崔廣振

中鐵十八局集團第三工程有限公司 河北 涿州 072750

淺埋暗挖隧道施工中，除去地層本身的物理力學(xué)性質(zhì)，隧道到地表距離H、隧道與既有建筑物夾角θ等因素是引起既有建（構(gòu)）筑物和地層變形的重要影響因素[1]。淺埋暗挖施工前，有效的地層加固和隔離措施是保證施工安全和既有建（構(gòu)）筑物穩(wěn)定的必要措施。超前帷幕注漿、大管棚雙重預(yù)加固、超前小導(dǎo)管等預(yù)加固措施有利于開挖變形的控制[2]。同時，淺埋暗挖施工時，單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、三臺階加臨時仰拱法、上下臺階加臨時仰拱法、上下臺階留核心土法等的比選十分重要[3]。施工中，需以控制地層變形為核心，選擇適宜的掘進參數(shù)，并配合隧道初支背后回填注漿、建筑物變形補償注漿、隧道堵水注漿等控制地層變形的措施[4]。

大斷面淺埋隧道下穿高速公路路基時，需嚴格控制隧道開挖導(dǎo)致的既有路基變形[5]。本文結(jié)合依托工程的地層特征，詳細分析了雙側(cè)壁導(dǎo)坑法在大斷面淺埋隧道下穿既有高速公路路基中的施工應(yīng)用，可為類似工程提供參考。

1 工程背景

1.1 項目概況

長春地鐵1號線出入段線暗挖區(qū)間下穿繞城高速公路，出入段線隧道結(jié)構(gòu)頂距離高速路面最近處僅4.3 m，暗挖區(qū)間與公路夾角約為100°，繞城高速公路路面寬約24 m，中央分隔帶寬約1.9 m，兩側(cè)邊坡長約11 m。區(qū)間隧道為橢圓形，高9.36 m，寬12.2 m。暗挖區(qū)間采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，襯砌形式是復(fù)合式襯砌，采用φ400 mm管棚和DN32小導(dǎo)管注漿進行超前加固，初期支護的形式是C20網(wǎng)噴混凝土和格柵鋼架，二次襯砌采用C40模筑鋼筋混凝土。暗挖區(qū)間與高速公路平面位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 繞城高速公路與出入段線隧道平面位置關(guān)系

1.2 工程地質(zhì)

場區(qū)地層由第四系全新統(tǒng)人工填土層、第四系中更新統(tǒng)沖洪積黏性土和砂土、白堊紀(jì)泥巖組成，其地層物理力學(xué)參數(shù)如表1所示。

表1 出入段線隧道地層物理力學(xué)參數(shù)

1.3 工程重難點

結(jié)合本項目的特點發(fā)現(xiàn)：出入段線隧道埋深淺，隧道頂部覆土僅4.3 m，雙線隧道斷面跨度大，施工中容易造成頂部坍塌等施工風(fēng)險。軌道交通隧道施工下穿正常運營的繞城高速公路路基，由于高速公路運行車速快，故對隧道施工引起的沉降控制要求高。隧道采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，工序煩雜，工藝要求高，且存在群洞效應(yīng)。施工時需做好地面及洞內(nèi)地層和結(jié)構(gòu)變形的監(jiān)測工作，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，實時調(diào)整優(yōu)化支護和開挖參數(shù)。

2 大斷面淺埋暗挖隧道下穿高速公路施工技術(shù)

2.1 超前大管棚及其加強措施

出入段線隧道下穿繞城高速公路前，先進行超前大管棚施工，管棚采用φ400 mm鋼管，間距500 mm。其形成的管幕對暗挖區(qū)間下穿繞城高速公路段土體進行加固處理，管幕布置在拱部150°范圍內(nèi)，鋼管長100 m，如圖2所示。

圖2 隧道鋼管幕與初支結(jié)構(gòu)示意

管內(nèi)注漿采用M25水泥砂漿，當(dāng)出漿口流出漿液后，關(guān)上閥門加壓至0.8 MPa。靜待漿液固結(jié)，然后進行二次注漿，即將一端鋼管端頭部位割開，使管內(nèi)水流出，自行流出不便時采用抽出的方式。然后進行填充注漿，可加入適量的膨脹劑，注意對注漿效果的檢驗。檢驗時推薦采用割開管頭部位的方式進行。

2.2 雙排導(dǎo)管注漿加固

管棚采用φ400 mm的熱軋鋼管，壁厚10 mm，環(huán)向間距500 mm，鋼管內(nèi)灌注水泥砂漿，管棚間采用雙排小導(dǎo)管進行注漿，每榀格柵打設(shè)1排，導(dǎo)管選用DN32水煤氣管，壁厚3.25 mm，第1排長度2.5 m，角度向上10°～15°，第2排長度3.0 m，角度向上30°～45°。注漿漿液采用水泥漿＋水玻璃雙液漿，漿液配比1∶1，水泥漿配合比為1∶0.5，水玻璃稀釋至25～35°Bé。

2.3 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖支護

為解決淺埋、偏壓隧道開挖的安全性問題，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法將大斷面分割為多個小洞室，與其他施工方法相比，該法減小了每次開挖后土體的臨空面，導(dǎo)洞單獨成環(huán)，控制各個局部封閉成環(huán)時間，控制早期沉降，使每道工序受力體系完整，最終達到結(jié)構(gòu)受力均勻、變形小的效果。

