地鐵暗挖區(qū)間淺覆土、大跨度、多斷面施工及控制技術(shù)

李春奎

（中鐵十八局集團第三工程有限公司，河北涿州 072750）

地鐵暗挖區(qū)間淺覆土、大跨度、多斷面施工，涉及淺埋暗挖、大跨度結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)斷面變化多等諸多施工及控制技術(shù)。本文以長春地鐵6號線為例，系統(tǒng)闡述相關(guān)施工技術(shù)，以期為地鐵類似工程施工提供借鑒。

1 工程概況

長春地鐵6號線岱山公園站—飛躍廣場站區(qū)間（以下簡稱“岱飛區(qū)間”），沿飛躍路主干道下方敷設(shè)，總長1 066.692 m，其中岱飛區(qū)間2號豎井及橫通道沿飛躍路路中設(shè)置，豎井結(jié)構(gòu)外輪廓尺寸為15.6 m×15.6 m的矩形截面；橫通道采用蓋挖順作法施工，蓋挖段結(jié)構(gòu)外輪廓尺寸為18.2 m×10.6 m的矩形截面。豎井橫通道整體跨度長33.8 m，基坑深19.1 m，頂板覆土僅為4.1 m，埋深較淺；豎井橫通道結(jié)構(gòu)主要承擔(dān)區(qū)間左右線（含渡線、停車線）及6號、7號線聯(lián)絡(luò)線共計5個斷面的暗挖開挖施工任務(wù)，沿岱山公園站方向為左線H型與B型6導(dǎo)洞等2處大斷面，間距僅4.1 m；沿飛躍廣場站方向為右線C型6導(dǎo)洞大斷面，以及左線標準斷面、聯(lián)絡(luò)線斷面等3處斷面。為典型的淺覆土、大跨度、多斷面結(jié)構(gòu)施工。

豎井橫通道及暗挖段隧道結(jié)構(gòu)主要位于粉質(zhì)黏土層，土質(zhì)為黃褐色～褐黃色，可塑，搖振無反應(yīng)，稍光滑，干強度和韌性中等。

岱飛區(qū)間2號施工豎井及橫通道位于飛躍路路中，飛躍路為長春市內(nèi)主干路，地面交通繁忙，沿線地面建筑物較為密集雜亂，主要建（構(gòu)）筑物為汽車廠三十三街區(qū)居民小區(qū)。岱飛區(qū)間2號豎井暗挖總平面如圖1所示。

2 豎井暗挖主要技術(shù)難點

岱飛區(qū)間2號豎井及結(jié)構(gòu)內(nèi)暗挖斷面施工主要存在如下技術(shù)難點。

（1）暗挖區(qū)間大斷面結(jié)構(gòu)覆土埋深較淺，其中2號豎井橫通道蓋板覆土僅4.18 m，暗挖H型雙側(cè)壁導(dǎo)坑大斷面拱頂覆土僅6 m，并且暗挖區(qū)間結(jié)構(gòu)上方為飛躍路主干道，夜間各類重型車輛運輸頻繁，動載荷影響較大，暗挖風(fēng)險較高。

（2）岱飛區(qū)間左線暗挖H型大斷面臨近一汽33街區(qū)2棟6層樁基礎(chǔ)磚混結(jié)構(gòu)居民樓及樓前裙樓商鋪，該建筑修建于1985年，地上高度20 m，無地下室，基礎(chǔ)型式為樁基礎(chǔ)，樁長、樁徑由于修建年代較遠，資料缺失未知，但樁持力層入砂巖。區(qū)間距離建筑物水平距離約為4.15 m及5.86 m，開挖邊線與基礎(chǔ)水平距離約為13.7 m及12.2 m，存在極大建筑沉降風(fēng)險。

