软弱地层大断面浅埋暗挖隧道施工技术探讨

摘 要；本文以广州地铁二号线大断面浅埋暗挖施工为工程背景，讨论了广州地铁二号线开挖跨度21.6 m的三线大跨度隧道的施工技术，阐述了城市地铁大跨度隧道的施工方法及施工控制要点，对软弱地层大断面浅埋隧道双侧壁导坑施工技术进行了深入分析，对大跨度隧道施工及软弱围岩隧道施工具有很强的参考价值。

关键词；隧道工程 施工技术 双侧壁导坑施工

中图分类号；U455.4 文献标识码；A 文章编号；1672-3791（2012）11（c）-0040-03

隧道城市地铁工程在我国的蓬勃发展，预计21世纪初至中叶将是我国大规模建设地铁的年代，与此相关，也会涌现出大量的岩土工程技术问题需要解决。三线大跨度车站隧道跨度大，围岩应力重分布情况复杂，围岩变形难控制，设计施工技术较复杂，并且在国内外没有可供借鉴的系统性的成熟资料，所以进行大跨度隧道围岩施工过程和最终状态研究是非常重要的，特别是在软土等不良地质条件下的大跨度隧道施工。由于软土特有的性质使其工程特性在很大程度上有别于其他类土。尽管近几年随着上海、杭州、广州等城市地铁的大量修建，学者们对软弱地层地铁隧道掘进力学特性和空间效应已进行了大量的研究[1～5]，这些研究所获得的经验参数和地层变形规律较好地应用于工程实践，为软土地区或类似土质地区后续设计和施工提供了指导和参考，但对大断面软弱地层地铁隧道施工方法和施工技术要点的研究还需要深入研究[6～7]。

1 工程概况

广州地铁二号线公纪区间因公园前站是一、二号线的换乘站，出站后线路较复杂，在右线隧道YDK14+095处开始出现渡线，在左线隧道ZDK14+210处与左线存车线相交，因此在YDK14+180～YDK14+209.5处形成左线、右线、存车线三线并存段，从而形成了长度为29.5 m，开挖跨度达21.6 m大跨度隧道。这样跨度的隧道在国内是首座，渡线隧道位于广州市连新路与府前路交叉口，市政府院内。渡线隧道由两部分组成；8 m宽竖井和21.5 m暗挖隧道。（竖井施工已另有行文，此不赘述），竖井为临时施工通道，兼作管棚工作室。暗挖段采用双侧壁导坑开挖方法设计开挖跨度21.6 m，开挖高度14.2 m，最小埋深13.5 m，开挖面积253.7 m2，共分12部开挖，衬砌采用复合式衬砌，即40 cm初期支护和80 cm二次永久衬砌，衬砌共分六部完成。防水采用防水卷材，双层无纺布和单层防水板。岩层主要穿过人工填土层、淤泥质土层、残积土硬塑层、岩石全风化带、岩石强风化带、岩石中风化带，地下水有贮存于第四系覆盖层中的裂隙水，冲积—— 洪积土层和残积土层含水贫乏，透水性差。

2 施工技术及施工要点

2.1 施工方案的确定

管棚施工，管棚施工采用地质钻机分层钻孔，以竖井作为工作室。进洞施工，竖井开挖至④部后，即开挖支护进洞，⑤部预留。竖井开挖到①部时，开挖支护进洞①部，继续下挖竖井；挖至②部时，开挖支护进洞②部；继续下挖竖井；挖至③部时，开挖支护进洞③部。

双侧壁施工；双侧壁进洞后，①、②、③部同时施工开挖，均采用短台阶法施工，台阶长度不大于5 m，均采用锚喷支护。

拱部施工；双侧壁开挖完后，施工边墙衬砌，双侧边墙混凝土强度达到70%以上后开挖⑤部，⑤部开挖5 m后进行拱部衬砌。进行核心土及仰拱施工，核心土采用分层开挖，每层3～4 m。第一次施工洞口段5 m仰拱，其余第二次施做。

