趙志有王 艷 曹文文

黏質(zhì)粉土地層中超淺埋暗挖地鐵出入口地道施工技術

趙志有1王 艷2曹文文1

（1.河南交通規(guī)劃設計研究院股份有限公司，450052，鄭州；2.鄭州大學土木工程學院，450001，鄭州∥第一作者，高級工程師）

以鄭州市某地鐵車站出入口地道施工為實例，對黏質(zhì)粉土地層中超淺埋暗挖地道采用交叉中隔墻法（簡稱CRD法）的施工過程進行了介紹，針對施工誤差導致管棚下沉而部分失效的問題，提出了采用雙排注漿小導管超前支護方案代替原設計的管棚加小導管的方法，并將開挖施工方案由單向開挖調(diào)整為從兩側(cè)向中間雙向開挖。施工方案變更后，經(jīng)過嚴密的施工監(jiān)測和過程控制，地道最終順利安全貫通，典型點位的沉降參數(shù)均滿足規(guī)范要求，證明了該設計變更后超前支護方案的合理性與可行性。

地鐵隧道；超淺埋暗挖法；交叉中隔墻法；超前支護技術

淺埋暗挖法作為地下工程的主要施工方法之一［1］，特別適用于各種軟弱地層的地下工程施工［2］；而交叉中隔墻法（簡稱CRD法）作為淺埋暗挖法的主要施工工法，在控制地層沉降效果方面表現(xiàn)優(yōu)良［3］，近年來在地鐵淺埋隧道施工中得到廣泛應用。但是CRD法也有著工藝復雜、作業(yè)條件差、進度慢的不足，而超前支護技術是克服這些不足的最為有效的輔助施工措施［4-7］。施工單位本應嚴格按照設計開展施工，但因施工人員技術水平、施工設備、地質(zhì)條件等因素而導致施工過程管棚發(fā)生偏斜甚至部分失效等情況偶有發(fā)生，這就不得不在施工中變更原超前支護方案。在施工過程中究竟如何對超前支護方案進行變更在過去的研究中較少涉及。本文以鄭州市某地鐵車站出入口地道施工實際為例，提出了用雙排注漿小導管代替原設計的管棚加小導管的超前支護方案，相應將施工工藝由單向開挖調(diào)整為從兩側(cè)向中間開挖，并通過嚴密的施工過程監(jiān)測和控制證明變更超前支護方案的合理性和可行性，可為今后類似工程問題提供借鑒和參考。

1 工程概況

鄭州市某地鐵車站2號出入口，下穿42 m寬城市主干道，設計埋深為3.0~3.5 m。出入口地道標準斷面尺寸為8.1 m×6.5 m，長度為70.55 m。由計算可知，覆跨比為0.37~0.43，均小于0.6，為超淺埋暗挖地道，地道橫斷面如圖1所示。設計超前支護方案為Φ108 mm管棚+Φ42 mm單層注漿小導管，初期支護為150 mm×150 mm A8鋼筋網(wǎng)片1層 ＋縱向間距為0.5 m的I22b型鋼架＋B22縱向連接鋼筋＋150 mm×150 mm A8鋼筋網(wǎng)片1層+300 mm厚噴C25早強混凝土。二次襯砌為C35模筑鋼筋混凝土，防水等級為P8。

該地鐵站出入口暗挖地道穿越的主要地層及相應特征如表1所示。地下水位埋深36.80～39.60 m，歷史最高地下水位埋深30.80 m（標高92.30 m），抗浮設防水位34.80 m，場地地下水距基底24.082 m，地下水對基坑無影響，不需進行排水。

圖1 某地鐵站2號出入口暗挖地道標準橫斷面圖

表1 地道穿越土層及主要特征表

2 地道超前支護方案及施工工藝流程

原設計超前支護方案如圖2所示。管棚安設前先施作管棚導向墻，然后開始管棚施工，管棚鋼管為熱軋無縫鋼管及鋼花管，外徑108 mm、壁厚6 mm，每節(jié)長4~6 m，兩端均預加工成外扣絲，以便連接接頭鋼管。管棚環(huán)向間距40 cm，外插角0.5°。注漿材料選用水泥漿或水泥+水玻璃雙液漿。管棚施工工藝流程如圖3所示。