（3）岱飛區(qū)間豎井橫通道進暗挖區(qū)間共涉及5處大斷面結(jié)構(gòu)，相鄰斷面結(jié)構(gòu)間距較近，同時施工斷面多，且B、H斷面同為雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，斷面跨度大，存在群洞效應(yīng)風(fēng)險，同時對豎井自身穩(wěn)定以及地表、周邊建筑物沉降控制提出了更高的要求。岱飛區(qū)間2號豎井暗挖區(qū)間斷面位置縱剖圖如圖2所示。

3 豎井、暗挖結(jié)構(gòu)施工及控制

3.1 地面、地下處置措施

針對豎井結(jié)構(gòu)進暗挖區(qū)間大斷面，結(jié)構(gòu)跨度大、埋深覆土淺，路面車輛動載荷影響大的情況，分別采取地面上及地面下相應(yīng)處置措施。地面下針對大斷面洞身開挖，采取打設(shè)大管棚及深孔注漿方式進行支護，保障暗挖初期支護結(jié)構(gòu)至路面間土體加固穩(wěn)定；針對車輛動載荷擾動，相應(yīng)在結(jié)構(gòu)上方對應(yīng)路面并排滿鋪2 cm厚鋼板用以均攤分布動載荷，降低車輛運輸通行造成的影響。同時在路面地表采取加密布設(shè)監(jiān)測點，暗挖施工中加強監(jiān)控量測，并根據(jù)其反饋信息對支護參數(shù)進行調(diào)整。措施如下。

（1）洞內(nèi)暗挖B、C、H型大斷面初期支護（以下簡稱“初支”）由深孔注漿+超前小導(dǎo)管+大管棚+鋼格柵+噴射混凝土組成。拱部150 °范圍內(nèi)采用超前小導(dǎo)管注漿加固+大管棚超前支護，小導(dǎo)管+大管棚，每隔1 榀打設(shè)小導(dǎo)管，長度2.5 m，小導(dǎo)管+大管棚環(huán)向間距均為400 mm，大管棚采用φ108 mm，壁厚6 mm鋼管注漿加固，環(huán)向間距為400 mm；初支厚度為350 mm，格柵鋼架間距 0.5 m。岱飛區(qū)間暗挖雙側(cè)壁大斷面初支如圖3所示。

（2）深孔注漿范圍。初支外輪廓線外1.5 m、內(nèi)0.5 m，共2 m，深孔注漿漿液采用水泥漿，根據(jù)實際注漿效果，可適當(dāng)摻入水玻璃，注漿擴散半徑需在施工試驗后確定，注漿孔布置由工作面向開挖方向呈輻射狀，現(xiàn)場可適當(dāng)調(diào)整，以保證注漿充分，以不留死角為原則。岱飛區(qū)間暗挖雙側(cè)壁大斷面深孔注漿示意圖如圖 4所示。

（3）深孔注漿的初壓為0.7～1.0 MPa，終壓一般為1.5 MPa（根據(jù)地面監(jiān)測情況，進行調(diào)整），在終壓狀態(tài)下當(dāng)進漿量小于3 L/min或注漿壓力在終壓狀態(tài)逐步升高可停止注漿。注漿后土體無側(cè)限抗壓強度不低于0.5 MPa，滲透系數(shù)不大于1×10-6cm/s，若注漿不理想，應(yīng)及時補充注漿，確保施工安全。

（4）深孔注漿前需提前設(shè)置止?jié){墻，厚度為300 mm，采用C25噴射混凝土，并設(shè)雙層φ6 mm@150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)，并按照1 m×1 m梅花形布置長度約2 m的φ22 mm掛網(wǎng)鋼筋，長度可根據(jù)現(xiàn)場止?jié){墻效果進行調(diào)整。注漿后至少等8 min方可以開挖，開挖長度按循環(huán)進尺規(guī)定，以保留一定長度的掌子面止?jié){加固巖盤。