2.4 施工工序

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的具體步驟是：在斷面施做拱部超前小導(dǎo)管注漿→施做上導(dǎo)坑超前小導(dǎo)管注漿→按順序開挖1、2號洞室，同時完成初支，鎖腳錨桿，其中的縱向開挖步距不小于15 m→采用臺階法開挖5號洞室→開挖6號洞室，施做初期支護→分段割除下部部分臨時中隔壁→每榀進行換撐找平，施作防水層，最后施作A部底板以及部分邊墻二襯，將臨時中隔壁回撐至結(jié)構(gòu)底板→施作B部邊墻二次襯砌→架設(shè)臨時支撐，分段破除中部臨時中隔壁，施作C部二次襯砌。

2.5 施工要點總結(jié)

對進洞第1榀格柵和豎井井壁初支的連接質(zhì)量進行嚴格管控，關(guān)注豎井的加強格柵和隧道的第1榀格柵形成的受力體系。每個導(dǎo)洞掌子面預(yù)留核心土，消除掌子面的應(yīng)力松弛現(xiàn)象。采用人工輔以小型工具開挖，循環(huán)進尺0.5 m，每個導(dǎo)洞間均錯開一定的安全步距，上下導(dǎo)洞開挖步距不宜小于15 m，左右導(dǎo)洞步距不宜小于30 m。在整洞貫通、初期支護封閉成環(huán)后，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)拆除臨時支撐，盡快施作二次襯砌。工序轉(zhuǎn)換階段是最危險的時間段，增大初期支護的強度是確保施工安全的關(guān)鍵。

2.6 地層變形控制措施

1）掌子面注漿加固。為確保掌子面開挖時的穩(wěn)定，開挖前，在掌子面拱部打設(shè)超前小導(dǎo)管。注漿管采用DN32水煤氣管，壁厚3.25 mm，長2.0 m，間距400 mm，梅花形布設(shè)，注漿漿液選用水泥漿。

2）鎖腳錨管加固。導(dǎo)洞施工時，在每榀格柵的節(jié)點處打設(shè)2根注漿錨管。錨管選用DN32水煤氣管，壁厚3.25 mm，長3.0 m，外插角向下40°～45°，注漿漿液選用水泥漿。

3）背后回填注漿。初期支護時，拱頂及側(cè)壁預(yù)埋DN32水煤氣管，壁厚3.25 mm，長1.0 m，環(huán)向間距3.0 m，縱向間距3.0 m，呈梅花形布設(shè)，必要時間距加密。初期支護閉合成環(huán)一定長度后，即對初支背后進行回填注漿，注漿漿液選用水泥漿。

4）換撐加密。工序轉(zhuǎn)換階段是沉降最明顯且風(fēng)險最大的階段，雙側(cè)壁導(dǎo)坑在施作仰拱襯砌時，換撐的頻率需加密，層間的空隙用砂漿填充密實。

3 洞內(nèi)及既有高速公路變形監(jiān)測方案

3.1 洞內(nèi)監(jiān)測

收斂點布設(shè)：每導(dǎo)洞設(shè)置區(qū)間水平收斂點1排，每隔5 m布設(shè)1個監(jiān)測斷面，剖面布置如圖3所示。在測點埋設(shè)完成后對初始數(shù)據(jù)進行監(jiān)測驗收，每條測線重復(fù)測量3次取平均值作為初始值。

圖3 斷面監(jiān)控量測示意

3.2 高速路面監(jiān)測

高速路地表沉降監(jiān)測采用水準(zhǔn)儀配鋼尺測量和全站儀配棱鏡測量。一般監(jiān)測頻率為1次/d，當(dāng)沉降速率過大時，加強監(jiān)測，并根據(jù)實際變形情況及時調(diào)整施工方案。

繞城高速路北側(cè)監(jiān)測點為φ22 mm螺紋鋼，長2 m，埋深1.9 m，外露0.1 m，共計7根。利用天寶DINI03電子水準(zhǔn)儀進行測量。

繞城高速路綠化帶及南側(cè)監(jiān)測點為監(jiān)測棱鏡，用直流沖擊鉆在路緣石上打設(shè)深0.05 m孔，放入膨脹螺栓固定好監(jiān)測棱鏡，共13個監(jiān)測棱鏡。

監(jiān)測的數(shù)據(jù)及時進行分析處理和信息反饋，確保環(huán)城高速公路的穩(wěn)定和安全。若發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，立即復(fù)測核實，明確無誤后及時報送監(jiān)理、第三方監(jiān)測及建設(shè)單位，發(fā)出警戒報告，分析原因，并立即采取相應(yīng)措施。繞城高速的路面累計沉降如圖4所示。

圖4 繞城高速路面累計沉降曲線

通過沉降曲線可以發(fā)現(xiàn)，隧道開挖引起掘進方向近側(cè)高速公路路面沉降最大（監(jiān)測斷面2），其最大沉降值為37 mm。隨著隧道開挖，大斷面暗挖隧道引起了高速公路路面的局部隆起現(xiàn)象，在監(jiān)測斷面3，其隆起的最大值為1.2 mm。在監(jiān)測斷面4，最大累計隆起值達到了7 mm。

4 結(jié)語

淺埋暗挖法越來越成熟。長春地鐵1號線出入段線暗挖區(qū)間下穿繞城高速，隧道跨度大、埋深淺，施工難度大，地層變形控制要求高。本文重點分析總結(jié)了地層變形控制措施，并介紹了開挖引起地層變形的實時監(jiān)測方案。通過沉降曲線可以發(fā)現(xiàn)，隧道開挖引起掘進方向近側(cè)高速公路路面沉降最大（監(jiān)測斷面2），其最大沉降值為37 mm。隨著隧道開挖，大斷面暗挖隧道引起了高速公路路面的局部隆起現(xiàn)象，最大累計隆起值達到了7 mm。