沉降。5.及時對通道初支背后進行注漿，注漿分兩次進行，注漿范圍為開挖輪廓線外3m，注漿長度約12.658m，分第一第二循環，每個循環長度8.5m，開挖6.5m，6.針對環境風險工程特點，對可能出現的事故情況進行預判，指定完善的應急預案。

四、平頂暗挖主要方法及技術

（一）暗挖施工面采用CRD 法施工步序

原有地下連續墻開孔（馬頭門）→全斷面注漿加固→大管棚施工→超前小導管施工→鋼架的制作、拼裝及加工→噴射混凝土→拆除支架及臨時支撐

（二）暗挖段土方開挖及初支

1.全斷面注漿加固。通道開挖前進行全斷面超前預注漿，注漿范圍為開挖輪廓線外3m，注漿長度約12.7m，分兩個循環，每個循環長度8.5m，開挖6.5m，并保留2m止漿巖盤、第一循環利用明挖段地下連續墻作為止漿墻；第二循環需單獨做止漿墻。每開挖完成一段注漿加固區后再進行一次超前注漿加固。注漿擴散半徑1.5m，孔間距1m 布置，一循環共設48 個注漿孔。周邊孔：純水泥漿+水玻璃，中央孔：純水泥漿。第一循環注漿完成后，分部破除洞口段地下連續墻，采取先上后下，先右后左的順序進行。連續墻破除完成后，在拱部打設雙排超前小導管。依次循環進行。

2.大管棚施工。（1）大管棚按以下順序組織施工：導向墻施工→鉆孔→管棚鋼管安裝→注漿。（2）導向墻施工。出入口暗挖段管棚施工前，需設置一道1m×1m的導向墻，用于保證大管棚打設精度，導向墻采用C20 混凝土澆筑而成，在導向墻內設置2 榀I18 輕型工字鋼架，鋼架外沿設置A140，壁厚5mm 的導向管，鋼管與鋼架焊接。鋼架各單元由連接板焊接成型，單元間由螺栓連接，接頭處焊縫高度：腹板h[f]=9mm，翼緣h[f]=12mm。（3）鉆孔。鉆孔從兩側間隔鉆孔，首次只鉆奇數孔，每鉆完一個孔及時用管棚鉆機頂進去一根鋼花管，鋼花管每節4m，保證接頭部位錯開1 米以上，接頭部位使用絲扣連接牢固，鋼花管頂進完畢后，開始統一自下而上統一注漿。（4）管棚鋼管安裝。管棚鋼管由鉆機頂進，鋼管節段間用絲扣連接（φ108 鋼管，壁厚6mm，車150mm 長外絲扣，用Ф114mm、長300mm，車內絲扣的連接鋼管連接，注漿孔徑10～16mm，孔間距11cm，呈梅花形布置，尾部留不鉆孔的止漿段110cm），頂進時一節最常采用4m 管節。管棚頂到位后,鋼管與導向管間隙用速凝水泥或其他材料堵塞嚴密,以防漿液冒出。堵塞時設置進漿孔和排氣孔。相鄰管棚接頭必須錯開,可增加2m 長管節來錯開管棚接頭。在鋼花管內裝入鋼筋籠。鋼筋籠由4 根φ18 螺紋鋼筋均勻固定焊接在φ42mm 長50mm 的固定環上,每節鋼筋籠按6m 加工制作,兩節鋼筋籠連接處接頭相互錯開。（5）注漿。①安裝好有孔鋼花管、放入鋼筋籠后即對孔內注漿,漿液由ZJ-400 高速制漿機拌制。②注漿材料:注漿材料為C30 水泥凈漿。③采用注漿機將砂漿注入管棚鋼管內,初壓0.5～1.0MPa,終壓2MPa,持壓15min后停止注漿。④注漿量應滿足設計要求,一般為鉆孔圓柱體的1.5倍;若注漿量超限,未達到壓力要求,應調整漿液濃度繼續注漿,確保鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙充填飽滿。注漿時先灌注“單”號孔,再灌注“雙”號孔。⑤注漿結束后用M10 水泥砂漿充填鋼管，以增強管棚強度。