（5）施工過程中密切關(guān)注掌子面地層情況，加強監(jiān)控量測，并根據(jù)其反饋信息對支護參數(shù)進行調(diào)整。

（6）由于斷面覆土較淺，風(fēng)險較大，在路面采取20 mm厚鋼板鋪裝措施，嚴禁在區(qū)間上方堆載。

3.2 結(jié)構(gòu)加強

針對岱飛區(qū)間左線暗挖H型大斷面臨近一汽33街區(qū)2 棟6層樁基礎(chǔ)磚混結(jié)構(gòu)居民樓及樓前裙樓商鋪，存在極大建筑沉降風(fēng)險，采取端頭注漿+豎井周邊打設(shè)隔離樁、旋噴樁以及加強基坑內(nèi)部鋼支撐體系，增強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。采取措施如下。

（1）區(qū)間H大斷面與房屋鄰近處設(shè)置φ1 000 mm@1 600 mm的鉆孔隔離樁，共計27根，并對樁間采用φ800 mm@400 mm三重旋噴樁進行旋噴加固，如圖5所示，隔離樁、冠梁采用C30混凝土，隔離樁最外層鋼筋保護層厚度為70 mm，冠梁最外層鋼筋保護層厚度為35 mm。

（2）在臨近建筑物側(cè)打設(shè)雙排三重管旋噴樁進行加固、隔離，打設(shè)長度為20 m，打設(shè)深度為20.888 m和20.088 m。

（3）對變形敏感的部位加強支撐體系剛度、控制基坑變形，基坑支撐設(shè)計為3道內(nèi)支撐+1道換撐，其中第2道、第3道支撐為φ800 mm厚16 mm鋼管撐，以增強支撐穩(wěn)定性。

（4）右線區(qū)間靠近建筑物部分，結(jié)構(gòu)拱部及臨時建筑側(cè)采取深孔注漿措施。

（5）及時跟進初支背后以及二襯與初支間空隙的填充注漿，保證漿液能均勻地填充初支背后以及初支與二襯間的空隙。

（6）加強對基坑周邊沉降地表沉降、地下水、豎井收斂等監(jiān)控量測工作，加強對周邊建筑沉降和差異沉降的觀測，如發(fā)現(xiàn)沉降或收斂速度偏大或異常，應(yīng)立即停止開挖及時注漿，對建筑物基礎(chǔ)底部進行跟蹤，確保建筑物安全。

3.3 控制措施

針對豎井橫通道大斷面設(shè)置集中，斷面跨度大，為避免暗挖進洞施工群洞效應(yīng)風(fēng)險，采取如下控制措施。

（1）嚴格控制各斷面施工工序，先行施工右線B斷面初支及二襯結(jié)構(gòu)，后再施工左線暗挖初支結(jié)構(gòu)。

（2）暗挖進洞各大斷面采用深孔注漿+打設(shè)大管棚支護方式。雙側(cè)壁導(dǎo)坑法各小導(dǎo)洞開挖支護，嚴格遵循淺埋暗挖法的“十八字方針”，做好超前支護措施，導(dǎo)洞內(nèi)分臺階開挖，上部各導(dǎo)洞各層臺階拱腳處均打設(shè)2 根鎖腳錨管；全長壓注水泥漿，保障初支結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。開挖時預(yù)埋初支背后的回填注漿管，完成3～5 m時應(yīng)及時進行回填注漿；做好注漿記錄，并按雙指標控制注漿壓力和注漿量；確保回填密實和上方管線安全，進一步控制地表、管線和洞內(nèi)沉降變形。

（3）暗挖左、右線大斷面間距較近，采用在大斷面?zhèn)缺诖蛟O(shè)長3 m DN32小導(dǎo)管，間距1 m×1 m梅花形布設(shè)，進行大斷面徑向土體注漿加固，以保障后開挖斷面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。大斷面徑向土體注漿加固示意圖如圖6所示。

