地鐵車站淺埋暗挖大跨扁平連拱隧道施工綜合技術(shù)

茍明中

（成都軌道交通集團有限公司，四川成都 610041）

1 工程概況

成都博覽城綜合交通樞紐為成都地鐵1號、6號、18號、16號線在天府大道東側(cè)及福州路下方形成的4線“H”形大型綜合交通樞紐，6號線為地下4?層車站，1號、18號和16號線車站均為地下3?層車站，位于6號線車站上方。18號線車站為雙柱三跨15.0?m島式車站，南端設(shè)置交叉渡線折返線，下穿青島路市政公路隧道，底板埋深約21?m。青島路市政公路隧道由主車道（雙向四車道）加兩側(cè)輔道組成，單層兩跨現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)型式，輔道為L型擋墻結(jié)構(gòu)型式，與主車道通過牛腿連接。為保證施工期間青島路的正常通行，道路下方長70?m?段采用淺埋暗挖大跨扁平連拱隧道結(jié)構(gòu)形式（圖1）。暗挖隧道拱頂距市政隧道結(jié)構(gòu)豎向距離為1.7?m，隧道跨度受車站站臺寬度控制，開挖寬度28?m，單拱內(nèi)凈寬12??m，開挖高度 12.4?m，內(nèi)輪廓凈高 10.24??m。

圖1 下穿市政道路與隧道三維關(guān)系圖（單位：m）

隧道所處地層主要由第四系人工雜填土層、沖洪積層和白堊系泥巖層組成。地面至隧道拱頂上0.5??m主要為雜填土層，往下至拱頂下1.5??m主要為淤泥質(zhì)軟土、1.5?～3??m為粉質(zhì)黏土層，3?m以下依次為全、強、中風(fēng)化泥巖。其中人工填土主要為風(fēng)化砂巖碎塊、黏性土等，含少許建筑垃圾，為欠固結(jié)土，結(jié)構(gòu)疏松，強度較低；淤泥質(zhì)軟土為回填魚塘底分布的淤泥質(zhì)土，高壓縮性，含水量較高，軟塑～可塑狀態(tài)，手搓呈條狀；全風(fēng)化泥巖巖體結(jié)構(gòu)破壞，巖芯多呈土狀；強風(fēng)化泥巖中厚層狀構(gòu)造，巖質(zhì)軟，節(jié)理發(fā)育，巖芯多呈碎塊狀或餅狀，巖芯碎塊手可折斷。由于兩端明挖基坑已經(jīng)采用降水施工，地層中主要為滯水，施工期間水量貧乏。

2 隧道襯砌結(jié)構(gòu)及加固措施

本工程具有周邊管線多、工程及水文地質(zhì)條件差、結(jié)構(gòu)型式及受力復(fù)雜、施工工序多、沉降控制嚴格、工期緊等特點。根據(jù)淺埋暗挖大跨扁平連拱隧道的力學(xué)特點和理論計算分析，隧道襯砌結(jié)構(gòu)及輔助措施如下，詳見圖2。

圖2 隧道襯砌斷面圖 （單位：mm）

2.1 襯砌結(jié)構(gòu)

（1）初期支護。①噴混凝土：C25噴混凝土，厚度35?cm ；②鋼筋網(wǎng)：φ8 鋼筋，網(wǎng)格間距 15??cm×15??cm，全環(huán)雙層；③鋼架：I25工字鋼架，全環(huán)設(shè)置，間距50??cm；④錨管：φ32 鋼花管，間距 80??cm×50??cm，邊墻設(shè)置。

（2）模筑襯砌。C35、P10防水鋼筋混凝土，厚70??cm，中墻厚度 80?cm。

（3）中壁臨時支護。①噴混凝土：C25噴混凝土（中壁厚 30??cm、橫撐 25??cm）；②鋼筋網(wǎng)：φ8 鋼筋，網(wǎng)格間距20?cm×20??cm，單層；③鋼架：中壁I22、橫撐I20a，間距同主鋼架；④錨桿：φ22藥卷錨桿，間距100?cm×50??cm，中壁設(shè)置；⑤封閉掌子面：對淤泥質(zhì)軟弱地層采用5??cm厚噴混凝土臨時封閉。