圖2 設計超前支護方案示意圖

圖3 管棚施工工藝流程圖

管棚施作完成后拆除導向墻，安設小導管。小導管采用直徑42 mm熱軋無縫鋼花管（壁厚3 mm），長度為3.0 m，注漿管一端做成尖形，另一端焊上鐵箍；在距離鐵箍0.6 m處開始鉆孔，泄?jié){孔孔距為沿管壁間隔200 mm，呈梅花型布設，孔徑6~8 mm。制作成型的小導管如圖4所示。小導管環(huán)向間距為30 cm，縱向相鄰兩排的水平投影搭接長度160 cm，滿足設計不小于140 cm的要求，外插角為10°～15°。小導管施工工藝流程如圖5所示。小導管注漿的主要技術要求有：漿液采用水泥+水玻璃漿液；水泥選用普通硅酸鹽水泥，水灰比（質(zhì)量比）為0.8∶1~1.5∶1，水泥漿水玻璃比（體積比）為1∶0.4~1∶0.8；注漿壓力為0.5~1.0 MPa，可根據(jù)現(xiàn)場試驗及施工實際情況微調(diào)注漿參數(shù)，但需嚴格控制注漿壓力。

圖4 制作成型的小導管

圖5 小導管施工工藝流程圖

小導管注漿強度達到設計要求后，開始按照CRD工法進行暗挖斷面開挖施工。每開挖完成1榀（0.5 m）后及時按照設計要求完成初級支護，開挖3榀之后安設第2排超前小導管并注漿，依次循環(huán)施工。

3 地道CRD法施工中出現(xiàn)的問題及解決方案

3.1 開挖流程

如圖6所示，管棚和超前小導管加固地層后，開挖左上部導洞，采用人工環(huán)形切槽預留核心土方法開挖，循環(huán)進尺0.5 m，開挖后及時施做初期支護及臨時支護，采用鎖腳錨管加固墻腳。在左上部導洞開挖進深達到3 m后，對左下部導洞及部位Ⅰ預留的核心土一起開挖，循環(huán)進尺0.3 m，采用人工或風鎬開挖，開挖后及時施做初期支護及臨時支護，必要時采用鎖腳錨管加固墻腳。右上部導洞與左下部導洞開挖相錯5～7 m，右下部導洞與右上部導洞開挖相錯3~5 m，開挖后及時施做初期支護及臨時支護，采用鎖腳錨管加固墻腳。

圖6 開挖步驟示意圖

3.2 開挖過程中出現(xiàn)的問題

在地道左上導洞開挖進深達到10 m左右時發(fā)現(xiàn)，原設計外插角為0.5°的管棚鋼管因為施工誤差導致管棚向下傾斜，先后有5根管棚鋼管下沉后浸入隧道初期支護結(jié)構?，F(xiàn)場需要對侵入初期支護結(jié)構的管棚進行割除，才可以進行后續(xù)的支護和開挖。部分管棚被切割后，已不能保證對圍巖提供足夠的加固支撐作用。而根據(jù)文獻［8］的研究，淺埋暗挖法施工的地下工程安全事故的首要隱患就是塌方，此時掌子面塌方的風險非常高，地道上部覆土層只有3.0~3.5 m，且上面道路交通量極大，一旦塌方后果不堪設想。因此，立即暫停施工并對掌子面進行了封閉，同時對掌子面上面道路進行臨時交通管制，控制車流量并嚴禁重載車輛通行。

結(jié)合文獻［9-10］中關于長管棚在工程應用中易出現(xiàn)的問題與對策研究，對現(xiàn)有管棚下沉的原因分析后，提出了最終超前支護變更方案為：將超前支護方案由Φ108 mm管棚+Φ42 mm單層注漿小導管變更為雙排小導管，導管規(guī)格依然選用壁厚3 mm、Φ42 mm的熱軋無縫鋼管，導管長3 m；外插角一排為 10°~15°、另一排為 40°~45°，小導管縱向間距1.5 m、環(huán)向間距15 cm，雙排小導管縱向分布如圖7所示。同時對開挖施工流程進行調(diào)整，由從南到北單向開挖調(diào)整為從南、北兩個方向向中間開挖。按照調(diào)整后的超前支護方案施工，最終該地道順利貫通。

圖7 雙排小導管支護示意圖

4 施工監(jiān)測方案及監(jiān)測結(jié)果

4.1 監(jiān)測項目及監(jiān)測方法

根據(jù)設計要求，并結(jié)合本工程施工實際，確定了本出入口淺埋暗挖地道的監(jiān)測項目和監(jiān)測方法，具體內(nèi)容如表2所示。

4.2 測點布置

測點的布設以有利觀測、能準確真實地反映現(xiàn)場實際情況為原則。地表沉降觀測點布置如圖8所示，縱向間距5～10 m。拱頂下沉、洞內(nèi)水平收斂觀測點布置如圖9所示，其縱向間距為5 m。圖8和圖9中，DB表示地表沉降觀測點，GDC表示拱頂沉降觀測點，ab、cd表示洞內(nèi)收斂觀測點。

