17地铁大断面单洞重叠浅埋暗挖隧道开挖施工技术.docx
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17地铁大断面单洞重叠浅埋暗挖隧道开挖施工技术
地铁大断面单洞重叠浅埋暗挖隧道开挖施工技术
周军
盾构分公司
摘要：
大断面浅埋暗挖单洞重叠隧道在国内尚属罕有，本文通过广州轨道交通五号线动物园站暗挖隧道开挖实例，对大断面浅埋暗挖单洞重叠隧道开挖施工技术做以介绍，以资借鉴。
关键词：
浅埋暗挖单洞重叠隧道开挖
一、工程概况
本工程暗挖隧道位于广州市交通骨干道环市东路下，道路南边为16层的国际高尔夫大厦、25层的东兴大厦，北边为广州动物园，西边为8层的广州地质调查局等，东边为内环路高架，地面交通忙碌。
隧道起点里程为YDK12+，终点里程为YDK12+，总长。
详见图1：
1．地质及水文地质情形
依照勘探揭露的地层按时期、成因和岩性整体上为二元地层，即上部为冲-洪积和风化残积地层，下部为白垩系陆相沉积的以红色为主的泥质粉砂岩和砾岩组成的基岩层。
由上而下，岩土分层特点分述如下：
人工填土层<1>、冲－洪积粘性土层<4-1>、塑状残积土粉质粘土＜5-1＞、硬塑～坚塑状风化残积岩粉质粘土层＜5-2＞、岩石全风化带<6>、岩石强风化带<7>、岩石中等风化带<8>、岩石轻风化带<9>
由于本场地的地貌单元属珠江三角洲冲~洪积地带，地形较平坦，本场地的稳固地下水位埋深整体转变不大，水位埋深处于~之间，地下水类型要紧为上层滞水和基岩裂隙水，依照前期施工情形揭露，基岩裂隙水比较发育。
2．设计情形
暗挖隧道工程要紧包括Ⅱ、Ⅲ号施工竖井、两个横通道、主隧道和东端风道，暗挖主体隧道左右线叠加布置，为一单洞隧道，左线在上右线在下，隧道标准断面开挖跨度，开挖高度，最大开挖跨度为，最大开挖高度为。
横通道开挖跨度，开挖高度。
隧道设计采纳CRD法分8部开挖施工，超前支护采纳φ108大管棚和φ42小导管超前注浆，初期支护采纳φ42锚管（φ22砂浆锚杆）、格栅钢架、和C2五、S6喷射混凝土联合支护；二次衬砌采纳600mm厚C30、S10聚合物钢筋混凝土。
隧道标准断面图见图2。
隧道设三道临时横向支撑和一道竖向中隔壁，间距，临时支撑及中隔
壁均采纳I22b工字钢，双层钢筋网片，喷设25cm厚C2五、S6砼。
3．施工重点及难点
1）隧道埋深浅，开挖高度高、跨度大，且地层岩性上软下硬，开挖施工难度大。
2）工序转换频繁，由竖井转横通道、横通道转正洞的转换施工是一个受力复杂的转化体系，是本工程施工的一个操纵难点。
3）明挖基坑与暗挖主体隧道间距小，且隧道先于明挖基坑施工，待明挖基坑施工时，必将将对围岩造成二次扰动，应力将从头散布，施工平安风险大。
4）隧道临时支撑复杂，确信分区破除支护，增强监测，完成二衬施工，是确保施工和结构平安的技术难点之一。
5）结构复杂，防水板接头、各水平、纵向施工缝多，临时中间立柱与主体结构的防水，主体结构与附属结构接口的防水，如何保证车站的防水质量是本工程的另一技术难点。
7）隧道位于环市东路下面，交通忙碌，且周边建筑较多，隧道施工操纵地表沉降、保证周边建筑物的安满是本工程的施工技术难点之一。
8）本工程招标动工日期为2005年3月1日，完工日期为2007年9月1日，关键工期为2007年1月15日，完成暗挖隧道二衬知足盾构过站要求。
由于场地移交问题，工程实际动工日期为2005年8月10日，推延动工时刻5个半月，工期压力超级大。
二、隧道施工方案
