城市地鐵雙聯(lián)拱暗挖隧道偏洞法施工技術(shù)

黃章君

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北三河 065201)

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深圳地鐵5號線西麗站為了方便與7號線換乘，設(shè)計(jì)為側(cè)式站臺，為與區(qū)間單洞單線曲線隧道銜接，設(shè)了一段不對稱的雙聯(lián)拱隧道過渡。為了解決不對稱雙聯(lián)拱隧道在施工中的偏壓問題，設(shè)計(jì)采用了偏洞法施工。由于偏洞法在地鐵施工中工程實(shí)例較少，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)也很少，在西大區(qū)間雙聯(lián)拱隧道偏洞法施工中遇到了不少問題。筆者參考西大區(qū)間偏洞法的設(shè)計(jì)，結(jié)合施工中的親身經(jīng)歷，對偏洞法施工進(jìn)行了總結(jié)。

1 工程概況

1.1 設(shè)計(jì)概況

深圳地鐵5號線西大區(qū)間礦山法暗挖隧道為西麗站至區(qū)間左、右線盾構(gòu)吊出井之間范圍，右線起訖里程DK11+489.363～+886.3，隧道長396.937 m;左線起訖里程DK11+489.363～+910.323，隧道長420.957 m，平面布置見圖1所示。其中，西麗站(側(cè)式站臺)與分離式區(qū)間隧道之間，設(shè)96.4 m左右不對稱的雙聯(lián)拱隧道過渡銜接，設(shè)計(jì)為復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，共分4種隧道斷面形式，支護(hù)參數(shù)見下表1，采用偏洞法施工。

圖1 西大區(qū)間工程項(xiàng)目平面示意圖Fig.1 Plan layout of the project

1.2 工程地質(zhì)

本區(qū)間地形較為平坦，高程13.2～14.1 m，上部主要為沖洪積沉積的黏性土、砂層和圓礫層，地表為人工填土層，道路表層有混凝土路面、瀝青路面。區(qū)間隧道所穿越地層主要為強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖和粉質(zhì)黏土層，地質(zhì)條件差，強(qiáng)度較低，遇水后軟化，自穩(wěn)性差，部分地段拱頂為砂層，該地層沉降反映明顯，地表沉降量不易控制。地質(zhì)剖面見圖2。

表1 雙聯(lián)拱隧道支護(hù)參數(shù)表Table 1 Supporting parameters of doublearch tunnel

圖2 西大區(qū)間礦山法暗挖隧道地質(zhì)剖面圖Fig. 2 Geological profile of mined tunnel at Xili－Daxuecheng section

1.3 水文地質(zhì)

本場地地下水主要有松散巖類孔隙水及基巖裂隙水?？紫端饕x存在第四系黏性土、砂層、圓礫層及殘積層中，砂層、圓礫層中地下水略具承壓性。基巖裂隙水主要賦存在花崗巖強(qiáng)－中風(fēng)化層中，略具承壓性?？辈炱陂g地下水位埋深2.3～7.6 m，水位高程5.46～11.06 m，水位變幅0.5～2.0 m。地下水補(bǔ)給來源主要為大氣降水、河水及地表水的滲透，地下水與河水互補(bǔ)，存在水力聯(lián)系。

1.4 周邊環(huán)境

雙聯(lián)拱隧道位于留仙大道與沙河西路交叉的十字路口，地面交通繁忙，人、車流量大，地下密布電力、電信、燃?xì)?、供水、路燈、雨水、污水等地下管線，特別是右線隧道拱頂上方有1條平行于隧道的廢棄雨水箱涵(8.4 m寬×1.6 m高，涵底埋深約4.5 m)和2條垂直于隧道的源水管(里程YDK11+518.4處φ2 200 mm源水管，埋深在地面以下7 m;里程YDK11+521.4處φ800 mm源水管，埋深在地面以下6 m)。施工時必須采取有效措施，保證地下管線和地面交通安全。