3.超前小導管施工。大管棚施工完成后，小導管按照間距0.3m 穿插在大管棚之間，人工采用風鉆沿隧道開挖線在隧道拱部鉆小導管孔，小導管孔的孔徑、孔深、外插角必須符合設計要求。將小導管打入孔內，在小導管端頭連接孔口閥及管路，和注漿機相連，對小導管進行注漿。注漿材料采用水泥漿。注漿結束后把小導管和鋼架焊接連接在一起，然后進行下道隧道施工工序。（1）小導管的制作。小導管采用Φ42，壁厚3.5mm 的無縫鋼管加工而成，長度3.5m。小導管前端加工成錐形，以便插打，并防止漿液前沖。小導管中間部位鉆Ф8mm 溢漿孔，呈梅花形布置(防止注漿出現死角)，間距15cm，尾部1m 范圍內不鉆孔防止漏漿，末端焊Ф6 環形箍筋，以防打設小導管時端部開裂，影響注漿管連接。（2）小導管的鉆孔、安裝。①測量放樣，在設計孔位上做好標記，用鑿巖機鉆孔，孔徑較設計導管管徑大10mm 以上，孔深、外插角必須符合設計要求。外插角取值應考慮小導管的長度和鋼架的間距、鋼架的截面高度，設計外插角10°，可根據實際情況調整。②超前小導管沿隧道拱部及側墻開挖線均勻布設，間距應根據開挖工作面前方的地質條件和自穩能力確定，設計間距為橫向間距0.3m，縱向每隔一榀沿拱頂范圍打設。③成孔后，將小導管按設計要求插入孔中，或風鉆直接將小導管從型鋼鋼架上部、中部打入孔內，并將管口四周密封。小導管打入后，先采用吹管法清孔。然后將注漿泵的高壓膠管與管口聯通，并且用棉紗、錨固劑等將管口處的縫隙塞緊，以保證注漿時不至于滲漏漿液。管路接通后先要壓水檢查密封性，達到要求后方可注漿。小導管外露30cm，在注漿結束后和鋼架焊接連接，支撐于開挖面后方的鋼架上或與鋼架共同組成預支護體系。④安裝注漿閥門和管路。⑤小導管施工其縱向搭接長度不小于0.5m。

（3）注漿。①注漿材料及漿液配比。注漿材料：水泥采用Po42.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為1 ∶1，卵石層為防止跑漿可摻入部分速凝劑；

小導管注漿參數表表4.2-1

注漿量控制:小導管注漿量可按照下式計算：

Q=π·R2·L·n·K 式中：

R—漿液擴散半徑，可按0.3m 考慮

L—小導管長度

n—巖體孔隙率

K—充填系數，根據不同地質條件取值。

②小導管安裝完成后，應進行壓水試驗，壓力一般不大于0.5MPa，并根據設計和試驗結果確定注漿參數。注漿壓力：一般為0.3～0.5MPa。漿液濃度按照設計配制。漿液必須充滿鋼管及其周圍的空隙。③水泥漿液采用專用的漿液拌制機在現場拌制，拌制時用磅稱對水泥及用水量進行稱量控制。當一盤漿液拌制好后即可將其引流至事先準備好的盛漿容器內，而漿液拌制機可繼續拌制漿液，以滿足注漿連續性的需要。④注漿順序為由下至上，漿液先稀后濃、注漿量先大后小，注漿壓力由小到大。⑤當發生串孔時，應采用分漿器多孔注漿或堵塞串漿孔隔孔注漿。當注漿壓力突然升高時應停機查明原因；當水泥漿進漿壓力很大、壓力不變時，則應調整漿液濃度及配合比，縮短凝膠時間，采用小流量低壓力注漿或間歇式注漿。⑥開挖時間為注漿后8h。

