重庆市轻轨大坪车站隧道控制地面沉陷的技术探讨

【摘要】：介绍大坪车站隧道施工开挖及支护方案、爆破震动控制及监控量测

【关键词】：新奥法 浅埋 暗挖 特大跨 城市隧道 地表沉降控制

中图分类号： U455 文献标识码： A 文章编号：

1工程概况

重庆市轻轨大坪暗挖隧道工程， DK7+658.2～DK7+739.5，全长81.3m。车站暗挖段覆盖层厚4～25m，岩层为砂岩、泥岩和地表杂填土，其中DK7+658.2～DK7+701.00段覆盖层厚4～10m，为Ⅲ类围岩，车站隧道为扁平型隧道，底部开挖宽度22.68m，隧道开挖高度20.6m，拱部最大开挖宽度26.3m，最大断面面积430m2。隧道下穿密集的住宅楼和交通主干道，在DK7+700处下穿两幢七层砖混住宅楼，分别位于车站拱部两肩，住宅楼基础一幢距离车站开挖边线约2m,一幢基础深入车站开挖边线约5m。该隧道洞室高、跨度大、顶板簿，成洞条件差。选择好开挖及支护方案、减小爆破振动，成为控制好地面沉降的关键。

2整体施工方案

在进口DK7+658.2～DK7+681.2段，增设30米超前管棚；在管棚保护下进洞，分上下两个断面开挖，上半断面（即拱部）采用双侧壁导坑法开挖；拱部二次衬砌完成后，在拱部的保护下，进行下半断面施工，下半断面采用分部短台阶法开挖；掘进采用钻孔台架配合风动凿岩机钻孔，光面爆破；初期支护：采用20b工字钢，间距为0.5m，系统锚杆采用Ø25中空注浆锚杆，挂Ø6.5*Ø8钢筋网，喷射C20混凝土；二次衬砌拱部与边墙均采用衬砌台架、自制组合钢模立模浇筑。

3 开挖方案

3.1.双侧壁导坑施工方法

双侧壁导坑共分4个断面开挖，即：左侧壁导坑、右侧壁导坑、核心土上部、核心土下部。施工顺序：先施工左侧壁导坑，向前掘进10～15米后，再施工右侧壁导坑，左右侧壁导坑前后错开施工，以减少爆破震动影响，侧壁导坑循环进尺为0.5～1米，侧壁导坑形成后先初喷3～5厘米C20砼，再安装格栅工字钢和锚杆，待复喷砼至设计厚度、核心土侧工字钢安装完成，形成完整的受力体系后，方能拆除扇形支撑，开挖侧壁导坑核心土。

核心土施工方法：分上下台阶法开挖，先开挖上部，循环进尺0.5～1米，最多不超1.5米，开挖成形后初喷砼3～5厘米，再安装格栅工字钢和锚杆，尽快使左右导坑拱顶工字钢形成整体，再喷砼至设计厚度，初期支护完成后开挖下部核心土；核心土掌子面与拱部二次衬砌的距离为6米。

3.2下半断面分部台阶施工方法

由于边墙高度较高，为了减少围岩的变形量和控制爆破震动速度，采取分部短台阶法进行施工。共分为中槽、下半断面左右侧上台阶、下半断面左右侧下台阶共5个断面。施工顺序：先进行拉中槽，然后边墙两侧落底，左右侧落底错开距离6～10m，每侧落底按短台阶法进行，上台阶先进行1.5～3.5m，每次爆破进尺控制在1.5m，每次爆破出渣后立即进行上台阶喷锚挂网初期支护，待上台阶边墙初期支护完成后进行下台阶的开挖和支护，然后进行边墙砼的衬砌。

下半断面先拉中槽施工的好处：中槽开挖后隧道内形成较大的工作面，便于机械作业；增加边墙台阶的爆破临空面，减小炸药用量，减少了对围岩的二次扰动。

上、下断面施工分界线建议：扩大拱脚部位是拱部传力和拱墙连接的关键部位，防漏水、防沉降、结构连接高，为避免病害拱墙连接位置可放在起拱线以下1m范围。

开挖方法结论：采用“导坑超前，化大为小，先上后下，先拱后墙”的开挖方法，能有效减小对围岩的施工扰动，控制地表沉降。

4支护方案

4.1 超前预支护

长管棚支护方案：进洞前在DK7+656.2～+658.2外缘施作C30混凝土套拱，套拱厚100cm，宽200cm，作为管棚施工的导向和固定设施。超前长管棚采用外径Ø133壁厚6mm的热轧无缝钢管，钢管前端呈尖锥状，尾部焊接Ø10加劲箍，管壁四周钻2排Ø20压浆孔。钢管间距35cm，长度为30m,采用M3.0水泥水玻璃双液体注浆。

