弧形导坑预留核心土开挖在富水砂层中的应用

摘要：本文以青岛地铁富水砂层隧道为例，针对弧形导坑预留核心土工法的特点，设计出合理的施工方案，并对施工技术进行了设计和研究。

关键词：隧道富水沙层施工

中图分类号：U459文献标识码：A文章编号：

青岛地铁一期工程（3号线）河河区间为单洞单线暗挖隧道，马蹄形构造，区间隧道起始里程为：K16+149.875，终点里程为K17+24.969，右线线路总长876.09m，左线线路总长为884.295。本段隧道穿越地层为饱水砂层，埋深2.5～10.5m，区间线间距为13~36.35m。地层较为复杂，分层较多，主要为素填土、粉质粘土、细砂、中砂、粗砂、砾石层，层厚约为30-40cm。地下水位较高，水位埋深1.1m-4.8m。稳定性较差，采用弧形导坑预留核心土开挖法。

1、施工工艺原理

弧形导坑留核心土法是将隧道断面分成左右两个侧壁坑和中洞核心三大部分开挖。短台阶分两层开挖，这种工法有利于控制拱顶沉降、稳定掌子面。

2、施工工艺优化研究

施工工序说明：弧形导坑留核心土法开挖支护程序如图所示。

弧形导坑预留核心土法施工工序图

2.1利用洞口导向措施或洞身上一循环架立的钢架施作隧道洞身纵向超前支护，开挖顶、侧①部，同时，每进尺0.5m，掌子面喷8cm厚混凝土封闭；施作顶、侧①部导坑周边的初期支护，架立钢架，并设置锁脚锚杆；复喷混凝土至设计厚度。

2.2开挖 ② 部，同时，每进尺0.5m，掌子面喷8cm厚混凝土封闭。

2.3开挖 ③部并施作下导初期支护和临时支护，步骤及工序同①。

2.4每掘进7m施做帷幕注浆，注浆范围为开挖轮廓外2m，注浆长度10m，搭接3m。

2.5灌筑 底部仰拱。

2.6根据监控量测结果分析，待变形收敛后或根据需要，利用衬砌模板台车一次性灌筑二次衬砌（拱墙衬砌一次施作）。

3.施工方案优化

在富水砂层中开挖情况千变万化，应针对不同情况对方案进行优化:

使用PC60挖掘机配合人工挖装，使用小型运输车辆，增加会车段或增加联络通道解决了大型设备施展不开，工效低的问题。减少侧面核心土，增大作业面。核心土分成3个台阶，一方面减少开挖下导时核心土坍塌，另一方面上导施工时有行走通道。根据地层情况增减核心土长度，上导地层较差、掌子面渗水较多时拉长核心土，以利掌子面稳定，上下导交界处渗水较多时应减少核心土，及时封闭成环进行初支背后注浆。

4．施工关键技术

4.1超前小导管施工

超前小导管采用3m长、外径42mm、壁厚3.5mm热轧无缝钢管，小导管环向间距30cm，纵向间距1m,拱部120度设置，前端200mm呈尖锥形，管壁周围钻10mm的注浆孔，孔距150mm梅花形布置。倾角：外插角15°为宜，可根据实际情况适当调整。

注浆材料选用水泥、水玻璃双液浆，水泥浆与水玻璃体积比为1:1，注浆压力：0.3～0.5MPa。

每每打完一排钢管注浆后，开挖拱部及第一次喷射混凝土、架设钢架。初期支护完成后，隔1m再打另一排钢管，超前小导管保持1．Om以上的搭接长度。小导管要求逐根施工。即一根钻孔、安装钢管、压浆，封孔后再进行下一根施工。

4．2初期支护施工

4.2.1初喷。在开挖完后，为有效减少围岩变形，要立即进行混凝土初喷施工，喷射厚度一般为3-5cm。

4.2.2钢拱架的制作与安装。钢拱架集中制作，现场安装。制作时要注意格栅钢架弯制弧度和连接板角度准确。焊接质量要求达到设计及规范相关要求；安装要按照测量尺寸架立并根据地质情况及围岩监控测量的结果留够预留变形层，防止出现侵限现象。

4.2.3钢筋网片的制作与安装。钢筋网片集中制作，现场安装。制作时要确保钢筋质量及加工尺寸，安装时应注意钢筋网的搭接长度及其与钢拱架之间要焊接牢固。

4.2.4喷射砼施工。喷射混凝土采用湿喷工艺，严格按设计配合比配料、拌和。混合料在运输、存放过程中，严防雨淋、滴水及大块石等杂物混入，装入喷射机时过筛；喷射作业应分段、分片，按自下而上、先墙后拱顺序实施．每段长度不宜超过6m；喷射作业时，喷嘴垂直受喷面做反复缓慢螺旋形运动。螺旋直径约20-30cm，同时与受喷面保持一定的距离，一般可取0.8-1m，若受喷面被钢筋网或格栅钢架覆盖时。可将喷头稍加倾斜，但不小于70°，以保证混凝土喷射密实，保证钢支撑背面填满混凝土粘结良好。

4.2.5初支背后回填注浆。处置背后回填注浆能有效地减少围岩变形。下导封闭成环后要及时进行初支背后回填注浆，回填注浆管不宜过长，以穿透喷射砼层，进入地层20cm为宜。注浆压力控制在0.5Mpa以内。

4.结束语

弧形导坑预留核心土工法能够有效控制沉降，减少掌子面失稳危险但施工空间较小，应根据实际情况设置核心土大小。这种工法机械化程度不高，个人劳动强度大，进度也是不快。在洞口段。施作超前大管棚来加固软弱地层，遇到特殊地段，需设计采用超前双层小导管。初期支护和二次衬砌施工，需严格按照施工方案设计的要求进行，及早封闭。