2.2 加固措施

（1）φ133大管棚。拱部設(shè)置φ133大管棚，長度36??m，從兩端往中間打設(shè)，搭接 2??m，鋼管環(huán)向間距40??cm，與隧道外輪廓凈距 30??cm，鋼管采用φ133??cm×8??mm 的無縫鋼管。

（2）φ42超前小導(dǎo)管。在大管棚之間打入φ42鋼花管，長度3.0?m，縱向間距1.5?m，通過超前小導(dǎo)管對隧道拱部軟弱地層進行補強加固。

（3）深孔注漿。加固范圍為拱部開挖輪廓線以外2.0?m及以下至全、強風(fēng)化泥巖分界面。在市政隧道兩側(cè)通過地面對軟弱地層進行注漿加固，市政隧道底部通過洞內(nèi)深孔水平注漿對地層進行加固。

3 隧道施工工法及工序

為確保隧道施工期間青島路的正常安全通行，根據(jù)大跨扁平連拱隧道的力學(xué)特點和淺埋暗挖隧道的施工技術(shù)要點，通過設(shè)置大管棚、超前小導(dǎo)管、地層注漿加固等輔助工程措施，采用雙側(cè)壁+中導(dǎo)坑的十步微臺階施工工法進行施工，詳見圖3，詳細施工工序如下。

圖3 雙側(cè)壁+中導(dǎo)坑十步微臺階法步驟圖 （單位：mm）

（1）分步施工隧道拱部大管棚、超前小導(dǎo)管和地層注漿。

（2）首先開挖③號導(dǎo)坑，其超前8?m后施工下部⑧?號導(dǎo)坑；導(dǎo)坑超前5?m后，分別開挖兩側(cè)①號、⑤?號導(dǎo)坑，在上導(dǎo)坑超前8?m后，再分別開挖兩側(cè)⑥號、⑩?號導(dǎo)坑。

（3）⑥號、⑧號、⑩號導(dǎo)坑每施工10?m后，及時施工8?m長的仰拱結(jié)構(gòu)（含回填）；⑧號導(dǎo)坑仰拱施工完成后，逐段鑿除③號、⑧號導(dǎo)坑間水平撐混凝土，間隔保留工字鋼橫撐預(yù)防中導(dǎo)坑水平收斂變形。隧道按6??m 1?個循環(huán)進行隧道中墻和拱頂二次襯砌施工。

（4）隧道中墻結(jié)構(gòu)施工12?m（2個循環(huán)）后，分別開挖施工中墻兩側(cè)的②號、④號導(dǎo)坑，其超前8?m后，開挖施工⑦號、⑨號導(dǎo)坑；在⑦號、⑨號導(dǎo)坑開挖超過10?m后，及時施工其仰拱結(jié)構(gòu)（含回填）。

（5）待⑦號、⑨號導(dǎo)坑貫通后，先對洞口段4?m范圍的臨時中壁和臨時水平支撐按拆一留二的要求進行拆除，在拆除過程中，加強對隧道拱頂沉降、水平收斂的監(jiān)測；在監(jiān)測2天變形穩(wěn)定后，按拆一留一的要求進行拆除，再繼續(xù)監(jiān)測2天變形穩(wěn)定后，拆除該范圍剩余鋼架，進行隧道拱部及邊墻二次襯砌的施工；連拱隧道兩側(cè)拱墻分別不同步施工。

（6）待隧道洞口3?m二次襯砌施工完成并達到受力要求后，隧道洞身按6?m一個循環(huán)進行隧道二次襯砌施工；二次襯砌施工過程中，臨時支撐按2次分步分段拆除。

4 主要施工技術(shù)

隧道兩端均為明挖框架結(jié)構(gòu)，待明挖段主體結(jié)構(gòu)達到受力要求后再施工暗挖段結(jié)構(gòu)，在暗挖隧道開挖施工前，應(yīng)先施工超前大管棚、小導(dǎo)管和洞口段的地面注漿。施工嚴格遵守“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的原則。主要技術(shù)要求如下。