按新奥法原那么并结合采纳浅埋暗挖法组织施工,并认真研究本工程所处的特殊周边环境,及地质、水文条件,针对性地采取靠得住的技术方法以操纵地下水流失和地层变形。
1．竖井转横通道、横通道转主隧道施工
竖井进横通道、横通道进主隧道均存在破除原有支护体系成立新的受力体系的转换进程，施工中均设置马头门，为确保施工平安，在施工中采取如下方法：
（1）结构上增强处置
竖井进横通道马头门采纳加密格栅，破除竖井围护桩时预留钢筋，横通道格栅与桩的预留钢筋焊接牢固，保证结构受力平安。
横通道进主隧道马头门均采纳暗梁，横通道开挖时，在与主隧道连接位置外扩600mm，格栅架立时，在外扩范围内设置弧形纵向连接筋并加密，喷射砼后形成第一道临时暗梁，尺寸为350*400mm。
隧道管棚和小导管施工完成后，施工管棚连接梁，将单根管棚连接成整体，对隧道洞门进行增强，保证隧道洞门破除时结构平平稳固。
测量拱部暗环梁的结构位置，不拆除横通道中隔壁、临时仰拱，在主隧道洞门处开槽，自上而下按CRD法施工450*500mm的增强环梁,与临时横撑连接形成封锁环，对洞门进行增强，保证结构平安靠得住。
（2）预做超前支护和预加固马头门围岩
竖井进横通道马头门：
先破除横通道超前大管棚施工范围内围护桩，按设计和标准要求做好大管棚和小导管的施工，加固地层，保证破口平安。
横通道进主隧道马头门：
在施工临时暗环梁时预埋超前管棚套管，破除横通道初支前按设计和标准要求做好大管棚和小导管的施工，加固地层，保证破口平安。
（3）开口施工化大为小，环行开挖，快速封锁
在横通道马头门破口时，依照台阶工法要求的施工顺序，分块破口施工，分块掘进，并迅速破除开口部份初期支护，掘进3～4米后，开始下一块破口施工。
主隧道马头门破口时，上部按CRD法进行施工，下部按台阶法施工，横通道双侧主隧道洞门按前后顺迅分开进行施工，一侧主隧道进洞8~10m后，主隧道上断面有持续6榀以上初支封锁且破洞处沉降稳固后,方可再进行另一侧主隧道洞门的施工，保证结构平安。
（4）破口进程中增强监测，在马头门处埋设拱顶下沉、周边收敛及钢筋计，增强监控量测，确保施工平安。
竖井转横通道施工程序图 图3
序号
图示
施工步骤及技术措施
1
（1）开挖竖井、依次施工混凝土环撑，至第三道支撑；
（2）测量、放线，破除管棚、小导管施工范围内的围护桩。
（3）施工横通道超前管棚和小导管。
2
（1）测量、放线，破除1号台阶位置的围护桩（预留20cm长的钢筋），密排架设3榀格栅，格栅与预留钢筋焊接，挂网喷射混凝土。
（2）开挖1号台阶，每循环，及时支护。
4
（1）1号台阶开挖2～3m后，测量、放线，破除2号台阶位置的围护桩，密排3榀格栅、临时型钢支撑，喷射混凝土，封闭成环。
（2）开挖2号台阶，与1号台阶保持2～3m的距离，及时支护，保证结构安全
3
（1）1、2号台阶开挖完成后，开挖竖井土方至3号台阶位置；
（2）破除3号台阶内的围护桩，架设3榀格栅，喷射混凝土，及时封闭成环。
（3）开挖3号台阶，预留核心土，先架设两侧的格栅，每循环。
4
（1）3号台阶开挖2～3m后，开挖竖井土方至4号台阶位置，测量、放线，开挖4号台阶马头门，密排3榀格栅、临时型钢支撑，喷射混凝土，封闭成环。
（2）开挖4号台阶，与3号台阶保持2～3m的距离，及时支护，保证结构安全
5
（1）同理，依次进行竖井开挖和横通道开挖，完成横通道马头门施工。
横通道转主隧道施工程序图 图4
序号
图示
施工步骤及技术措施
1