4.鋼架的制作、拼裝及加工。型鋼鋼架應按照設計圖紙提前制作，在報請監理首件試拼驗收通過后，運送至掌子面進行架設。鋼架采用Q235 鋼材，22a 工字鋼和t=10mm 厚鋼板焊接而成，。為提高鋼架加工精度，需嚴格控制各構件的下料尺寸，按設計圖紙尺寸及規范要求加工鋼架。兩片鋼架間采用4 個M22 螺栓連接牢固，連接角鋼預留A26 螺栓孔。

5.噴射混凝土。（1）潮噴砼工藝。潮噴砼就是按照配合比，把噴射砼用的水泥、砂子、石子、速凝劑等原材料利用攪拌機攪拌均勻，然后送入噴射機料斗，噴射機活塞將砼送入混合室，與壓縮空氣混合后進入噴射管，在噴嘴處加入水，再次混合后的料束從噴嘴射到受噴面。（2）施噴方法。①噴射機安裝好后，先注水、通風、清潔管道內雜物。同時用高壓風吹掃受噴面，清除受噴面上的塵埃。②采用人工掌握噴頭，操作人員必須把防護用品穿戴齊全。③噴射砼的混合料采用砼攪拌機拌和，攪拌時間不少于2min，確保攪拌均勻，同時保證連續供料。④噴射砼的噴射路線應自上而下，呈“S”形運動；噴射時，噴頭作連續不斷的圓周運動，并形成螺旋狀前進，后一圈壓前一圈三分之一。⑤噴射機要求風壓為0.3～0.5Mpa。⑥噴頭與受噴面垂直，如遇受噴面被鋼筋網片鋼架覆蓋時，將噴頭偏斜10°～ 20°。（3）注漿工藝。①注漿漿液選擇及配合比，背后注漿常采用水泥漿，其配比為：水灰比=1：1。②注漿設備及壓力。初支回填注漿采用砂漿泵，回填注漿壓力不宜過高，只要能克服管道阻力、初期支護間空隙阻力即可，壓力過高易引起初期支護及結構變形。③注漿施工。注漿之前，清理注漿孔，安裝好注漿管，保證其暢通；注漿必須連續作業，不得任意停泵，以防漿液沉淀，堵塞管路，影響注漿效果；注漿順序。注漿應由低處向高處，由無水處向有水處依次壓注，以利于充填密實，避免漿液被水稀釋離析；注漿時，必須嚴格控制注漿壓力，以防大量跑漿或使結構產生裂縫；注漿結束標準，當注漿壓力穩定上升，達到設計壓力并持續穩定10 分鐘，不進漿或進漿量很少時，即可停止注漿，進行封孔作業；

6.拆撐及結構施工。待開挖及初支全部完成后，以監控量測為依據，初支穩定后進行二襯施工。出入口二襯施工前需拆除臨時仰拱及中隔板，暗挖段豎向分兩次施工結構，封閉成環；縱向初支按照每流水段分模長度拆除，具體施工步如下：（1）破除臨時中隔壁混凝土至底板結構面上20cm。縱向每流水段拆除時兩端多拆1m，用于鋼筋及防水甩茬。（2）破除側墻結構1.5m 范圍的臨時中隔板初支混凝土，保留拱架不割除。（3）基面處理完成后施作底板防水層，澆筑保護層，施作底板結構。（4）割除破除部分的臨時仰拱鋼鋼架及臨時中隔壁拱部部分,高度方向保留1～3m 不破除（可根據模架支撐體系微調），基面處理后施工防水層，施工側墻及拱部結構。（5）待混凝土強度達到設計要求后，拆除模架及剩余部分臨時中隔墻及中隔板結構，并進行混凝土養護施工。（6）全部拆除完畢后，進行混凝土養護施工。