朱輝 ZHU Hui

（中國水利水電第八工程局有限公司，長沙 430100）

0 引言

農科院農大站4 號出入口位于主干道交叉口附近，交通繁忙，為了減少施工對交通的影響，采用淺埋暗挖法施工，同時也減少了眾多管線的遷改工作。本通道位于人民東路下方，洞身穿越高富水砂卵石地層，同時下穿眾多重要管線，施工難度大，須采取一系列的超前預支護措施，選用合理的暗挖方式，方能順利完成本暗挖通道。

1 工程概況

1.1 出入口概況

本車站位于人民東路與紅旗路交叉路口西北側，下穿人民東路部分采用淺埋暗挖法施工。該出入口暗挖段全長約41m，暗挖通道覆土厚度約為7.1～8m，斷面為城門洞形式，尺寸為8.2m×5.92m，斷面圖如圖1 所示。

圖1 隧道橫斷面圖

本暗挖通道按噴錨暗挖法設計，采用復合式襯砌結構。超前預支護選用超前大管棚支護、小導管超前預支護、超前帷幕注漿堵水及固結地層。暗挖通道采用CRD 法開挖，初期支護采用鋼拱錨噴的支護形式，二襯采用模筑鋼筋混凝土，內外層襯砌間鋪設防水層。

1.2 工程地質、水文條件

1.2.1 地質條件

本出入口地層分布自上而下分別為：瀝青及混凝土路面、素填土、雜填土、粉質黏土、粉土、粉細砂、圓礫、卵石、強風化泥質粉砂巖、中風化泥質粉砂巖。其中通道拱頂主要處于砂卵石層中。

1.2.2 水文地質情況

長沙地區(qū)含水層按其巖性、巖相、巖層結構、地貌及構造等條件可分為六大類，本工程場地包含松散巖層孔隙水類型及紅層孔隙裂隙水兩大類型。

地下水主要接受大氣降水、地下管線滲漏補給，亦和周邊地表水體呈互補關系，補給及外圍側向補給。

水位和水量隨季節(jié)變化，地下水動態(tài)變化較大，據區(qū)域資料，地下水的年變幅在3～4m 之間。

1.3 周邊環(huán)境

1.3.1 交通情況

本車站所處交叉口東西向人民東路為長沙市連通黃花機場，擔負著省會人、車、物流集散的重要城市主干道；南北向紅旗路同樣為城市主干道，南側連接城市快速道路。本車站所處交叉路口日常車流量大、交通繁忙，尤其在早、晚通勤高峰期時格外擁堵。

1.3.2 周邊管線情況

本暗挖通道下穿范圍內影響的重要管線有雨水、污水、給水等管線。詳細情況參見表1。

表1 管線現狀情況表

2 本工程重、難點及應對措施

2.1 確保暗挖通道洞身及拱頂穩(wěn)定是重點

本暗挖通道采用淺埋暗挖法施工，隧道拱頂部分位于砂卵石層中，圍巖自承能力較差，隧道開挖過程中拱頂存在塌方、突水、地表水或地下水流失、大變形等風險。具體措施如下：

①暗挖拱頂軟弱地層風險應對措施。1）在暗挖段管線影響范圍外，采用地面袖閥管注雙液漿工藝進行地層預加固；2）在管線影響范圍內，采用超前帷幕注漿對地層進行預加固；3）暗挖段地層預處理完成后，在拱頂上方180°范圍內打設大管棚，防止開挖過程中地層不穩(wěn)出現坍塌。

②暗挖塌方風險應對措施。1）嚴格按“預支護、短開挖、強支撐、快封閉、早成環(huán)、勤量測”的原則組織施工；2）采取超前水平鉆方式做超前地質預報，對前方地質及水文地質進行探測。3）當初支變形較大時，需要及時采取措施，防止變形繼續(xù)擴大，避免造成坍塌等不良后果。4）施工中必須做好各導洞滲水的疏排，嚴禁洞內積水浸泡導洞，造成因圍巖軟化引起初支變形。

2.2 加強對暗挖通道上方管線的保護是重點

暗挖通道影響范圍的主要管線基本位于素填土層，局部位于粉質粘土層，在開挖及注漿過程中須做好隧道上方管線保護。具體應對措施：①地面注漿施工前須做好地下管線的調查工作，鉆孔距離管線2m 以上，避免鉆孔損壞管線。②隧道進洞前設置大管棚，開挖過程自上而下，分塊成環(huán)，隨挖隨撐，及時做好初期支護，必要時進行注漿堵水止漏。③管線影響范圍內采用超前帷幕注漿進行地層堵水及固結，注漿過程中嚴格控制注漿壓力，避免注漿壓力過大造成管線變形。④通道開挖選用CRD 法，嚴格控制地層在開挖過程中產生的沉降。⑤施工過程中加強監(jiān)測，根據監(jiān)測情況采取注漿加固等有效措施進行處理。