1．在横通道开主隧道范围内，变更初衬曲墙形式为直墙形式。
首先将横通道拱部及下部仰拱开挖外扩600mm,拱部A型格栅弧度略做调整，下部B~F型格栅采用22b工字钢。
2.横通道开挖时，沿主隧道开挖轮廓外400mm范围内的格栅处加密纵向连接筋，并采用直径10mm钢筋作为箍筋，与格栅一同喷射砼，以随横通道开挖逐渐在主隧道开挖范围外形成第一道暗梁。
暗梁内预埋150mm大管棚孔口管。
2
做好破洞前的准备：
1、横通道上断面第一、二层临时横撑、中隔壁支撑到位，横撑及中隔壁纵向连接筋到位，网喷成平台。
2、所有加密注浆、锁脚锚杆、大管棚打设注浆充分。
3、管棚连接梁施工完成。
3
1、破除I号导洞初支，喷筑加强环梁①,留设接驳钢筋，打设纵向45度锁脚锚杆；
2、架设稳定撑2I22b工字钢②、③,并与横通道第一层临时横撑焊接网喷成工作平台
4
1、破除Ⅱ号导洞初支，喷筑加强环梁④（含牛腿）,架设稳定撑⑤⑥，同步骤2。
5
1、破除Ⅲ号导洞初支，喷筑加强环梁⑦,架设稳定撑⑧，同步骤2。
6
1、破除Ⅳ号导洞初支，喷筑加强环梁⑨（含牛腿）,架设稳定撑⑩，同步骤2。
2、完成步骤5后可上断面破进主隧道，迅速与主隧道临时横撑,中隔壁通过纵向连接筋网喷成整体后，可开挖另一侧主隧道。
7
1、按CD法分别破除Ⅴ、Ⅵ导洞初支，施工加强环梁和稳定撑，完成横通道进主隧道的施工转换。
2．洞身开挖施工
本隧道拱部以下为<5-2>粘土层，密实无水，自稳性好，下部为强风化、中风化至轻风化岩层，地质情形较好。
依照本隧道的结构尺寸及地质情形，在保证平安质量的前提下，为加速施工进度，变更原设计CRD法8部开挖，临时仰拱及中隔壁紧跟开挖面为8部台阶法开挖，临时仰拱紧跟开挖面，中隔壁相对滞后5-6m，知足机械施工要求，开挖步骤见图5：
图5隧道台阶法施工示用意
第一按台阶法进行①、②号台阶开挖，台阶错开2～3m，①、②号台阶开挖到底后，再按上述方式别离进行③④、⑤⑥、⑦⑧号台阶开挖。
循环进尺操纵为。
开挖采纳小型挖掘机进行，上部粘土层处采纳人工刷帮，下部岩石采纳微震动爆破技术开挖。
施工中要充分利用围岩的自稳时刻,快速开挖、快速封锁,确保隧道平安,掌子面开挖后,及时进行掌子面初支面初喷砼和排水,幸免岩石风化、潮解而降低强度,初支结构及时封锁,依照监控量测情形,台阶及时设立临时仰拱,操纵变形进展。
爆破施工,要进行爆破参数和爆破振动效应实验进行爆破噪声监测,依如实际情形不断调整钻爆参数。
碴土采纳小型农用车水平运输至竖井，井架电动葫芦垂直提升卸至碴池。
3．隧道超前支护
本隧道超前支护采纳拱部φ108注浆管棚，长度别离为22m和50m。
隧道拱、边墙采纳φ42超前注浆小导管。
管棚施工采纳入口设备，在洞口处一次完成，洞内再也不设工作室。
1）超前管棚施工：
φ108注浆管棚布置在拱部,环向间距为0.5m，外插脚1°，采纳φ108×8mm热轧无缝钢管，管棚分节安装，两节之间采纳丝扣连接，丝扣螺纹长度大于150mm，相邻两根钢管的接头要错开，其错开长度不小于。
沿管壁钻φ10压浆孔@200，梅花型布置。
钢管前导端加工成尖形，以利于入孔；后部孔口端2m范围不钻注浆眼，以利于封锁孔口进行压浆。
采纳标号水泥，按水灰比：
1～1：
1配制纯水泥浆。
浆液固结体抗压强度为M20。
注浆压力为~
2）φ42小导管超前注浆：
超前小导管采纳42无缝钢管,管长,搭接1.0m,外插角12°,注浆管一端做成尖形,另一端焊上铁箍（φ6钢筋）,沿管壁钻φ8压浆孔@150，梅花型布置，钢管前导端加工成尖形，以利于入孔；后部孔口端范围不钻注浆眼，以利于封锁孔口进行压浆。