2.2 施工过程

（1）施工工艺；①为减小施工误差，管棚位置在原设计图的基础上抬高15 cm，即外层管棚圆弧半径R=13.553 m，内层管棚圆弧半径r=12.853 m，经计算外层管棚中心间距为434 mm，内层管棚中心间距为412 mm，施工时以管棚圆弧中心为坐标圆点由隧道中线向两侧推算各孔坐标进行放样，以轨面标高为准进行控制定位。②管棚测量定位后，先安装井身格栅钢架，按测量的准确位置固定管棚导向管，若井身格栅钢架需主筋切断，以U型钢筋代替原主筋，导向管与格栅焊接牢固，封闭导向管口，喷射砼厚30 cm，管棚以下井壁土体暂不开挖，采用C20素喷砼，厚度15 cm，以保证土体稳定。③竖井开挖至内层管棚中心25号孔以下1.1 m后暂停施工，平整坑底，施做第一次平台（铺底C15砼，厚200 mm），架设钻机作业台架，钻机就位，开孔前以导向管为准调正钻机，依导向管为准。钻头放在需钻进的岩面上，用水平尺或连通管调平钻杆，然后将钻杆调为设计的外插角度，在钻孔时发现钻进偏斜等情况时应及时调整，保证以后的钻孔精度。④从导向管按设计进行钻孔，外插角不小于1.5°，中井设置2台钻机，其中一台钻机由外层36’号孔向中间施工至29’号孔后转至内层28号孔向西施工至22号孔，然后再东移至29号孔向东侧竖井施工；另一台钻机由外层28’号孔向西侧施工至15’号孔，然后再移至内层21号孔向西施工，见图1所示。⑤采用XU-300型电动钻机成孔，根据不同的岩石硬度分别采用不同类型的钻头进行钻进。钻进过程中采用经纬仪观测检查钻孔的偏斜度，若发现有偏斜应及时纠偏。⑥注浆水泥采用425#普通硅酸盐水泥，水灰比为；0.8∶1，终压为1.5 MPa。若相邻管有流浆现象，注浆采用分区注浆，以4～8根为一组，各管循环注浆，每循环时间不大于3 h（如图1）。

2.3 进洞施工

第一步：安装I单元格栅钢架，将竖井开挖至Ⅰ单元全部露出（矢高110 cm），Ⅰ单元格栅钢架测量定位，开槽嵌入Ⅰ单元格栅并与竖井格栅交叉焊接，喷射砼至设计厚度。

第二步；安装Ⅱ单元格栅钢架和I16立柱工字钢，竖井继续下挖开槽安装Ⅱ单元格栅钢架，并与Ⅰ单元以螺栓连接，竖井格栅钢架与Ⅱ单元格栅交叉相连，施作初支喷射砼至设计厚度。此时⑤部开挖断面已全部露出。按设计I16工字钢做立柱，间距50 cm，底部[20槽钢横撑，间距50 cm。

第三步；封闭⑥部，竖井继续开挖⑥部全部露出封闭，⑥部断面挂网Φ8钢筋网200×200，砂浆锚杆L=3.0 m，1.0 m×1.0 m，横撑I16工字钢间距1.0 m，横撑工字钢两端与格栅钢架立柱工字钢焊接牢固。

第四步；双侧壁进洞，竖井继续下挖，开挖至①部底时，洞口开槽嵌入Ⅲ单元、工字钢一单元及底部横撑工字钢施做封闭成环，喷射砼至设计厚度，两侧①部即进洞施工。竖井继续下挖，②部全部露出时，洞口封闭成环后，即可进洞施工，此时①部已4 m。③部全部露出后，开挖井底，施做底板及井窝。为了减少变形，洞口初支格栅整环封闭。底板完成后③部即可进洞。至此，进洞工作完成。（①～⑦为开挖顺序，Ⅰ～Ⅵ为格栅钢架编号）。

第五步；核心土加固，预留核心土⑥、⑦部约占断面面积40%，高度达9.5 m，岩体稳定非常关键。核心土每开挖1.5 m即进行封闭，开挖后喷4 cm砼封闭，挂钢筋网Ф10@250×250，砂浆锚杆3.0 m，1.0 m×1.0 m梅花形布置，横撑工字钢间距1.5 m，工字钢与侧壁工字钢连接牢固，工字钢通过中隔墙处与隔墙连接牢固。

2.4 洞身施工

双侧壁导坑施工，双侧壁导坑共分三步，即第①、②、③步。每步相隔3.0～5.0 m，每循环进尺1.0～1.5 m。按顺序施作洞身及侧壁超前注浆小导管和锚杆，洞身小导管设于拱腰15°范围内，环向间距为300 mm，纵向间距为3000 mm，长4.5 m，每环24根；侧壁小导管设于第②步双侧每环16根，长1.5 m。开挖完成后，分别安装洞身第Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ单元钢架和侧壁导坑的第一、二、三单元型钢支撑及横撑，横撑间距2.0 m。洞身系统锚杆为WTD25注浆锚杆，长4.5 m，纵向间距500 mm，环向间距1000 mm，呈梅花型布置，每环24根，布设于拱部90°范围以外拱墙及墙脚部位；侧壁局部布设Ф22砂浆锚杆，长2.5 m，1.0×1.0 m菱形布置。洞身钢筋网Ф10 mm钢筋网预制块，网格尺寸为150×150 mm，侧壁局部布设钢筋网，采用Ф8×Ф6 mm钢筋制成网块，并与锚杆连接牢固。