2.3 暗挖通道路面隆沉是控制的重點

本路段處于主干道交匯處附近，現狀車流量大，早晚高峰期交通擁堵現象嚴重，一旦出現路面隆沉過大，將會嚴重影響交通安全。具體措施如下：①大管棚注漿及超前帷幕注漿時嚴格控制注漿壓力，避免注漿壓力突然增大造成路面隆起；②加強路面豎向位移的監(jiān)測工作，注漿過程中實時監(jiān)測路面隆起情況，一旦發(fā)現異常，停止注漿作業(yè)，待問題解決后恢復施工。

3 主要施工措施及工藝

3.1 地面袖閥管注漿

暗挖施工前，在暗挖通道上方管線邊2m 以外先進行地面垂直袖閥管注漿，以減小通道暗挖施工風險。袖閥管注漿加固體分為雙液漿層與單液漿層兩部分，雙液漿層頂部穿過細粉砂層進入粉質粘土層0.5m，底部穿過圓礫層進入不透水層1.5m，采用水泥、水玻璃雙液漿，地面至雙液漿層頂部范圍內的其他地層均采用水泥單液漿。①為保證施工時不對地下管線造成破壞，施工前進行管線探查工作，保證注漿加固不造成管線破損。②鉆孔采用MGJ-50鉆機配90mm 鉆頭鉆進，結合地層情況，采用泥漿護壁成孔，成孔后需立即清孔。③對已完成的鉆孔進行清孔，排除粗顆粒渣土，從孔底往上灌注套殼料至孔口。在下完套殼料的鉆孔中下放Ф76mm 的PVC 袖閥管，開孔處管外緊箍橡膠套，覆蓋注漿孔；袖閥管下底端要套好錐形堵頭，上頂端要戴上保護帽，防止孔中泥漿或套殼料進入袖閥管內。④袖閥管注漿采用柔性塑膠φ76 袖閥管，注漿孔的間、排距為1.3m，錯開布置。注漿采用自下而上分段進行，每一注漿段長度為1m，漿液采用42.5R 級早強硅酸鹽水泥漿，水灰比為1∶1，注漿壓力控制在0.8～1.2MPa。鉆孔和注漿順序先外圍后內部，同一排間隔施工。

3.2 超前大管棚

本出入口暗挖通道所處上方地層為富水砂卵石層，采用傳統(tǒng)送管工藝時，因圓礫層易塌孔，鉆桿退出后無法順利放置管棚注漿鋼管，采用SE-GYD-20 型管棚鉆機跟管鉆進。①管棚鉆機就位后，安裝跟管偏心鉆頭、鋼管及管靴，然后驅動鉆桿回轉，用正回轉方式使偏心擴孔跟管鉆進，套管同時跟進達到要求深度后，鉆機反轉使偏心鉆頭收攏，從套管內抽出。②管棚鉆孔完成后，即對孔內注漿，管棚選用水灰比1∶1 的水泥漿，初壓0.5～1.0MPa，終壓2MPa，持壓15min 后停止注漿。注漿時先灌注“單”號孔，再灌注“雙”號孔。注漿結束后采用M10 水泥砂漿充填鋼管，以增強管棚強度。

3.3 超前帷幕注漿

本暗挖通道拱頂部位處于高富水砂卵石層，地層透水性強、自穩(wěn)性較差，開挖前采用超前帷幕注漿的方式對管線影響范圍進行堵水及穩(wěn)固砂卵石地層。

本開挖斷面以外3m 范圍內為超前帷幕注漿加固圈。為實現堵水及加固目的，帷幕注漿循環(huán)長度按照5m 控制，每個循環(huán)均設置3 排帷幕注漿孔，共19 個帷幕注漿孔，沿開挖輪廓線內200mm 處設置第1 排帷幕注漿孔，按25°仰角設置，長度均為8.9m，第2 排帷幕注漿孔，按20°仰角設置，長度均為10.4m，第3 排帷幕注漿孔，按15°仰角設置，長度均為5.2m。參見圖2。

圖2 帷幕注漿孔布置圖

帷幕注漿設備采用鉆注一體式注漿機，注漿工藝采用后退式注漿，注漿漿液采用水泥漿水玻璃雙液漿，水泥漿與水玻璃溶液體積比為1∶1，水玻璃溶液經加水稀釋后波美度為25′Be。鉆孔注漿順序為先外圍、后內部，跳孔注漿。注漿管徑為76mm，注漿壓力范圍為0.4～1.2MPa，注漿壓力從0.4MPa 逐步提高，達到終壓1.2MPa，并持續(xù)注漿10min 以上。注漿過程中壓力控制不到位或單孔注漿量集中易引起上部地層隆起，面臨著通道上方道路、地下管線破壞等環(huán)境風險。注漿實操過程中，須實時觀測地面及管線隆起情況，當監(jiān)測數據發(fā)生異常及時停止注漿，查明原因解決問題后方能恢復注漿。

根據本工程實際，在左上導洞開挖一定的長度后，在右上導洞帷幕注漿效果不佳的情況下，可以通過左上導洞側面對右上導洞帷幕注漿效果進行補充和加強，能起到不錯的效果，并能縮短右上導洞帷幕注漿時間。

