淺談某地鐵出入口淺埋暗挖通道穿越復雜地層超前預支護技術

孫 榮

（中國水利水電第八工程局有限公司，湖南 長沙）

傳統的地鐵出入口通道采用明挖施工方式，必然會造成對道路交通的影響，在交通繁忙的交通路口顯然存在一定的局限性，為了不影響道路正常的交通通行，可采用淺埋暗挖的方式完成通道施工。本暗挖通道處于富水圓礫層中，同時下穿眾多管線，超前支護控制重點為超前大管棚精度控制、超前大管棚鉆孔易坍孔問題的解決及超前帷幕注漿對圓礫層加固效果的控制等。

1 工程概況

1.1 出入口概況

農科院農大站位于人民東路與紅旗路交叉十字路口，沿東西向布置。3 號出入口位于車站北側，結構頂板覆土厚度約0.4～7.2 m，采用明挖+暗挖法施工，其中出入口橫穿人民東路段采用暗挖法施工。暗挖段全長49.434 m，暗挖通道覆土厚度為7.4 m～8.6 m，開挖斷面寬8.2 m，高5.92 m。暗挖通道設計見圖1。

圖1 出入口暗挖段橫斷面形式

1.2 工程地質、水文條件

1.2.1 工程地質條件

農科院農大站3 號出入口隧道斷面地層自上而下依次為素填土層、粉質黏土層、細粉砂層、圓礫、中風化泥質粉砂巖。本工程隧道開挖拱頂部分位于圓礫層內，邊墻部分位于圓礫層中，隧道底部位于中風化泥質粉砂巖。

1.2.2 工程水文條件

（1） 地表水

地表水主要為位于車站北段的圭塘河、瀏陽河，圭塘河是瀏陽河的支流，全長32.2 km，圭塘河歷史最高洪水位約40 m。

（2） 地下水

本站地下水分為上層滯水、第四系松散巖類孔隙水。其中，上層滯水基本賦存于人工填土中，受地表水及大氣降水補給，同時接收附近地下水系及人工用水補給，通常水量較小。而第四系松散層孔隙水主要賦存于第四系含水層砂卵石中，具有微承壓性。

長沙地區每年4 月至9 月份為雨季，地下水水位明顯上升；10 月至第二年3 月為枯水期，地下水位下降，歷年水位變化最大幅度2～4 m。

1.3 周邊環境

1.3.1 周邊構建筑物

站位周邊主要為居住用地、農業用地。車站所處路口的西北象限現狀為大漢建材批發城，東北象限為湖南農產品加工研究所，西南、東南象限為農科院農田。

1.3.2 周邊管線情況

3 號出入口通道下穿直徑1 200 mm 的雨水、直徑600 mm 的給水、直徑600 mm 的污水、直徑300 mm 的雨水、直徑1 500 mm 的雨水、800 mm×800 mm 的電力等管線。詳見表1。

表1 管線現狀情況

1.4 設計概況

暗挖通道以噴錨構筑法設計，采用復合式襯砌結構。初支結構由型鋼鋼架、鋼筋網、噴射混凝土、系統錨桿等支護型式組合而成，二襯結構采用模筑鋼筋混凝土，初支與二襯之間鋪設防水層。

本工程超前預支護設計內容分別為超前大管棚、超前帷幕注漿、超前注漿小導管。具體超前支護參數見表2。

表2 超前支護參數

2 超前支護施工

2.1 超前大管棚

本工程超前大管棚穿越地層均為富水圓礫層，管棚鉆孔過程中易產生塌孔、卡鉆等現象，故選用跟管工藝，該工藝能實現管棚成孔施工，然而原管棚材料Φ108 鋼管強度不足，跟管過程中易出現擰斷、滑絲現象，嚴重制約了本工程施工進度，無法滿足施工需要。后采用Φ89 鉆桿（9.38 mm）替代Φ108 無縫鋼管（壁厚8 mm）作為管棚材料，利用鉆桿充當管棚用鋼管，可有效解決地質原因造成的施工困難。本工程管棚布置示意見圖2。調整施工方案后，超前大管棚施工工藝流程：鉆機就位→鉆孔→鉆孔完成→清孔→注漿。

圖2 出入口暗挖段管棚布置示意

2.1.1 鉆機就位

工作井開挖至最下排管棚下方約1.5 m 處時停止開挖，對開挖面進行整平并鋪設路基箱、鋼板形成管棚鉆機操作平臺，平臺下方地基應穩固。鉆機與已設定好的孔口管方向平行，必須精確核定鉆機位置[1]。

2.1.2 鉆孔

開鉆初期應采用低速低壓鉆進，成孔長度大于10 m 且地質情況穩定時，可逐漸提升鉆速及風壓[1]。

管棚下穿眾多重要管線，確保管棚鉆孔精度極為重要。鉆孔精度控制措施如下：

（1） 鉆進時通過鋼管注入潤滑液或清水，鋼管尾部安裝測量軟管，任意時間都可以通過停止注入潤滑液后靜止1 min，觀察潤滑液在測量軟管的頁面高度，與空口水位對比，直觀測量成孔坡度。

