淺埋淤泥地層地鐵隧道下穿城市干道技術(shù)研究

周瑞鋒　蘇瑩

【摘 要】結(jié)合深圳地鐵7號(hào)線BT項(xiàng)目7302標(biāo)安托山停車(chē)場(chǎng)出入線下穿北環(huán)大道段隧道暗挖實(shí)例，在淺埋淤泥地層及上覆大流量車(chē)輛荷載的條件下，提出采用了超前雙層大管棚+超前小導(dǎo)管+超前帷幕注漿的超前預(yù)加固綜合支護(hù)措施進(jìn)行超前加固。不僅有效的控制了地表沉降量，而且還確保了上覆城市干道的行車(chē)安全與隧道開(kāi)挖的施工安全，為相似工程支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工提供了借鑒。

【關(guān)鍵詞】淺埋暗挖；大管棚；超前小導(dǎo)管；帷幕注漿；地表沉降；下穿城市干道

0 引言

近年來(lái)我國(guó)城鎮(zhèn)化步伐加快，人們對(duì)公共交通的需求不斷提高，伴隨著各種交通問(wèn)題接踵而至。淺埋暗挖法是一種在接近地表的地下環(huán)境中對(duì)各類(lèi)型地下建筑物暗挖施工的方法。在地下硐室的施工過(guò)程中，可以有效的控制對(duì)地面交通的影響。如何有效加固地層，防止施工過(guò)程中土方坍塌和地表沉降，是淺埋暗挖法的施工要點(diǎn)[1]。本文通過(guò)工程實(shí)例研究如何在淺埋淤泥地層及上覆大流量車(chē)輛荷載的條件下對(duì)地層進(jìn)行超前加固，確保施工過(guò)程中的安全性。

1 工程概況

安托山停車(chē)場(chǎng)出入線左、右線隧道以單洞單線形式下穿北環(huán)大道，左線下穿起始里程為左ADK1+101.00～左ADK1+163.00（長(zhǎng)62m），右線下穿起始里程為右ADK0+655.00～右ADK0+719.00（長(zhǎng)64m）。右線下穿北環(huán)大道段隧道埋深約為12.3m，左線下穿北環(huán)大道段隧道埋深約為11.5m，隧道處于強(qiáng)、中風(fēng)化花崗巖中，設(shè)計(jì)圍巖等級(jí)為Ⅵ級(jí)，隧道頂部為人工堆積層及殘積層。下穿北環(huán)大道施工前，利用地質(zhì)雷達(dá)對(duì)隧道前方圍巖進(jìn)行探測(cè)，探測(cè)結(jié)果顯示左右線下穿段地表以下堆積層中含較多填石，土層松散、部分巖面破碎、部分區(qū)域路面下方存在淤泥等不良地質(zhì)。左右線隧道下穿北環(huán)大道平面示意圖如下圖1所示。

2 超前支護(hù)施工措施

2.1 超前雙層大管棚

管棚采用長(zhǎng)度為40m、直徑φ108的無(wú)縫熱軋鋼管。管棚分段連接而成，管節(jié)長(zhǎng)度為5m。管節(jié)之間通過(guò)絲扣聯(lián)結(jié)而成，絲扣長(zhǎng)度8～10cm。沿隧洞開(kāi)挖輪廓線外25cm處布置雙層管棚，管棚軸間距離為35cm、環(huán)向間距40cm。鋼管縱向近水平外插設(shè)置，外插角為1～2°；φ127管棚導(dǎo)向管，導(dǎo)向墻設(shè)I20a工字鋼架[2]。雙層管棚設(shè)計(jì)圖見(jiàn)圖2所示。

2.2 超前小導(dǎo)管

對(duì)隧道洞頂150°范圍進(jìn)行超前小導(dǎo)管加固，前端做成錐字形，小導(dǎo)管長(zhǎng)為4.5m，直徑？椎42mm。小導(dǎo)管中間部位設(shè)置？椎10mm，間距為20mm的注漿孔。末端焊接？椎8mm的環(huán)形箍筋，在打設(shè)小導(dǎo)管時(shí)減輕對(duì)端部的損害。小導(dǎo)管沿隧洞開(kāi)挖輪廊線以外插角為1°～2°間隔向外傾斜布置，環(huán)向間距為40cm。小導(dǎo)管尾端與鋼拱架連接固定，止?jié){塞用沾有膠泥的麻絲繩澆成的柱狀塞[3]。