3.4 超前注漿小導管

現場實際操作過程中發(fā)現，小導管按照原設計5°～8°打設會侵入下一榀初支鋼架安裝范圍，而打設角度調整過大將會導致小導管前端進入粉質粘土層，注漿時易引起地層隆起。為確?，F場順利實施，經參建各方同意，將小導管外插角從5°～8°調整至20°左右，小導管長度由3.5m 調整至2m，縱向間距調整為0.5m，在不影響下榀鋼拱架的正常安裝的條件下可確保超前小導管正常發(fā)揮效用。

小導管采用YT-28 風鉆開孔，深度約1.8m，然后，由風鉆將小導管頂入孔中，管端外露0.2m，塑膠泥封堵導管周圍及孔口。注漿選用1∶1 的水泥漿，注漿壓力控制在0.5MPa 以內，進漿速度控制每根導管總進量在30L/min 以內。導管注漿采用定量注漿300L，如壓力逐漸上升，流量逐漸減少，雖然未注入300L，若孔口壓力已達到0.5MPa則結束注漿。

3.5 隧道開挖及初期支護

CRD 法施工方法是分成左上、左下、右上、右下四個導洞進行開挖，上導洞開挖預留核心土后及時施作初期支護，下導洞開挖落后于上臺階10m，上下斷面采用平行作業(yè)。開挖方式為上導洞采用人工手持風鎬開挖。開挖步序參見圖3。

圖3 隧道開挖步序圖（1→2→3→4）

CRD 法開挖工序如下：①施做左洞室拱部Φ42 超前小導管，開挖左洞室上臺階（循環(huán)進尺0.5m），及時施做初期支護、設置中隔壁及臨時仰拱。②開挖左洞室下臺階（循環(huán)進尺0.5m），滯后于左洞室上臺階10m，及時施做下臺階初期支護及接長中隔壁臨時支護。③施做右洞室拱部Φ42 超前小導管，開挖右洞室上臺階（循環(huán)進尺0.5m），及時施做初期支護、設置中隔壁及臨時仰拱。④開挖右洞室下臺階（循環(huán)進尺0.5m），滯后于右洞室上臺階10m，及時施做下臺階初期支護，及早形成封閉受力環(huán)。

單導洞開挖滯后5m 處可開始進行初支背后回填注漿，其作用在于填充初支結構背后不密實處，從而穩(wěn)定洞體、控制地層沉降。

3.6 二次襯砌

淺埋暗挖隧道二襯支模體系，通常采用臺車襯砌或模板支架支撐體系。臺車襯砌因其局限性無法適用于CRD法開挖襯砌施工當中，因此，本工程采用型鋼支架搭配鋼模板的支撐體系進行二襯施工，具體措施如下：

淺埋暗挖隧道初支施工完成，洞內收斂、沉降監(jiān)測數據趨于穩(wěn)定后方可啟動二次襯砌施工，二襯施工前，待施工段初支臨時型鋼中立柱應每隔兩根拆除一根，并破除中隔壁混凝土，以便于二襯結構鋼筋綁扎及型鋼支模體系架設。

采用預制型鋼支架與組合鋼模替代盤扣鋼管作為二次襯砌施工支模體系。邊墻模板及拱部模板采用9000mm×1500mm×50mm 鋼模板組合拼裝，洞身采用20a工字鋼作為支撐支架，內側設置橫向支撐鋼架作為邊墻水平對撐，型鋼支架間采用鋼筋縱向焊接連接。型鋼支架與初支豎向臨時支撐間采用12#工字鋼焊接在型鋼支架上部橫撐與初支豎向臨時支撐垂直交界處，形成縱向連接。型鋼支架底部采用螺栓固定。

3.7 隧道變形監(jiān)測

本工程暗挖主要監(jiān)測項目有：隧道拱頂沉降、凈空收斂、地表豎向位移、管線豎向位移及地下水位。依據現場實測數據，本工程拱頂沉降累計最大為9.44mm，凈空收斂5.53mm、地表隆起116.43mm、管線隆起40.09mm，地下水位變化0.71m。

經分析各階段監(jiān)測數據可知，前期帷幕注漿過程中因注漿壓力控制不到位，造成地面及管線隆起超標，后加強注漿壓力控制及實時監(jiān)測，發(fā)現異常停止注漿并實時調整，地表及管線沉降得到了有效控制。在大管棚超前支護、小導管預注漿及水平帷幕注漿固結富水圓礫地層后，采用CRD 法開挖，能有效控制隧道結構的變形。

4 結語

隨著我國城市化進程的迅速發(fā)展，愈來愈多的地下資源被開發(fā)利用。地下工程建設通常位于市區(qū)，面臨著不同地質條件和復雜的周邊環(huán)境，施工過程中會引起各種類型的環(huán)境地質效應，對工程周邊的各類建構筑物都可能造成不同程度影響。本文就農科院農大站4 號出入口暗挖通道工程實施過程中的各類經驗進行分析、研究，為今后同類項目工程建設提供經驗參考。