（2） 針對軸線方向偏差的測量，是通過一定距離(3～5 m)內，孔內送入激光筆等光源，鉆機側架設經緯儀對光源的方位進行測量并與隧道軸線對比。

2.1.3 清孔驗孔

（1） 采用高壓風清理鉆渣[2]。

（2） 采用測量儀器檢測孔深、外插角、傾角[2]。

2.1.4 注漿

（1） 放置管棚鋼管后即對孔內注漿，漿液拌制采用高速制漿機。

（2） 注漿材料：采用水泥液漿，水灰比1：1。

（3） 向管棚鋼管內注入水泥漿，注漿壓力為0.5 MPa～2 MPa，穩壓15 min 后即可停止注漿。

（4） 注漿量應符合設計要求，若注漿量超限后仍未達到注漿終壓，則調整漿液濃度并持續注漿，直至注漿壓力達到設計終壓，以確保周圍巖體與鋼管孔隙間填充密實。

（5） 各管棚孔之間跳孔施工。

（6） 為避免注漿過程中串漿，每有一個管棚成孔完成，應隨即安設該管棚鋼管并注漿，隨后跳孔進行下一管棚鉆孔施工。

（7） 注漿結束后采用M10 水泥砂漿充填鋼管，以增強管棚強度。

2.2 超前帷幕注漿

本暗挖通道拱部采取超前帷幕注漿的方式形成止水帷幕，同時起到加固圓礫層的目的，確保在開挖過程中的穩定，避免開挖過程中出現坍塌現象。超前帷幕注漿孔位設計見圖3。

圖3 超前帷幕注漿孔位布置示意

施工措施如下：帷幕注漿采用鉆注一體、后退式注漿工藝，注漿孔孔徑為76 mm，孔間距約0.9～1 m。注漿孔擴散半徑0.75 m，注漿壓力0.4～1.2 MPa，注漿壓力從0.4 MPa 逐步提高，達到終壓1.2 MPa，并持續注漿10 min 以上。注漿漿液為水泥水玻璃雙液漿，水泥漿與水玻璃溶液的體積比為1：1，水玻璃采用40Be' 水玻璃原液，按1:1 體積比添加水配置取得20Be'的水玻璃溶液。水玻璃溶液中，按溶液體積的1%～2%添加磷酸，添加磷酸后的改性漿液凝結時間可控制在10～15 s。鉆孔和注漿順序先外圍，后內部，從外圍進行圍、堵、截，內部進行填、壓，同一排間隔施工。帷幕注漿孔按不同的外插角打設，使各個注漿孔的漿液擴散范圍互相重疊，實現整體固結，不留死角。

2.3 超前注漿小導管

按照設計要求超前小導管外插角按5°～8°打設，將會出現小導管侵限現象，造成下榀型鋼拱架無法正常安裝。為了確保小導管不侵限，外插角須調整至20°左右，此時3.5 m 的小導管深入圓礫層，往往會成為上層透水層的引水通道，從而對隧道開挖產生不利影響。經與參建各方溝通，由設計將超前小導管長度調整為2 m，縱向間距調整為0.5 m，外插角度調整為20°。小導管布置示意見圖4。

圖4 超前小導管布置示意

超前小導管施工工藝流程：小導管制作→小導管安裝→注漿漿液配制→注漿。

2.3.1 小導管的制作

前端為錐形并封閉，以便順利插入導管引孔，尾端焊接Φ6 鋼筋加勁箍，防止施工時導管尾端變形[3]。

2.3.2 小導管鉆孔及安裝

（1） 采用風鉆開孔，開孔直徑Φ50 mm。鉆孔完成后采用吹管吹出砂石，風壓控制在0.5～0.6 MPa。

（2） 采用風鉆將小導管頂入引孔中，隨后檢查管內是否清潔。

（3） 采用塑膠泥封堵導管周圍及孔口。

（4） 管端外露30 cm，以便安裝注漿管路。

2.3.3 注漿漿液配制

（1） 水泥漿攪拌在拌合機內進行，根據拌合機容量大小，嚴格按要求投料，水泥漿濃度控制在1：1。

（2） 攪拌水泥漿的投料順序為：在加水的同時將緩凝劑一并加入并攪拌，待水量加夠后繼續攪拌1 min，最后將水泥投入并攪拌3 min。

2.3.4 注漿

（1） 小導管注漿采用水泥漿，注漿壓力擬采用0.5 MPa～1.0 MPa。

（2） 注漿流速不宜過快，一般控制流速在30 L/min 以內。

（3） 導管注漿采用定量注漿，即每根錨管內注入一定量漿液后即結束注漿。若壓力逐漸上升，流量逐漸減少，雖然未注入一定量漿液，但注漿壓力達到1.0 MPa 時也應結束注漿。

3 結論

農科院農大站3 出入口通道采用淺埋暗挖法施工，拱頂部分位于富水圓礫層內，地層巖性較差，圍巖自承能力較差。采用超前大管棚、超前帷幕注漿及超前小導管等超前預支護技術，確保開挖前的地層穩定，實現了暗挖隧道的正常開挖及支護，為后續類似地層的淺埋暗挖超前預支護工程積累了豐富的施工經驗，對今后的地鐵暗挖施工具有一定的參考價值。