（4）加強暗挖初支洞室內(nèi)收斂及沉降監(jiān)測控制。加大監(jiān)控量測頻率，每日監(jiān)測至少2次。

3.4 深孔注漿及旋噴加固效果

3.4.1 深孔注漿效果

岱飛區(qū)間暗挖段粉質(zhì)黏土地層大斷面開挖后，進行全斷面深孔注漿，以滿足強度、初凝時間、流動度條件的要求。注漿中，采用 HC-P超細灌漿材料，水灰比0.6，水玻璃加量1%～5%，其28天強度15.5 MPa，初凝時間40 min，流動度20.0 cm。注漿后，進行目測觀察注漿加固范圍，開挖到止?jié){巖盤量測加固體的直徑。從掌子面開挖效果看，劈裂注漿起到了加固土體的效果，漿脈分布明顯，注漿孔周圍有明顯的擠密漿體，如圖7所示，注漿效果如圖8所示。

3.4.2 旋噴樁試樁及效果

岱飛區(qū)間2號豎井橫通道三重旋噴樁試樁里程為K15+940，試樁平均樁長20 m，根據(jù)1:1水灰比要求，最少需要水泥 360袋（50 kg/袋）；三重旋噴樁試樁直徑φ800 mm，旋噴咬合250 mm；三重旋噴樁參數(shù)為，噴漿壓力20 MPa，漿液選用42.5級以上普通硅酸鹽水泥，每延米樁身水泥用量300 kg，注漿壓力25 MPa左右，鉆桿提升速度控制在15～25 cm/min并漸漸向上提升；噴漿提升時，啟動旋噴樁機及拉緊鏈條裝置， 邊噴漿攪拌邊提升鉆桿，使?jié){液和土體充分拌和直至將攪拌鉆頭提升出地面；施工過程技術(shù)人員定時檢查漿液初凝時間、噴漿流量、壓力、旋轉(zhuǎn)提升速度等參數(shù)是否與擬定的設(shè)計參數(shù)吻合，并隨時做好記錄。三重旋噴樁試樁數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 三重旋噴樁試樁數(shù)據(jù)

根據(jù)旋噴樁試樁數(shù)據(jù)，現(xiàn)場取樣28天無側(cè)限抗壓強度標準值不小于1.0 MPa，滿足設(shè)計要求范圍；三重旋噴樁全部打設(shè)完成后，岱飛區(qū)間側(cè)向基本無明顯滲漏水。

3.4.3 地表及周邊建筑沉降監(jiān)測

岱飛區(qū)間經(jīng)過采取全斷面深孔注漿及三重旋噴加固一系列措施后，區(qū)間暗挖施工臨近建筑物的沉降及差異沉降控制方面得到了很大的提高，根據(jù)專業(yè)檢測人員的數(shù)據(jù)分析，皆在規(guī)范控制值之內(nèi)，數(shù)據(jù)監(jiān)測超限值為0 個，合格率達到100%。岱飛區(qū)間開挖施工平穩(wěn)有序，每天完成3個循環(huán)，安全質(zhì)量控制良好的情況下完成74.5 m開挖掘進。岱飛區(qū)間周邊建筑物沉降監(jiān)測結(jié)果如表2 所示。

表2 岱飛區(qū)間周邊建筑物沉降監(jiān)測結(jié)果 mm

4 結(jié)論及建議

（1）地鐵暗挖區(qū)間豎井及橫通道位于城市核心區(qū)域時，特別是舊城區(qū)，應(yīng)加強周邊環(huán)境調(diào)查，并適當(dāng)加密施工范圍地質(zhì)勘查點，明確豎井、暗挖隧道結(jié)構(gòu)與周邊建(構(gòu))筑物的幾何關(guān)系和所處地質(zhì)水文情況。工程鄰近老城區(qū)樓房、地下管線眾多時，應(yīng)采取必要的安全措施，如旋噴止水、注漿加固、超前大管棚等，這對于沉降控制、周邊環(huán)境保護及防止坍塌效果顯著。

（2）長春地鐵6號線岱飛區(qū)間2號豎井及其暗挖各斷面施工時的各項沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，所采取的施工技術(shù)及控制措施有效地保證了豎井及暗挖隧道的施工質(zhì)量和施工安全，為以后地鐵豎井及暗挖隧道施工積累了較豐富的施工經(jīng)驗。