双侧壁导坑法在北京地铁郭公庄站后折返线工程中的应用

【摘要】 介绍了北京地铁房山线郭公庄站后折返线大断面浅埋暗挖施工，通过施工分析，砂卵石地层大断面折返线采用双侧壁导坑法施工是成功的，指出超前支护注浆预加固砂卵石地层对掌子面稳定及地层变形控制至关重要。

【关键词】地铁折返线，双侧壁导坑法， 施工技术

【 abstract 】 introduced the Beijing subway line stand SheFanXian after fang shan magmatic optimize was shallow depth excavation construction, through the construction analysis, sandy pebble stratum large sections SheFanXian meshshotcreting firstly the construction method is successful, points out that the advanced support grouting pre-reinforcement sandy pebble formation to ZhangZiMian stability and stratum deformation control is very important.

【 key words 】 the subway SheFanXian, meshshotcreting firstly method, construction technology

中图分类号：TU74文献标识码：A 文章编号：

1 工程概况

北京地铁房山线郭公庄站后折返线区间接9号线郭公庄站站后明挖区间，沿大半径曲线向东北方向掘进至六圈路，再由六圈路向东掘进，过四合庄西路、四合庄2号路后到达房山线终点。区间位于郭公庄东北处，区间隧道呈东西走向，总长506m，受地面建构筑及地下管线制约，采用浅埋暗挖法施工，复合式衬砌结构。该折返线区间上行线起迄里程SK23+901.936～SK24+434.000，下行线里程XK23+932.930～XK24+478.351；其中单洞单线隧道总长946.468m，单洞双线断面总长33m。

图1郭公庄站后折返线平面示意图

折返线隧道拱顶覆土厚度9m～15.5m。本段暗挖区间主体为全包防水层，防水层采用土工布+EVA塑料防水板、钢边橡胶止水带、背贴式止水带等。结构采用双层双向封闭式钢筋绑扎。二衬为S10C40抗渗混凝土。隧道横断面型式共4种，为单线单洞A型、B型，单洞双线C型、D型。单洞双线大断面折返线横断面见图2。

郭公庄站后折返区间沿线分布有较多建（构）筑物，沿线地下敷设有上水、雨污水、电信、电力及燃气等管线，地面分布有电线杆、高压线、电话线等。施工场区位于永定河冲洪积扇中部，沿线自然地面标高约46.4～48.1m，地势稍有起伏。从上到下主要为人工填土层、粉土质填土、粉土层、粉细砂、砂卵石层、中粗砂层、粘土、砂岩；其中隧道断面大部分位于砂层和砂卵石地层。工程场区潜水天然动态类型属渗入－迳流型，主要接受大气降水入渗及地下水侧向迳流等方式补给，以地下水侧向迳流及人工开采为主要排泄方式；近年最高地下水位标高24.40～23.40m，不降水施工。

郭公庄站后折返线为全线一级安全风险工程。

2单洞双线大断面折返线隧道双侧壁导坑法施工

2.1折返线总体施工方案

折返线从竖井进入暗挖隧道施工；竖井进入暗挖断面口部设置加强门框，采用马头门破口工法进入暗挖隧道；竖井设置提升系统。折返线单洞双线断面采用双侧壁导坑法施工；单线单洞断面口部10m采用上下台阶法设水平临时工钢支撑施工，其余单洞单线标准断面采用上台阶环形开挖留核心土的台阶法施工。

竖井从上往下分层开挖，开挖至折返线隧道断面上台阶高度，竖井内设临时封闭网喷混凝土，搭设支架平台，折返线隧道断面口部设置加强门框，施作折返线单洞双线大断面及单洞单线断面拱部超前支护；之后进入暗挖折返线隧道断面上台阶开挖施工，上台阶洞室开挖进尺5～10m后下挖竖井至井底并施作井底封堵结构，开挖折返线隧道下台阶。

由于隧道基本位于砂层和砂卵石地层，超前支护预注浆加固拱部地层及大断面隧道开挖防坍和变形控制是难点，双侧壁导坑法二次衬砌施工临时支撑拆除代换是有一难点。

2.2单洞双线大断面折返线双侧壁导坑法施工工艺流程

砂卵石层大断面双侧壁导坑法施工工艺流程见下图：

图3单洞双线大断面折返线侧壁导坑法施工工艺流程图

2.3单洞双线大断面折返线双侧壁导坑法开挖支护

由于地下水位在隧道结构底板以下，无需降水施工，洞内采用人工配合风镐开挖，无轨运输，竖井内提升系统吊装出土，地面自卸汽车外运弃土。折返线单洞双线大断面隧道位于粉细砂、中粗砂、砂卵石地层，采用双侧壁导坑法开挖，将大断面分为2层3跨6个洞室分块开挖，左右洞室开挖纵向错开，上下洞室开挖纵向错开，洞室中部设临时工钢支撑，分块洞室开挖后及时封闭成环，确保特殊地质条件大断面折返线隧道开挖安全。