2.6 防水层施工

本区间隧道工程选用聚氯乙烯（PVC）防水卷材，长度20 m/卷，宽度2.05 m，厚度1.5 mm，内外双层400 g/m2无纺布。

2.7 双侧壁二次衬砌施工

双侧壁开挖、初支、防水完成后，即施工双侧壁二次衬砌，见图3所示。双侧壁衬砌分仰拱A和侧墙B，做A部时，横撑不拆除，底部横撑铺好模板后做为施工通道，全部A部（21.5 m）一次浇筑完，砼塌落度14±2 cm，为C25防水砼，抗渗等级S8，人工收面，插入式振捣器配合平面振捣器振捣。B部施工前拆除工字钢横撑，每次拆除8 m，采用碗扣式脚手架1.0×1.0 m，另一端支撑在双侧壁工字钢上，钢拱架为自制I16工字钢，组合式模板100×25 cm，衬砌长度8 m/组。衬砌拆模后，横撑恢复支撑到二次衬砌混凝土上。混凝土采用商品混凝土，泵送灌注，插入式振捣器振捣（如图3）。

2.8 隧道衬砌施工技术

（1）拱部衬砌；拱部衬砌厚度80 cm，每组衬砌4 m，两侧壁边墙二次衬砌完成后，强度达到75%以上时，即可开挖⑥部，挖支5 m后，即做拱部二次衬砌。二次衬砌采用自制I16钢拱架，拱部采用碗扣式脚手架支撑，利用核心土做基础，中导洞工字钢与拱架连接牢固；底部支撑采用弧形拱架（原侧壁衬砌拱架），三道木横撑和两道脚手架支撑到侧壁。组合钢模板一次拼装成形，预留三个进料口，中间1个，两侧各1个，泵送砼对称浇注，插入式振捣器振捣。浇筑完成后，继续开挖⑥部4 m。砼强度达到80%后，可拆除模板，马上在下一组支模衬砌。

（2）仰拱砼衬砌；拱部二衬混凝土全部完成后，即可开挖（12）、（13）部核心土并及时施作仰拱。该段二衬混凝土分二次完成，第一次施作二衬混凝土长度5 m，其余第二次施作。该部混凝土灌注由里向外，采用挡头模板，挂线找齐，插入式振捣器配合平板振捣器振捣，人工收面。

3 监控量测技术要点

3.1 地表沉降

为保证施工中周围建筑物的安全，应对地表沉降监控量测，通过量测取得原始量测数据进行分析、绘制散点图，根据图形分布形状求得时态曲线图，推测可能出现的结构沉降及周围岩体变化情况，以信息反馈指导施工。观测仪器；（1）精密水准仪。（2）铟瓦水准尺。监测方法；用长20 cm圆钢筋头制作成测点，埋于地表，用水泥砂浆固定埋设，钢筋头露出5 mm，周边用油漆标志。地表检测基点为标准基点，通过水平基点可测量各观测点的高程值。在隧道开挖前，观测各点的高程值，即为测点初始值。每两次观测值的差值即为两次观测点的沉降值，与初始值的差值即为累计值。量测频率；1次/天，竖井底板施工完成3天后，可停止沉降观测。量测数据分析与应用；根据各点的累计沉降及变形曲线，分析各点沉降，若发现沉降曲线弯变或沉降速率增大时，应及时分析原因，采取确实措施，控制沉降。

3.2 收敛量测

岩体开挖后，原来的应力平衡受到破坏，应力重新分布，作用于竖井初期支护的应力分布不均匀。通过收敛数值可以反映出应力的变化，通过信息反馈可以确定循环进尺、支护形式。监测仪器；VRM-3型收敛计。监测方法；隧道净空收敛监测断面按20 m一个量测断面，与对应地面监测点相重合，每一个断面设5测点4测线方式。安装测点；安装测点时，其球形测点埋件与格栅钢架焊接，上好保护帽，喷射砼，砼凝固后，即可进行量测。监测频率；1次/天，特殊情况下2次/天。数据分析与处理；与地表沉降观测相同，在先做出时间-位移及距离位移点固，对各量测断面内的数据进行回归分析，预测发展趋势，并与实际量测结果对照，由此隧道的稳定性，用以指导隧道施工。

4 结语

采用双侧壁导坑法开挖，先墙后拱法衬砌，施工中做到“短进尺、早支护、勤量测、速反馈”，成功解决了工期紧张、工艺复杂、互相干扰、地表沉降控制、微震爆破等难题。对以后大跨度隧道和软弱围岩洞口施工有很好的借鉴作用。

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