【摘 要】本文針對在花崗巖殘積土層及雜填土層中進(jìn)行淺埋暗挖施工容易出現(xiàn)的土體軟化崩解、坑壁坍塌等問題，介紹了某地鐵站附屬風(fēng)亭淺埋暗挖隧道施工方法，以供參考。

【關(guān)鍵詞】淺埋暗挖；花崗巖殘積土；動荷載

0 前言

花崗巖殘積土及雜填土均為特殊土，土層的結(jié)構(gòu)性較強(qiáng)，在外部條件發(fā)生變化時，土的結(jié)構(gòu)性很容易被破壞，土體容易喪失穩(wěn)定性。在該類土層中進(jìn)行淺埋暗挖施工，存在較大的不確定因素，容易出現(xiàn)的土體軟化崩解、坑壁坍塌等問題，甚至可能導(dǎo)致施工無法繼續(xù)進(jìn)行，一旦出現(xiàn)問題，后果十分嚴(yán)重。本項目是針對復(fù)雜工況條件下、特殊土層中進(jìn)行的淺埋暗挖施工工藝進(jìn)行的研究，其復(fù)雜程度、工況特點、所處土層條件等幾個方面在國內(nèi)均較罕見。

1 工程概況

廣州市地鐵三號線北延段南方醫(yī)院站北端風(fēng)亭，由于征地拆遷困難，明挖施工改為暗挖施工，隧道平面布置，包括2個明挖風(fēng)亭和7條暗挖通道，暗挖通道寬度3.5m～6m，高度4.55m～5.98m，覆土厚度約3m。風(fēng)道上方局部有公交車輛通行，下方為已完成的盾構(gòu)隧道，有施工車輛通行。工程區(qū)域內(nèi)地下管線縱橫交錯，種類繁多。

2 地質(zhì)條件

本場地上覆第四系土層自上而下有：人工填土層<1>、沖積—洪積粉細(xì)砂層<3-1>、沖積—洪積中粗砂層<3-2>、粉質(zhì)粘土層<4-1>、河湖相淤泥質(zhì)土層<4-2>、可塑狀花崗巖殘積土層<5H-1>、硬塑或堅硬壯花崗巖殘積土<5H-2>、全風(fēng)化花崗巖<6H>、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖<7H>、中風(fēng)化花崗巖<8H>、微風(fēng)化花崗巖<9H>。

其中暗挖涉及到的土層主要為人工填土層和花崗巖殘積土層。

3 項目特點

本暗挖工程7條暗挖通道呈縱橫向平行或垂直布置，暗挖通道覆土厚度小、上覆土層中管線多，上方道路有車輛通行、隧道下方為已完成的盾構(gòu)隧道，且所處土層為人工填土層和花崗巖殘積土層，使本工程施工難度相對較大。主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）本工程所處土層上部為填土層，下部為花崗巖殘積土層，花崗巖殘積土層具有遇空氣崩解、遇水軟化的特點，地質(zhì)條件差，土的強(qiáng)度低，孔隙比大，壓縮性大，土體自穩(wěn)能力差。

（2）各暗挖通道緊密相鄰，施工中各通道會相互影響。

（3）暗挖通道覆土厚度較小，約為3m。淺埋暗挖通道上方局部有車輛通行，暗挖施工風(fēng)險比較大。

（4）車站主體結(jié)構(gòu)已完成、下方盾構(gòu)隧道施工已完成，對已完成部分的成品半成品保護(hù)難度較大。

（5）風(fēng)道上覆土層中管線較多，包括軍用光纜、民用通信、高壓電纜、煤氣、雨水、污水等多種管線，結(jié)構(gòu)型式有銅電纜、光纖、鋼管、砼管、鑄鐵管，可分為有內(nèi)壓力管線和無內(nèi)壓力管線兩種，埋深在0.5～2.90，管線保護(hù)困難。

（6）西側(cè)建筑物較多，主要為低層建筑，淺基礎(chǔ)，建筑物對沉降比較敏感。

4 主要技術(shù)處理措施

（1）地面加固處理：針對花崗巖的特殊土性特點，在進(jìn)行淺埋暗挖施工前，在地面采用旋噴樁加固的方法對暗挖范圍內(nèi)的土體及上覆土層進(jìn)行了全面預(yù)處理，改善特殊土土性。

（2）洞內(nèi)全斷面WSS注漿：花崗巖殘積土層屬于特殊土，從顆粒組成上看細(xì)顆粒和粗顆粒各占50%左右，中間顆粒較少，粘性較差，具有遇空氣崩解、遇水軟化的特點，土體受擾動后，臨空面難以長時間自穩(wěn)，采用暗挖法施工，具有較大的風(fēng)險，采用WSS注漿工藝對土體進(jìn)行加固。