2.3.1开挖施工步序

双侧壁导坑法开挖施工步序见下图：

图4单洞双线大断面折返线双侧壁导坑法开挖施工步序图

2.3.2 超前支护

针对大断面隧道位于砂卵石地层，采用双层超前小导管注浆加固拱部地层，小导管采用Φ25热扎钢管，超前小导管纵向间距1m，环向间距0.3m，单排小导管长2m；上排环向布置范围为隧道拱部120度，下排环向布置范围为拱部150度，外插角为7~10度；浆液采用改性水玻璃，注浆压力控制在0.4～0.6MPa。超前小导管施工工艺主要包括钻孔、布管、封孔、注浆四道工序。

钻孔布管：超前注浆小道管采用Φ25热扎钢管，先用高压风管吹孔，然后利用风镐或钻机推送小导管，孔口偏差不大于50mm，孔眼长度应大于设计小导管长度；小导管应顺直，顶部成尖锥状，尖锥长300mm，在另一端100mm处焊接φ6mm的钢筋箍，距钢筋箍的一端500mm不开孔。管上按梅花形布置小孔，间隔15cm，孔眼直径8mm，尾部与格栅钢架焊接。纵向两环小导管的搭接长度不小于1.5米。

封孔注浆：注浆前先在掌子面喷一层5cm厚砼，孔口处设止浆塞，注浆采用注浆泵，注浆压力0.4～０.6MPa，根据地层特点压注改性水玻璃；注浆顺序由下至上，遇窜浆或跑浆时，则采取间隔一孔或几孔灌注。注改性水玻璃模数以2.4～2.8为宜，水玻璃浓度30～45波美度。超前小导管注浆效果见图5。

2.3.3 双侧壁导坑法开挖支护

⑴两侧上部①洞室开挖：隧道采用人工开挖，开挖完毕立即网喷5cm厚砼封闭撑子面，上台阶开挖翻碴至下台阶，用翻斗车转运至提升架处，采用电动葫芦垂直起吊外运。每一开挖循环进尺0.5m；开挖轮廓线尽可能圆顺，以减小应力集中，同一层洞室开挖掌子面纵向错开5～10m； 见图6。

⑵两侧上部①洞室断面初期支护

初喷：在开挖后立即进行，以便尽早封闭拱顶暴露面，喷射C25早强混凝土，厚5cm。

格栅钢架：应保证拱脚密实，防止超挖；拱脚夯实或设置垫板，钢格栅纵向间距每榀0.5m，纵向设φ22连接筋，其环向间距为1m，交错布置。

挂网：双层内外铺设，采用Φ8钢筋，网格200×200mm，网片搭接长度150mm，铺设在格栅钢架的背后位置，密贴围岩，并与格栅钢架连接牢固。

锁脚锚管：在拱脚处打设两根Φ42锁脚锚管，其尾部与格栅钢架焊接牢固。喷砼时注意保护好管口，喷砼结束后，及时压浆。

喷射混凝土：第一次喷射厚度5cm，架立好格栅钢架后，从钢架腹部打入下一循环的超前小导管，封好管口，复喷至设计厚度。

⑶两侧下部②洞室开挖及支护：两侧下部开挖每循环进尺0.5m，②洞室落后①洞室不小于5m。初期支护及时封闭成环，其余与上部相同。下部两侧②洞室开挖掌子面纵向错开距离5m～10m。

⑷中间上部③洞室开挖及支护：待两侧洞室开挖一定距离后，开挖中间土体，确保③洞室落后①洞室10～15m。

⑸中间下部④洞室开挖及支护：检查中隔板、中隔壁支撑，分析各部开挖支护后的变形收敛情况，处于基本稳定后，开挖中间下部土体，④洞室开挖落后③洞室不小于5m。全隧道贯通后开始分段拆除下半部中隔壁与底部初衬连接，施做底部防水层及二衬结构，每循环纵向进尺5～6m。同法施工边墙和拱部的防水层、二衬及中隔墙，每循环纵向进尺5～6m。

⑹初支背后注浆施工：为了保证初期支护和围岩紧贴密实，防止围岩变形，同时为了提高防水质量，在施作①、②洞室格栅钢架安装前沿隧道纵向每1m于初支拱部1200范围预埋φ42注浆花管，梅花形布置，环向间距1m，长0.8m，壁厚3.5mm。每当初期支护闭合成环一定长度后，即对初衬背后压注水泥浆，注浆泵注1:3水泥砂浆。凡出现滴漏和湿渍处，均反复压注浆液，直至无湿渍，以封闭水路。水泥砂浆注浆，P=0.3～0.5Mpa，水泥砂浆1:3；当地层可注性差时，采用普通水泥浆液或超细水泥浆注浆。