本工藝的關(guān)鍵施工技術(shù)是先用噴混凝土封閉開(kāi)挖面，然后沿隧洞開(kāi)挖輪廊線鉆孔，打入小導(dǎo)管，從上而下向小導(dǎo)管內(nèi)注入漿液，由導(dǎo)管滲透到地層中，待漿液硬化后形成隔水帷幕，提高開(kāi)挖安全系數(shù)。注漿開(kāi)始前，應(yīng)進(jìn)行壓水或壓稀漿試驗(yàn)，檢驗(yàn)管路的密閉性和地層的吸漿情況[4]。當(dāng)注漿壓力達(dá)到設(shè)計(jì)注漿量的85%以上時(shí)，可以停止注漿[5]。

2.3 超前帷幕注漿

綜合勘察地質(zhì)資料、超前地質(zhì)預(yù)報(bào)成果，方案設(shè)計(jì)為：由隧道拱部150°布設(shè)的雙層超前大管棚與超前帷幕注漿的徑向4m加固圈共同形成筒狀封閉預(yù)支護(hù)體系。制定超前帷幕注漿施工示意圖如圖2所示。

3 管棚的變形分析

采用雙層超長(zhǎng)大管棚的彈性地基梁受力模型進(jìn)行分析，隧道掌子面通過(guò)雙層管棚時(shí)，在隧道初期支護(hù)后，將其固定端看作是具有初始位移ω和轉(zhuǎn)角θ0[6]。在開(kāi)挖未支護(hù)段，圍巖的松動(dòng)壓力全部由管棚承受，即管棚的最大受力處[7]。管棚力學(xué)模型示意圖如圖8所示。管棚撓曲線方程為：

管棚與初期支護(hù)連接處初始位移ω=9mm，初始轉(zhuǎn)角θ0=1.4°。采用MATLAB軟件進(jìn)行算，分別求得參數(shù)為：M1=0.0065、M2=0.0135、M3=0.0196、M4=0.02。分別代入系數(shù)可得撓度和剪力方程。

由計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)隧道開(kāi)挖一步時(shí)，管棚的最大撓度約為20mm，而實(shí)測(cè)值約為13mm，比實(shí)測(cè)值大，主要是由于本文的管棚以單根鋼管為研究對(duì)象，當(dāng)管棚作為雙層管棚時(shí)相互之間形成重疊組合效應(yīng)，進(jìn)而更好地控制圍巖的松動(dòng)和地表沉降。管棚受力最大處和最大變形處發(fā)生在隧道開(kāi)挖未支護(hù)段，要及時(shí)施作好初期支護(hù)，使管棚與初支共同承擔(dān)圍巖壓力，提高隧道施工安全性。

4 地表監(jiān)測(cè)

對(duì)于地鐵施工中的淺埋淤泥地層隧道，由于隧道開(kāi)挖施工，破壞了巖土體原有的應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致隧道周?chē)鷰r土體應(yīng)力釋放，在隧道凈空方向上，巖土體將產(chǎn)生位移變形，當(dāng)變形影響至地表時(shí)，便形成施工沉降槽，誘發(fā)較大的地表沉降，對(duì)行車(chē)路面及地表建筑物造成一定程度的損傷。

監(jiān)控量測(cè)是監(jiān)控地表沉降，評(píng)價(jià)圍巖穩(wěn)定性的重要手段。隧道施工期間，于每個(gè)斷面橫通道地表監(jiān)測(cè)布設(shè)9個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示，地表沉降最大值位于左ADK1+130.00處斷面上，斷面上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累積沉降值符合施工沉降槽的變化規(guī)律，其中沉降最大的點(diǎn)出現(xiàn)在橫通道中心的監(jiān)測(cè)點(diǎn)F0處，最大值為19.32mm，其值在安全允許范圍內(nèi)。由圖8所示的F0、F1、F7三個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的地表沉降值隨時(shí)間的變化規(guī)律可知，土體在開(kāi)挖過(guò)程中，開(kāi)始時(shí)沉降速率大，隨著注漿加固和支護(hù)的增強(qiáng)，沉降逐漸趨于穩(wěn)定，保證了施工安全。表3為左ADK1+130.00處斷面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)最大沉降值。

5 結(jié)語(yǔ)

（1）淤泥質(zhì)地層條件下，淺埋暗挖隧道的施工關(guān)鍵是建立良好的預(yù)支護(hù)體系：超前支護(hù)可由雙層超前大管棚、超前小導(dǎo)管和超前帷幕注漿組合而成。不但使拱頂預(yù)先形成加固的保護(hù)環(huán)，而且形成止水帷幕以阻截上覆淤泥滲水，改善圍巖物理力學(xué)性能。

（2）通過(guò)科學(xué)的組織和精細(xì)的施工，在埋深淺、圍巖等級(jí)低的條件下，采用礦山法施工，順利解決了下穿北環(huán)大道的施工難題，確保了既有公路的運(yùn)營(yíng)安全和隧道的施工安全，為城市地鐵下穿既有公路提供了成功實(shí)例和借鑒經(jīng)驗(yàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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[責(zé)任編輯：曹明明]