（3）優(yōu)化施工工序：針對的工程為7條暗挖通道呈縱橫向交錯分布，其中三條沿車站縱向呈三聯(lián)拱狀布置，另有三條暗挖通道分別在中部和端部與三條縱向暗挖通道在不同位置連接，布置形態(tài)復(fù)雜，接口部位復(fù)雜，暗挖通道施工時，相互影響大，暗挖通道受到相鄰?fù)ǖ朗┕さ挠绊懀瑧?yīng)力場隨施工進(jìn)度的變化出現(xiàn)多次變化，應(yīng)力狀態(tài)復(fù)雜。施工順序上，先施工三聯(lián)拱的中間通道，待中間通道二襯施工完成后，再組織兩邊通道的施工，待兩側(cè)通道二襯完成后，再組織與其垂直相接的通道的施工。上述方法簡化了暗挖通道在施工過程中的應(yīng)力多次重分布的狀態(tài)，確保了暗挖通道施工的安全。

（4）地面保護(hù)措施：在車輛長期反復(fù)動荷載作用的情況下，淺埋暗挖通道超前支護(hù)采用了超前鋼花管及超前小導(dǎo)管相結(jié)合的形式，同時在地面上鋪設(shè)20mm厚的鋼板，使荷載能夠分散到更大的面積上，有效減小單位面積上的荷載。

5 工藝流程

施工方法上根據(jù)各暗挖通道的斷面情況及其他各方面情況，各暗挖通道均采用臺階法開挖施工。

6 施工關(guān)鍵技術(shù)

（1）地面保護(hù)施工

暗挖通道上部的臨時交通疏解道路，道路走向同暗挖通道走向，為了使車輛荷載更大的面積上，在路面上鋪設(shè)鋪設(shè)20mm厚鋼板，鋼板的規(guī)格為6000mm×2000mm，暗挖通道開挖面斷面寬度為5000mm，開挖進(jìn)尺為500mm，結(jié)合以上特點，為了使鋼板更好的發(fā)揮作用，鋼板的長邊沿道路走向布置。同時在鋼板與路面間鋪設(shè)一層50mm至100mm的石粉找平、緩沖層，以減小行車震動和噪音污染，并在鋼板上設(shè)置防滑條，兩側(cè)一定距離設(shè)置減速帶。

（2）管線保護(hù)施工

風(fēng)道上覆土層中管線較多，包括軍用光纜、民用通信、高壓電纜、煤氣、雨水、污水等多種管線，結(jié)構(gòu)型式有銅電纜、光纖、鋼管、砼管、鑄鐵管，可分為有內(nèi)壓力管線和無內(nèi)壓力管線兩種，埋深在0.5～2.90，管線保護(hù)困難。

①對暗挖范圍內(nèi)上覆土層中的高壓電纜采用鋼套管保護(hù)。

②對上覆土層中的供水管線、軍用管線、電信管線等管線采用綜合管溝保護(hù)的方法進(jìn)行保護(hù)，將上述無法遷出暗挖范圍的管線采用原位遷移保護(hù)的方法進(jìn)行處理。

③對上覆土層中無法遷走的排污排水管線采用內(nèi)置鋼套管的形式進(jìn)行保護(hù)，讓污水從鋼管內(nèi)排走，避免發(fā)生滲漏，影響暗挖施工安全。

④對上覆土層附近的煤氣管線采用設(shè)置隔漿降壓槽的方式進(jìn)行保護(hù)。

（3）土體加固施工

本工程土體加固采用旋噴樁加固與WSS工法注漿加固并舉的方法，WSS工法注漿由于是他人保密技術(shù)，其原理和工藝參數(shù)不做詳述。

①鑒于暗挖通道所處土層的特殊土性，WSS工法注漿要求全斷面進(jìn)行，并達(dá)到四周外擴(kuò)2m的要求，注漿后土性得到明顯的改善，掌子面在開挖階段能夠保持穩(wěn)定，通道圍巖能夠保持較好的穩(wěn)定性，花崗巖殘積土的土性得到明顯的改善，能夠在一定時間內(nèi)保持穩(wěn)定。

②注漿完成后，必須進(jìn)行質(zhì)量檢查，質(zhì)量檢查符合要求后，方能進(jìn)行下一步開挖。檢查方法為打設(shè)超前探孔，具體布置情況是沿拱頂及邊墻每隔1m打設(shè)一個超前探孔，根據(jù)探孔反映的地下水情況，無水說明質(zhì)量符合要求，對有水滲出的探孔周邊每隔50cm再打設(shè)一個探孔，探明薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

③開挖時土體中有明顯的漿脈分布，土體被明顯壓實，土體較干燥，掌子面基本無水滲出，具有較好的自穩(wěn)能力。

④暗挖通道開挖前，在具備條件的部位必須采用雙管咬合旋噴樁對整個暗挖范圍內(nèi)的土體（含上覆土層）進(jìn)行全斷面處理，確保土性得到明顯的改善，本項目采用Φ600@450雙管旋噴樁進(jìn)行土體全斷面加固。