4.1 大管棚施工

φ133大管棚長36?m，共計76根，南北兩端對打，接頭采用絲扣連接，絲扣螺紋段長15?cm。在端墻預(yù)埋φ159、壁厚6?mm、長1.5?m管棚導(dǎo)向管；鉆孔采用定向鉆進方式，施工誤差控制在徑向不大于20?cm，相鄰不大于10?cm。棚管打設(shè)完成后，封閉管棚周邊與預(yù)埋管之間的間隙，向管棚注水泥漿，水灰比1：1，根據(jù)單孔孔內(nèi)情況靈活控制泵壓，當排氣孔流出漿液后，關(guān)閉排氣孔，繼續(xù)注漿，孔內(nèi)壓力保持在1～1.5?MPa范圍內(nèi)，穩(wěn)定3～5?min后停止注漿，注漿漿液必須充滿鋼管及周圍的空隙并密實。

4.2 洞身開挖及初期支護

隧道開挖及初期支護順序如下：隧道開挖→鋪設(shè)第1層鋼筋網(wǎng)并初噴4?cm混凝土→架設(shè)型鋼鋼架→打設(shè)邊墻錨管、與鋼架焊接并灌漿、預(yù)埋拱部初期支護背后注漿管→復(fù)噴混凝土20?cm左右→鋪設(shè)第2層鋼筋網(wǎng)并與鋼架的翼緣焊接→噴射混凝土到設(shè)計厚度→根據(jù)沉降情況及時進行初期支護背后注漿。各步序施工主要技術(shù)及要求如下。

（1）隧道洞身采用人工配合機械開挖，以控制超挖和減輕對地層的擾動，開挖輪廓線圓順，人工修邊；嚴格按要求留置核心土，保持掌子面土體的穩(wěn)定。

（2）及時進行第1層鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)和初噴混凝土，型鋼鋼架與初噴混凝土之間常有空隙，是造成地面沉降的重要因素，應(yīng)重點關(guān)注。噴混凝土應(yīng)從多角度噴射，剛開始應(yīng)特別斜向型鋼鋼架背后噴射，以便回填空隙；預(yù)埋初期支護背后注漿管應(yīng)在型鋼鋼架背后空隙位置開孔，便于對型鋼背后空隙進行回填灌漿。

（3）設(shè)置鎖腳錨桿和鋼架底貫通槽鋼，加強對型鋼鋼架拱腳的處理。鋼架拱腳處理不好，也是造成沉降的重要因素，鋼架安裝前應(yīng)清除拱腳下的虛碴，超挖部分用混凝土塊墊實；兩接頭必須采用螺栓連接牢固，當個別螺栓孔連接困難時，應(yīng)通過現(xiàn)場增設(shè)鋼板鋼筋等焊接牢固。

（4）由于隧道拱頂扁平，初期支護背后拱頂注漿比較關(guān)鍵；初期支護封閉后根據(jù)沉降監(jiān)測及時進行初期支護背后注漿，對鋼架背后空隙、地層變形松弛孔隙和地層應(yīng)力進行補償；對位移變化較大或滲漏水處，應(yīng)進行重點注漿。注漿采用純水泥漿，壓力為0.1～0.2?MPa，靈活掌握并調(diào)整注漿壓力，根據(jù)進漿量和壓力雙控結(jié)果決定注漿結(jié)束時間。

4.3 二次襯砌施工

二次襯砌的施工關(guān)鍵是臨時支撐的拆除。各步序施工主要技術(shù)及要求如下。

（1）臨時支護分段拆除，不同段落拆除的長度應(yīng)有區(qū)別。洞口先拆除4?m，施工洞口段二次襯砌；一般段按6?m控制，并根據(jù)監(jiān)測情況及時調(diào)整。

（2）二次襯砌混凝土采用輸送泵灌注，鋼模板外掛附著式振搗器進行振搗?；炷翆ΨQ分層澆注，每層厚度不超過30～40?cm，混凝土灌注至墻拱交接處，應(yīng)歇1?h后方可繼續(xù)灌注。

（3）由于隧道跨度大且受力復(fù)雜，應(yīng)待下一次循環(huán)的二次襯砌混凝土澆注完成24?h后才開始拆除前一次循環(huán)的二次襯砌模板。連拱隧道兩側(cè)的二次襯砌混凝土需錯開一環(huán)施工，避免橫斷面方向臨空跨度大，但應(yīng)加強對整體式中墻受到偏載影響的監(jiān)測和采取相應(yīng)的加固措施。