2.3.4喷射砼施工

初喷砼紧跟工作面，复喷前按设计完成钢筋网、钢筋格栅的安装工作后，立即复喷砼到设计厚度。坚决实行“四不”制度，即喷锚工艺不完毕，掌子面不前进；喷射砼厚度不够不前进；开挖喷锚后发现的问题不解决不前进；量测结果判断不安全未经补强不前进。

2.4单洞双线折返线大断面二次衬砌施工

2.4.1二次衬砌施工

采用双侧壁导坑法施工，大断面中部设置临时工钢支撑，二次衬砌施工前必须拆除临时仰拱和临时中隔墙，为保证隧道初期支护既有结构安全，防止支撑拆除过程中出现地层较大变形，一次拆除的长度不宜过长，通常每段衬砌长度控制在6m左右。二次衬砌施工过程中加强监控量测，指导施工。二次衬砌采用模架＋满堂支架支撑体系隔仓跳段施工，即纵向分段、竖向分层、分段拆除、跳仓施工。对于C、D型大断面折返线，根据监测情况，二衬分为二层施工，第一层浇筑仰拱到轨面标高位置，第二层浇筑剩余部分，混凝土采用泵送商品混凝土，混凝土振捣用附着式振捣器。

为加快施工进度，采取底板先行，底板二衬采用一套模板按流水段连续施工，底板每段6m，在底板施工一段后，开始边墙和拱部二衬施工，边墙、拱部二衬分别采用两套模板支撑体系隔仓跳做。

C型和D型大断面采用双侧壁导坑法施工，二衬施工分为二层施工，其施工流程如下：隧道下部临时中隔壁拆除施作底板及部分墙体防水绑扎底板及部分墙体钢筋浇注底板及部分墙体砼底板养护拆除临时仰拱及中隔壁施做边墙及拱顶防水绑扎边墙及拱顶钢筋测设中心线拱部高程控制桩浇筑边墙和拱顶混凝土待砼达到设计强度的75%后，拆除模板支撑。在一次性破除临时仰拱和中隔壁过程中需严密观测结构变形情况，加强监控量测，指导二衬施工。

第一步：分段拆除下半部中隔壁与底部的初衬连接，施做底部防水层，浇注二衬混凝土，破除初支、施作二衬的循环纵向进尺长度为6m。

第二步：拆除临时仰拱和临时中隔壁，施做边墙和拱顶防水，施做边墙及拱顶二衬，一次性破除长度为6m。C型、D型断面二次衬砌分二层浇筑的浇注顺序见图7。

图7单洞双线大断面折返线二衬施工步序横断面示意图

二衬背后回填注浆：为确保初期支护与二衬之间密实，在二衬混凝土达到设计强度75﹪以后施作二次衬砌背后的回填注浆。回填注浆孔在隧道拱部布置，环向间距小于3.0m（起拱线以上布3～5个孔），纵向间距小于5.0m，梅花型布设。回填注浆采用微膨胀水泥砂浆，注浆压力不大于0.3Mpa。注浆过程中要做好施工记录，以便能对整个注浆过程进行检查分析，确保注浆效果满足设计要求；如需要重复注浆时，应确保使用经过核准的注浆材料；每次注浆结束，都应将余留于注浆通道内的注浆材料在固化之前清除干净。

2.4.2二衬背后回填注浆

⑴回填注浆主要参数：注浆压力0.1～0.3Mpa；注浆速度5～15L/min。

⑵浆液选择：注浆材料选用与结构同强度的微膨胀水泥砂浆。

⑶施工工艺流程：预埋安装注浆管拆模后清理管口做注浆准备连接管路拌浆注浆注浆效果检查。

⑷变形缝及施工缝背后回填注浆：注浆系统导管采用塑料螺纹管，螺纹管应有足够强度防止混凝土压扁。注浆系统尽量靠近变形缝，施工缝等易出现渗漏水的位置，一般距这些特殊部位的间距0.5m左右设置，变形缝两侧的注浆系统环向间距加密至2m左右。注浆管与注浆底座连接牢固、密闭，必要时采用铁丝将导管和底座间连接部位绑扎牢固，避免底座与导管脱离。导管可以在结构内穿行一段距离后集中在两侧墙引出，引出部位预埋木盒，将集中引出的导管设置在木盒中，埋入混凝土内的部分设置在内外排钢筋之间，每隔0.4-0.5m固定在钢筋上，开孔端应牢固地固定在钢筋上，避免浇捣混凝土时注浆管被拉入砼内，导管也可与底座连接点垂直穿过内外排钢筋引出。注浆应选用超细水泥注浆材料，并从最低的注浆端开始，将材料向上挤压；为保证注浆效果，宜使注浆液低压缓进，注浆压力0.1-0.3Mpa，直至注浆材料不再流入并且压力计显示没有或者几乎很少压力损失。注浆管安装示意图见图8。