（4）小導(dǎo)管及鋼花管施工

在交通道路下方，采用小導(dǎo)管與鋼花管結(jié)合的超前支護(hù)形式，鋼花管起到管棚的作用，其規(guī)格的選用根據(jù)通道上方荷載情況、通道施工的空間條件進(jìn)行選用；交通道路以外的部分采用小導(dǎo)管作為超前支護(hù)形式。

①鋼花管按照普通管棚的施工工藝進(jìn)行，在施工時需要根據(jù)暗挖通道的長度及工藝性能合理設(shè)置外插角，并留置作業(yè)面。

②花崗巖殘積土中淺埋暗挖施工時小導(dǎo)管設(shè)計必須遵循密布管的原則，從縱向上來說，每米一個循環(huán)，即每進(jìn)尺一米施工一環(huán)小導(dǎo)管，在開挖時確保小導(dǎo)管后端與初支鋼格柵相連，噴射在混凝土中，前端亦有一定的長度埋置于土中，保證小導(dǎo)管在縱向上具有足夠的搭接長度。在環(huán)向上每隔0.3m設(shè)置一根小導(dǎo)管，并進(jìn)行小導(dǎo)管注漿，使拱部形成一個加筋漿體結(jié)構(gòu)，一定程度上起到棚架支撐作用。

（5）通道暗挖施工

①通道暗挖施工遵循短開挖的原則，針對花崗巖殘積土的特殊土性，并結(jié)合淺埋的工藝特點，本工程單次開挖進(jìn)尺為0.5m。

②開挖除采取超前支護(hù)和地層加固措施外，還應(yīng)特別注意預(yù)加固、開挖和支護(hù)等作業(yè)工序的緊密銜接，即做好“管超前、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉”。

③根據(jù)斷面尺寸情況及土層特性，本項目開挖采用臺階法，臺階為超短臺階，上下作業(yè)面間距為不小于2m。

④各部土方開挖均應(yīng)保持一定的坡度，掌子面坡率不應(yīng)大于1∶0.75。

⑤開挖過程中必須加強(qiáng)監(jiān)控量測，當(dāng)發(fā)現(xiàn)拱頂、拱腳和邊墻位移速率值超過設(shè)計允許值或出現(xiàn)突變時，應(yīng)及時施工臨時支撐或仰拱，形成封閉環(huán)，控制位移和變形。

⑥作好開挖的施工記錄和地質(zhì)斷面描述，加強(qiáng)對洞內(nèi)外的觀察。

（6）回填注漿

暗挖通道的回填注漿具有堵水、加固結(jié)構(gòu)、改善結(jié)構(gòu)受力條件和控制地層沉降等多重作用。根據(jù)回填作用部位和目的不同，回填注漿又分為初期支護(hù)回填注漿和二次襯砌背后回填注漿，由于注漿工藝、注漿機(jī)具和注漿目的等內(nèi)容都較為一致，因此對回填注漿技術(shù)統(tǒng)一敘述如下。

①回填注漿孔的布置

a、注漿孔布置于拱部，初期支護(hù)背后注漿孔每個斷面3根，縱向間距2m；二次襯砌背后注漿孔一般設(shè)在拱頂，縱距3～5m，布孔以避開環(huán)向施工縫為宜。

b、注漿管采用φ42普通焊接鋼管或其他鋼管，管長約為0.8m，均采用預(yù)埋方式布管。

②注漿漿液選擇及配制

拱部二次襯砌背后回填漿液采用耐久性好、強(qiáng)度高的MC超細(xì)水泥漿液。初期支護(hù)的背后注漿采用水泥漿液。水泥漿濃度為1.25∶1～1.5∶1。

③注漿壓力

回填注漿壓力不宜過高，只要能克服管道阻力和二襯與初期支護(hù)之間空隙阻力即可，壓力過高易引起初期支護(hù)或二次襯砌變形。采用注漿泵注漿時，緊接在拱頂注漿處的壓力宜控制在0.3～0.4Mpa，不得超過0.5Mpa。

④注漿施工

注漿應(yīng)由低處向高處，由無水處向有水處依次壓注，以利充填密實，避免漿液被水稀釋離析。注漿時，必須嚴(yán)格控制注漿壓力，以防大量跑漿和使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫。

7 結(jié)論

針對在花崗巖殘積土特殊土層中進(jìn)行淺埋暗挖施工存在的技術(shù)難題，通過采取地面加固與洞內(nèi)加固相結(jié)合的方法，優(yōu)化隧道施工工序，保證了暗挖施工的順利進(jìn)行，達(dá)到了管線保護(hù)及道路通行的目的，確保了地鐵的按期開通。

參考文獻(xiàn)

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[3]夏明耀曾進(jìn)倫《地下工程設(shè)計施工手冊》，中國建筑工業(yè)出版社，1999