2 偏洞法施工步序

先行開挖小偏洞，接著施作小偏洞二次襯砌，建立起支撐體系，待小偏洞二次襯砌結(jié)構(gòu)達(dá)到一定強(qiáng)度后，開挖大偏洞，然后施作大偏洞二次襯砌，封閉成環(huán)。4－4斷面施工步序見表2。

3 主要施工方法、施工工藝

3.1 開挖支護(hù)施工

3.1.1 小偏洞開挖支護(hù)

雙聯(lián)拱小偏洞采用“CRD工法”施工，分4部開挖，每部之間的距離為5～10 m。每部又分上下臺階法施工，每循環(huán)開挖進(jìn)尺嚴(yán)格按設(shè)計(jì)施作，開挖時嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”18字方針，見圖3。

圖3 小偏洞1部開挖Fig.3 Part 1 excavation of small sub－tunnel

3.1.2 大偏洞開挖支護(hù)

雙聯(lián)拱隧道小偏洞二次襯砌施工完成一段并達(dá)到一定強(qiáng)度后，開挖大偏洞。1－1，2－2，3－3斷面大偏洞采用臺階法施工(中部設(shè)臨時仰拱)，見圖4;4－4斷面大偏洞采用“CRD工法”施工，其余施工方法同小偏洞。

3.2 二次襯砌施工

3.2.1 小偏洞二次襯砌施工

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小偏洞開挖支護(hù)完成后，開始由洞口向洞內(nèi)分段破除臨時中隔墻和臨時仰拱混凝土，并加強(qiáng)地表沉降和洞身初期支護(hù)變形監(jiān)測，收集臨時支撐混凝土破除工況下的變形數(shù)據(jù)。監(jiān)測信息反饋，臨時支撐混凝土破除后，地表沉降和初支變形速率沒有明顯變化;所以決定一次性破臨時中隔墻和臨時仰拱混凝土，保留鋼支撐和連接筋。然后分段拆除臨時支撐，施作小偏洞底板、中隔墻直墻、中隔墻天梁、拱部二次襯砌，分段長度為9 m一組，形成平行流水施工。為了確保拆撐后初期支護(hù)的安全，臨時鋼支撐拆除超前拱部二次襯砌不大于18 m。中隔墻采用組合鋼模板立模，方鋼+穿墻對拉絲桿加固，見圖5。1－1，2－2，3－3斷面小偏洞拱部采用整體液壓模板臺車襯砌，見圖6。4－4斷面小偏洞拱部采用可調(diào)簡易模板臺架+梳型木+可調(diào)弧形鋼模板進(jìn)行襯砌，見圖7。

3.2.2 大偏洞二次襯砌

雙聯(lián)拱大偏洞開挖完成后，同理，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)，一次性拆除小偏洞邊墻初期支護(hù)和臨時仰拱進(jìn)行大偏洞的二次襯砌。然后由洞內(nèi)向豎井口施工大偏洞二次襯砌，二次襯砌分底板和拱墻二次澆筑，底板每段襯砌長度20 m，1－1，2－2斷面大偏洞拱墻整體液壓模板臺車襯砌，該臺車?yán)眯∑茨０迮_車更換頂模改裝，模板臺車長度9 m，拱墻每次澆筑長度為臺車長度。3－3，4－4斷面大偏洞采用可調(diào)簡易模板臺架+梳型木+可調(diào)弧形鋼模板進(jìn)行襯砌。成型后的雙聯(lián)拱隧道見圖8。

雙聯(lián)拱隧道3－3，4－4斷面模板支撐圖見圖9和圖10。

圖10 4－4斷面模板支撐圖Fig.10 Formwork supporting at 4 － 4 cross－section

4 施工中遇到的問題和處理措施

4.1 小偏洞開挖過程中，地表沉降過大

2009年10月6日，小偏洞①部開挖至DK11+510，②部開挖至DK11+520，③部開挖至DK11+515，④部開挖至DK11+520。通過監(jiān)測表明:地表沉降速率明顯加快，最大值達(dá)到－21.75 mm/d，地表沉降累計(jì)最大值達(dá)－157.03 mm，洞內(nèi)拱頂沉降和凈空收斂速率也明顯加快，達(dá)到橙色預(yù)警。