长管棚施做效果：有效防止了围岩坍塌、控制围岩位移。不足之处：因管棚较密，管棚之间岩体容易形成破裂面，管棚下方与开挖线之间岩体容易掉块。

超前小导管:DK7+676.2～+735段，地质为Ⅲ类围岩，属超浅埋，在该段采用超前小导管注浆加固围岩。超前小导管采用直径42mm，壁厚5mm的无缝钢管，长3.5m，环向间距为40cm，沿隧道开挖轮廓线，以5°的外插角布置，前后两排小钢管搭接长度不小于1m。采用水泥-水玻璃双液浆。

4．2初期支护

采用喷射混凝土、锚杆、钢筋网、型钢拱架联合支护。拱部喷射混凝土厚度较大，采用湿式喷射分层施工；锚杆全断面设置，按Ø25中空注浆锚杆设计，除大拱脚以下4m范围内边墙锚杆长5m外，其余锚杆每根长3.50m，并按间距1.0m×1.0m梅花形布置，锚杆端部采用20cm×20m厚8mm钢板作垫板，采用注浆机将早强速凝砂浆通过中空锚杆注入围岩内，注浆前用止浆塞将锚孔堵塞，以防砂浆外泄，早强砂浆达到一定强度后，方可安装钢垫板；钢筋网采用Ø6.5和Ø8钢筋，按20cm间距绑孔和点焊；按50cm间距设置20b工字钢。导坑侧壁与拱部核心土侧壁采用型钢锚喷支护做临时支撑，锚杆采用砂浆锚杆，长1m，间距为1.0m×1.0m，型钢采用14b工字钢间距50cm。

5 爆破震动控制

控制最大段起爆药量Q :

爆破方案中分段起爆药量Q按下式计算：

Q=（R3v3/a）k3/a

式中R为建筑物距爆破中心距离，最不利地段R取30m;

v为质点最大容许振动速度，取2cm/s(重庆市规定)；

K、a为不同围岩时所取系数。参照《爆破安全规程》K取150；a取1.5 。

计算Q=4.8kg，每次起爆最大药量控制在4.8kg以内，以防止将附近建筑物震坏。

爆破器材选取:雷管采用1～29段非电毫秒雷管，底段(1-7段)雷管隔段使用，起爆间隔大于50 ms，确保爆破振动不叠加。

加强炮孔堵塞，减少炸药量，掏槽孔全部堵满，其余堵塞长度不小于20cm,,有效地控制单位耗药量，以降低震动速度。

采用线形布孔，减小岩石的夹制作用，提高爆破效果，降低炸药单耗。

爆破振动速度监测

监测点布置在距爆破中心较近的建筑物及其地表面，共布置38个,随爆破及时进行监测。采用TC-4850 遥感型爆破测振仪和三向速度传感器、笔计本电脑、打印机等组成的振动测试系统。

振动测试系统示意图

爆破效果分析

通过对爆破震动监测，采用“短进尺、密布眼、多分段、少装药”的光面爆破方案，以最大段装药量控制爆破震动是可行的，因地质复杂多变，震速数据有离散性，选用爆破参数不能够完全和实际吻合，应根据每次量测振动速度的三分量值、主振频率及振动速度随时间的衰减变化曲线等资料，分析不同地质条件下的K、a值，修正爆破参数，调整爆破方案。

6围岩监控量测

重点对地表沉降、拱顶下沉、周边收敛、支护应力进行监测。

地表沉降观测：在监测中，没有发现地表沉降与地表建筑物沉降情况。

主要原因：地表沉降量较小，建筑物测点设置在基础上，基础沉降变形小，无法用仪器测出。

拱顶沉降和周边收敛监测：共布置了26个围岩位移监测断面。

监测发现围岩稳定后周边收敛与拱顶下沉能够达到小于0.15mm/d，甚至为0mm/d；受施工及爆破影响，初次量测数据离散性大且不容易测准，位移总量不好推算，采用变形趋势分析围岩稳定性方法较可行。

初期支护应力监测：共选择了6个格栅拱应力监测断面，监测中，DK7+684～DK7+708上半断面核心土开挖后，监测到20b工字钢应力增大达到138Mpa,拱顶下沉最大28mm。主要原因：围岩分化严重，自稳能力差；洞顶覆盖层薄，居民住宅楼基础堪入隧道顶左侧比右侧多，造成偏压；核心土开挖对围岩的扰动。处理措施：及时加强临时支撑与初期支护，处理效果，临时钢支撑最大应力为9Mpa,左侧拱腰处应力稳定在117Mpa,险情解除，确保了施工与地表建筑物安全。

7结束语

在重庆市轻轨大坪车站隧道施工中，遵循“多分部、短开挖、强支护、早封闭”的施工原则，按照上半断面双侧壁导坑法，下半断面多台阶的开挖方案，有效控制了地表沉降；采用“短进尺，密布眼，多分段，少装药”的光面爆破方案，控制爆破振动，确保了地表建筑物安全，为城市暗挖隧道施工积累了经验。