地层松软用游锤或手持风钻直接将小导管打入,岩层较硬时先钻孔,后用风镐顶进。
喷5cm厚混凝土封锁掌子面，后冲清洗管内积物再注浆,注浆顺序由下向上,注浆采纳水泥—水玻璃双液浆,注浆压力为～,先施工单序号孔,后施工双序号孔,当注浆压力增加比较快,且>时,或注浆量达到设计注浆量的1.2倍时,终止注浆。
4．隧道系统支护
1）格栅钢拱架安设。
暗挖隧道格栅钢架统一采纳主筋为4φ25的钢筋格栅钢架,首榀格栅钢拱架加工后进行试拼,经查验合格后进行批量生产,开挖轮廓检查无误后,对开挖面进行初喷5cm厚砼封锁岩层,拱架底脚处虚碴清理完毕,用喷浆料调平后,开始安装钢拱架。
钢筋格栅组装后应在同一平面内,并垂直线路中线,钢筋格栅与壁面应楔紧,每片钢筋格栅节点及相邻格栅纵向必需别离连接牢固。
2）暗挖隧道拱部采纳系统注浆锚管，长3.5m，间距为×梅花形布置,注浆采纳水泥—水玻璃双液浆,施工工艺同超前小导管注浆。
边墙部份采纳φ22砂浆锚杆锚杆长为3.5m,间距×，锚杆按设计要求提早加工，依照设计位置布眼、钻孔，加工好的锚杆及锚杆孔要符合规范要求。
采纳YT-28风钻成孔，成孔后用高压水将钻孔内石粉冲洗干净，然后注浆机注砂浆，将锚杆用风钻杆顶进（用去掉回转轮的凿岩机配特制锤头打入）、锚固。
（3）喷射混凝土施工。
隧道内喷砼采纳分两次施工,第一次先初喷5cm,封锁开挖面,拱架安装后,侧向锚杆安设完毕后,再复喷至设计厚度。
喷砼采纳砼喷射机进行喷射作业,滚筒式搅拌机拌制混合料。
喷射作业分段、分片、分层,由下而上,依次进行。
5．临时支撑架设
为确保重叠隧道开挖初支时期侧墙的稳固,暗挖隧道共设置三道横向支撑,支撑采纳I22b工字钢，支撑间设纵向连接筋和钢筋网，并喷25cm厚C25砼,其起到临时横向支撑及临时仰拱作用；每道支撑均采纳螺栓与格栅钢架上垫钢板进行连接，保证下台阶施工时,初支受力良好,幸免初支处于悬空状态,避免初支下沉过大。
6．隧道施工运输
暗挖隧道通过两个施工竖井进行施工,竖井提升系统采纳井架，配备2个10t电动葫芦提升吊斗转载出碴及材料运输。
隧道洞内出渣采纳无轨运输，配备2台小型机动运输车水平运输至竖井底料斗,再由井架垂直吊运土斗至临时碴土集中外弃。
其他施工材料通过竖井口电动葫芦吊运至各施工台阶级,人工运至工作地址,喷浆料通过输料管输送至运输车内,然后再运至施工地址。
三、目前施工进展及施工监测情形
目前要紧在进行横通道和隧道的开挖支护，2个横通道已完成了上半断面的开挖，主隧道正在进行一、2号台阶的开挖。
拱顶最大沉降量为，收敛最大为，均在设计标准予诺内，施工处于平安可控状态。
从监测结果分析，拱顶下沉最大时，发生在A型格栅架设后B型格栅架及临时仰拱架设前，在B型格栅及临时仰拱架设后沉降速度明显变慢，成收敛趋势；隧道周边收敛没有明显转变。
各项监测指标均未超出设计及标准要求，监测图表见以下图。
四、终止语
城市地铁单洞双层重叠隧道,设计和施工在国内尚属罕有,同单线隧道的施工相较,其砌衬施工、防水施工、监控量测等工艺都更为复杂,由于施工进度缘故，目前仅进行了少部份隧道开挖，在此仅讨论了开挖时期的施工工艺。
前期隧道开挖施工的顺利进行,为后期隧道施工提供了依据，也对尔后同类隧道设计、施工提供了范例，具有必然的参考价值。
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