4.1.1 原因分析

1)新增豎井至西麗站間區(qū)間雙聯(lián)拱隧道位于留仙大道與沙河西路路口，交通繁忙，無法施作降水井，不具備降水條件，而隧道開挖地層主要為強(qiáng)風(fēng)化花崗片麻巖和粉質(zhì)黏土層，地質(zhì)條件差，且地下水豐富，補(bǔ)給充足;開挖過程中地下水自掌子面滲流而出，且有明水成股流出，造成開挖面土體遇水軟化，強(qiáng)度和承載力大大降低，造成土地失穩(wěn)，出現(xiàn)小坍塌，個別地方還出現(xiàn)了涌泥涌砂，引起大量水土流失，造成拱頂及地表沉降過大;

2)開挖分部多，每部又分上下臺階開挖，而工期緊，為搶工期，各部錯開距離較小，有時候只有1～2 m，在同一個區(qū)段多個工作面同時開挖，出現(xiàn)各工作面開挖沉降疊加，引起沉降速率過大;

3)開挖分部多，初期支護(hù)支全斷面封閉時間長，造成拱部回填注漿滯后，不能及時回填初期支護(hù)背后空隙，阻斷初期支護(hù)外地下水滲入洞內(nèi)，初期支護(hù)拱頂?shù)叵滤罅苛魇В鸬乇沓两怠?/p>

4.1.2 處理措施

1)立即掛網(wǎng)噴混凝土封閉全部開挖面，進(jìn)行TSS管注漿加固;

2)暫停部分導(dǎo)洞開挖，各導(dǎo)洞步距控制5～10 m，各導(dǎo)洞上臺階開挖長度控制在4榀鋼架間距，各導(dǎo)洞初期支護(hù)盡早封閉成環(huán);

3)及時進(jìn)行初期支護(hù)背后回填注漿，有效控制地表下沉。

4.1.3 實(shí)施情況

按以上技術(shù)措施實(shí)施后，有效控制了地表沉降，控制了險情。在后續(xù)的施工中對開挖面的水提前引排，嚴(yán)格控制各導(dǎo)洞施工步距，步步成環(huán)，同時縮短每循環(huán)開挖面的封閉時間，地表沉降速率較已施工段有明顯降低，但最大累計(jì)沉降仍然達(dá)到80 mm。

4.2 隧道滲漏水較多，防水效果不理想

雙聯(lián)拱隧道防水施工一直是一項(xiàng)施工難題，區(qū)間隧道二次襯砌全部封閉后，中隔墻天梁施工縫、邊墻水平施工縫和大跨以下邊墻滲漏水嚴(yán)重。

4.2.1 原因分析

1)兩側(cè)隧道拱頂背后滲水均匯集在中隔墻頂，加上地鐵防水不允許引排，二次襯砌全部封閉后形成水囊，一直有水;

2)中隔墻天梁施工時，預(yù)留的大偏洞施工縫緊貼初期支護(hù)，無法安裝止水帶，且大偏洞二次襯砌施工前需破除該處小偏洞初期支護(hù)，防水板保護(hù)和修補(bǔ)困難;

3)拱墻襯砌澆注時，潤滑輸送泵管的水和砂漿全部入模，水和砂漿混合后產(chǎn)生離析、泛砂，造成施工縫全是離析的水泥砂漿，密實(shí)度差，抗?jié)B能力差;