（4）隧道拱頂扁平，二次襯砌背后灌漿至關(guān)重要。由于每次循環(huán)長度不大，采用端頭水平灌漿方式，設(shè)置3根灌漿管確保拱部混凝土密實；漿液材料采用高強無收縮水泥砂漿，灌漿應(yīng)連續(xù)均勻作業(yè)，以防堵塞管路，影響注漿效果；灌漿壓力控制在0.1?MPa左右，直到無進漿為止。

5 施工監(jiān)測及效果

根據(jù)淺埋暗挖大跨扁平連拱隧道的特點，采用第三方監(jiān)測方式對隧道周邊地表沉降、拱頂沉降、凈空收斂、管線沉降、構(gòu)筑物變形（地下管線、地面道路、邊坡）等多個項目進行監(jiān)測，并對可能發(fā)生危及施工、周邊環(huán)境安全的隱患或事故及時準確的預(yù)報，實行“黃、橙、紅”三級預(yù)警機制，避免事故的發(fā)生。

5.1 監(jiān)測結(jié)果

施工過程中，道路面在市政隧道變形縫位置出現(xiàn)了裂縫，市政隧道由于有變形縫未見結(jié)構(gòu)裂縫，市政管線未出現(xiàn)破壞情況，在隧道二次襯砌施工完成后各變形趨于穩(wěn)定。詳細監(jiān)測結(jié)果詳見表1。

表1 隧道施工監(jiān)測結(jié)果

5.2 監(jiān)測結(jié)果分析

隧道施工中未發(fā)生涌水、涌泥、涌砂和掌子面失穩(wěn)現(xiàn)象，周邊環(huán)境和隧道結(jié)構(gòu)本身安全可控。但隧道在土方開挖卸載過程中對周邊環(huán)境存在一定影響，尤其是隧道上部影響范圍周邊地面沉降及構(gòu)筑物沉降較大，地表最大沉降累計值162.8?mm，構(gòu)筑物最大沉降累計85.4??mm，在采取加強措施前一直處于下沉狀態(tài)。根據(jù)監(jiān)控量測數(shù)據(jù)及現(xiàn)場巡視結(jié)果分析如下。

（1）地面加固采用繡花管注漿效果不佳，在部分注漿加固調(diào)整為旋噴加固后，對控制地面及構(gòu)筑物變形加固效果明顯。

（2）初期支護噴混凝土厚度較大，前期存在噴錨不夠密實，產(chǎn)生較大變形；后續(xù)改進施工工藝和加強背后注漿后有明顯效果。當初期支護有滲水現(xiàn)象時，應(yīng)及時進行堵漏及疏導(dǎo)，避免土體長期浸泡，影響初期支護受力。

（3）施工土方開挖過程中受強降雨影響而導(dǎo)致土層內(nèi)含水量較多，滲漏水帶出泥沙，尤其是隧道上部雜填土受裂縫滲漏泥沙及土體浸泡，造成土體失水不均勻沉陷、地面沉降較大而開裂破壞。

6 結(jié)論

（1）對處于軟弱地層中的淺埋暗挖大跨扁平連拱隧道結(jié)構(gòu)，通過地層注漿、超前管棚等地層加固措施，采用雙側(cè)壁+中導(dǎo)坑十步微臺階法施工技術(shù)可行，安全可靠。

（2）對于大跨扁平連拱隧道，施工工序轉(zhuǎn)換頻繁，各工序需緊跟銜接。尤其應(yīng)注意長管棚施工精度控制、臺階開挖支護控制、鋼架接頭連接、鋼架拱腳處理、臨時支撐拆除、初期支護及二次襯砌背后注漿等關(guān)鍵技術(shù)。

（3）對于淺埋軟弱地層大跨度隧道，采用多導(dǎo)坑施工時，每個導(dǎo)坑開挖寬度宜控制在5～6?m，上導(dǎo)坑開挖高度宜控制在3～4?m，有利于隧道開挖和鋼架架設(shè)等施工操作、工序轉(zhuǎn)換、沉降及變形控制、施工組織及安全保障等，能更好確保施工安全和施工工期。