4.3 監(jiān)測精度

沉降觀測的精度采用二等水準測量精度，前后視距差≤0.3 mm；累計視距差≤1.5 mm。變形測量精度采用二等變形標準，變形點的高程中誤差為+0.5 mm。相鄰變形點高差中誤差為+0.3 mm，變形點的點位中誤差為+3.0 mm。

表2 監(jiān)測項目及監(jiān)測方法一覽表

圖8 地表沉降觀測點布置圖

4.4 監(jiān)測結(jié)果

將監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總整理后，典型點位的最大沉降速率、平均沉降速率、最大沉降量見表3所示。

由表3可知，地表最大沉降速率為2.07 mm/d，小于監(jiān)測報警值5 mm/d的控制標準；拱頂沉降最大速率為0.9 mm/d，小于監(jiān)測報警值5 mm/d的控制標準；收斂位移最大速率為1.29 mm/d，小于監(jiān)測報警值3 mm/d的控制標準。地表沉降平均速率最大值為0.51 mm/d，拱頂沉降平均速率最大值為0.18 mm/d，收斂位移平均速率最大值為0.15 mm/d，均小于監(jiān)測報警值2 mm/d的控制標準。地表沉降最大值17.99 mm，設計控制標準為30 mm；拱頂沉降最大值為7.18 mm，監(jiān)測報警值為30 mm；收斂位移最大值為6.72 mm，監(jiān)測報警值為20 mm，監(jiān)測預警值為報警值的70%。由此可見，地道施工過程各項監(jiān)測指標均在預警值控制范圍內(nèi)，采用雙排小導管代替管棚加單排小導管的超前支護方案在本項目中的應用是合理、可行的，并且能夠保證施工過程安全。因此，在超淺埋暗挖地鐵出入口地道施工中，當管棚長度受空間限制不能設置一定長度時，可采用雙排注漿小導管法的超前支護方案來保證支護部位結(jié)構的安全穩(wěn)定。

圖9 拱頂下沉及水平收斂觀測點布置示意圖

表3 典型點位監(jiān)測數(shù)據(jù)一覽表

5 結(jié)論

（1）對于超淺埋暗挖地道，采用雙排注漿小導管替代管棚加單排注漿小導管的超前支護方案在黏質(zhì)粉土地層條件下是可行的。

（2）對于長度大于40 m的淺埋暗挖地道，管棚施工難度很大，很難保證管棚定位的準確性，采用從地道兩端向中間開挖的工藝進行施工，可以更好地保證管棚定位準確。采用從地道兩側(cè)洞口向中間開挖的挖土工藝流程，既有利于加快施工進度，又可以有效減少地表沉降。

（3）對于超淺埋暗挖地道施工，一定要通過各項管理制度和措施，將參建各方的風險控制意識保持在較高水平，形成定期、聯(lián)動的溝通機制。在本工程施工中當發(fā)現(xiàn)管棚施工出現(xiàn)誤差后，立即把此超淺埋暗挖地道定為整個項目的最大風險源，在后續(xù)施工中設計、勘察、監(jiān)測、施工、監(jiān)理、風控單位每天一次碰頭會，及時對施工中出現(xiàn)的問題進行分析解決，盡可能杜絕事故隱患的再次發(fā)生。

（4）在超淺埋暗挖地鐵出入口地道施工中，當管棚長度受空間限制不能設置應有長度時，可采用雙排注漿小導管法的超前支護方案來保證支護部位結(jié)構的安全性。

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Metro Entrance Tunnel Construction with Supper Shallow-buried Excavation in Clayey Silt Layer

ZHAO Zhiyou，WANG Yan，CAO Wenwen

Based on a practical tunnel construction of metro station entrance in Zhengzhou City，the CRD technology is briefly introduced which is used in the construction of supper shallow-buried excavation metro tunnel in the clayey silt layer.According to the problem of partial failures caused by pipe shed subside，a new advanced supporting plan is proposed，which uses double grouting small pipes to replace the original design of pipe shed plus small pipes，and adjusts accordingly the working process from unidirectional excavation to side excavation towards the middle.After the change of construction plan with strict inspection and process control，the tunnel is completed smoothly and safely in the end.The settlement parameters at typical spots have met the requirements of the metro code，that proves the rationality and feasibility of the advanced supporting plan after the design change.

metro tunnel；supper shallow-buried excavation；CRD（crossdiaphragm)method；advancedsupportingtechnology

U231.3

10.16037/j.1007-869x.2017.11.018

First-author′s address Henan Provincial Communications Planning and Design Institute Co.，Ltd.，450052，Zhengzhou，China

2017-03-28）