4)模板臺車振搗窗口設(shè)計(jì)不合理，大跨以下沒有混凝土振動窗口，造成大跨以下不能用插入式振動棒振搗，混凝土密實(shí)度差。

4.2.2 處理措施

1)小偏洞中隔墻天梁與小偏洞拱部混凝土一次性澆筑，減少小偏洞一道施工縫的防水薄弱環(huán)節(jié);

2)小偏洞中隔墻天梁施工時，大偏洞施工縫釘小方木條，預(yù)留凹槽，便于大偏洞二次襯砌施工時安裝止水帶;

3)大偏洞施工縫和拱頂預(yù)埋注漿鋼管，二次襯砌混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，盡量多注水泥漿，填充縫隙，達(dá)到理想的止水效果;

4)加強(qiáng)混凝土澆注的現(xiàn)場管理，潤滑管道的水和多余水泥砂漿不得入模;

5)優(yōu)化臺車開窗設(shè)計(jì)，大跨以下和大跨處增設(shè)一排振搗窗口。

4.2.3 實(shí)施情況

雙聯(lián)拱隧道4－4斷面和后施工的大偏洞按以上技術(shù)措施改正后，隧道襯砌滲漏水點(diǎn)、滲水量情況有了明顯改觀，但中隔墻處滲漏水仍然無法消除。

4.3 雙聯(lián)拱隧道襯砌方案的革新

本區(qū)間的雙聯(lián)拱隧道長95.3 m，有4種斷面形式，且左右多不對稱，單洞斷面共有6種，按傳統(tǒng)的二次襯砌方案，采用滿堂紅鋼管架+組合小鋼模板襯砌，鋼管支架和模板投入多，安拆工作量大，施工進(jìn)度慢，且小模板觀感質(zhì)量相對較差。針對該雙聯(lián)拱隧道斷面變化多的特點(diǎn)，進(jìn)行了專題調(diào)研優(yōu)化，對方案進(jìn)行了革新，制訂了整體液壓模板臺車和可調(diào)簡易模板臺架+梳型木+可調(diào)弧形鋼模板相結(jié)合的二次襯砌施工方案。該方案臺架可以像模板臺車一樣移動，每種襯砌斷面只需搭拆一次，大大節(jié)省了鋼管架、梳型木、鋼模板搭拆時間和降低了工人的勞動強(qiáng)度。同時，臺架下預(yù)留了通道，仰拱施工、拱墻鋼筋安裝與模板臺車襯砌可形成平行流水作業(yè)，拱墻襯砌進(jìn)度指標(biāo)由7 d/組提高到2～3 d/組，縮短了工程施工周期，減少了人工投入和鋼管支架、模板一次性投入，降低了施工成本;而且，可調(diào)弧形模板均為大模板，弧度可調(diào)，拼縫錯臺小，襯砌結(jié)構(gòu)輪廓線圓順，整體觀感質(zhì)量較好。

5 結(jié)論

1)在深圳全風(fēng)化、強(qiáng)風(fēng)化混合花崗巖和粉質(zhì)亞黏土地層中，隧道埋深在地下水位以下，開挖引起地表沉降較大，地表有條件實(shí)施地面降水的應(yīng)進(jìn)行地面降水，保證在無水條件下施工，這是確保暗挖隧道施工安全和周邊環(huán)境安全的前提條件。

2)在二次襯砌斷面較多的雙聯(lián)拱隧道，采用可調(diào)簡易模板臺架+梳型木+可調(diào)弧形鋼模板襯砌方案，施工觀感質(zhì)量、進(jìn)度、成本等均優(yōu)于傳統(tǒng)的滿堂紅鋼管架+組合小鋼模板襯砌方案，值得推廣應(yīng)用。

［1］ GB 50157—2003地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2003.

［2］ GB 50299—1999地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，1999.

［3］ GB 50086—2001錨桿噴射砼支護(hù)技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2001.

［4］ GB 50108—2001地下工程防水技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2001.

［5］ GB 50208—2002地下防水工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2002.

［6］ GB 50204—2002混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范［S］.北京:中國計(jì)劃出版社，2002.