2.5 大断面双侧壁导坑法施工进度指标

竖井马头门开挖：单个洞室施工至口部5m所需时间为9天；

洞室分块开挖及初期支护：1米/天（单个分块洞室）；

二次衬砌施工：15天/仓（分段长度6m）。

采用双侧壁导坑法施工，优化施工组织，施工进度满足总体工期目标要求。

3监控量测及过程控制

3.1 监测主要内容

洞内及外观察、洞内净空收敛观测（含拱顶下沉观测、水平收敛量测、隧底隆起观测）、隧道周围地表沉降观测、重要建筑物及管线监测、地下水位监测。

3.2测点埋设及观测

测点布置与埋设：洞内开挖地质及支护观察在每循环开挖后及时记录，洞内变形监测测点应在开挖安装钢架后及时设置并收集初始读数，地表沉降及建筑物和管线沉降监测点应在开挖前1个月内设置并收集初始读数；测点布置严格按照设计图纸要求布设。

观测：沉降观测采用精密水准仪和铟钢尺，收敛采用全站仪和收敛仪监测。

3.3 单洞双线大断面折返线监测数据统计

该段大断面隧道开挖过程中通过收集分析监测数据，为设计和施工及时反馈变形信息，通过调整支护参数、改变施工方法，有效的保证了浅埋砂卵石地层单洞双线大断面折返线隧道施工安全。

表1 区间矿山法施工段监控量测控制值

3.4 施工过程控制

3.4.1砂层渗漏水导致拱部局部坍方

单洞双线大断面折返线上台阶侧壁洞室开挖至距离竖井8m位置时，拱部出现渗漏水，地表及拱顶沉降最大变形速率达到6mm/d，之后拱部砂层局部坍方。

采取措施：①立即停止掘进，②在掌子面挂网喷射混凝土封闭，③洞室内增设临时水平工钢支撑，④初期支护径向施作L=2m小导管并注浆，⑤掌子面及拱部施作L=6m小导管并注改性水玻璃预加固前方地层，确保掌子面开挖稳定，⑥洞室内部采用预留核心土开挖，及时封闭成环，⑦初期支护采用网格间距30mm×30mm的钢筋网。

采取上述措施后，有效的控制了异常变形，确保了开挖施工安全。

3.4.2地表沉降较大

下台阶侧壁洞室开挖至距离竖井壁12m时，对应地表沉降变形速率达到5mm/d，距离正线开挖边线20m处建筑物基础沉降速率达到2mm/d，洞内下台阶侧壁洞室砂卵石层局部渗漏水。

采取措施：①立即停止掘进，②在掌子面挂网喷射混凝土封闭，③洞室内增设临时水平工钢支撑，④侧壁导坑两侧径向施作L=2m小导管并注浆，⑤掌子面施作L=6m小导管并注改性水玻璃预加固前方地层，确保掌子面开挖稳定，⑥地表建筑物附近施作袖阀管注浆加固地层，⑦洞室内部采用预留核心土开挖，及时封闭成环。采取措施后，沉降速率控制在1mm/d后恢复正常开挖。

4 结语

⑴采用双侧壁导坑法开挖砂卵石地层单洞双线折返线大断面是成功的，北京轨道交通房山线郭公庄站后折返线暗挖段大断面隧道从2011年2月18日开始施工，2011年6月26日完成，施工安全质量进度均满足要求。

⑵砂层掌子面及拱部地层预加固至关重要，渗漏水对砂卵石地层的影响非常大，注浆浆液和注浆压力应根据地层特点和试验确定，必须确保开挖掌子面稳定；施工过程中应加强监测，根据监控量测反馈信息，及时调整优化设计参数及施工方案。

⑶双侧壁导坑法开挖应控制分块洞室开挖掌子面之间纵向距离（宜控制在1～1.5B，B为开挖洞室宽度），分块洞室开挖应及时封闭成环。

⑷大断面分为多洞室开挖，多次扰动地层，变形对后续洞室开挖钢架连接等工序施工影响较大；因此，双侧壁导坑法施工过程中应特别对钢架垂直度、接头连接、拱脚密实度、锁脚锚管、超前支护及注浆加固等环节加强过程监控，避免控制不到位造成较大变形，影响后续洞工序施工。

⑸双侧壁导坑法开挖二衬施工临时支撑拆除代换至关重要，严格按照“纵向分段、竖向分层、分段拆除、跳仓施工”的原则实施，并加强监测及过程控制，在支撑拆撑过程中确保隧道结构及地层和周边环境安全。

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