復雜地層地鐵超大斷面隧道施工關鍵技術研究

張業勤

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610081)

復雜地層地鐵超大斷面隧道施工關鍵技術研究

張業勤

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610081)

以深圳地鐵7號線BT項目為例，針對超大斷面隧道施工中存在的小間距、淺埋偏壓及非對稱連拱工況，分析了工程施工的重難點，并通過工程類比與理論研究，提出了不同條件下超大斷面隧道開挖方案和支護措施，確保了施工的安全性。

超大斷面，小間距，淺埋偏壓，數值模擬

近幾年，隨著城市交通的快速發展，涌現了大量超大斷面隧道工程，如北京地鐵西單車站［1］。按照國際隧道協會(ITA)定義的隧道的橫斷面面積的大小劃分標準，大于100 m2的為超大斷面隧道［2］。但是超大斷面隧道工程，由于斷面面積較大，因而工程施工規模也較大，施工技術相對較為復雜，施工工序繁瑣，且國內技術規范相對滯后;開挖方案的選擇主要依靠經驗設計，施工技術措施也是偏于保守，常常導致施工效率低下。因此研究超大斷面隧道施工技術、優化相關施工參數、制定合理的施工措施已經成為隧道工程施工管理的重要內容［3］。中國電建深圳地鐵7號線BT項目是深圳市軌道交通三期工程重大項目之一。地質條件復雜多變，隧道斷面大，雙線隧道最大斷面為275 m2，連拱隧道最大斷面為424 m2。在國內地鐵設計中極為罕見。而且存在多種極端工況，比如超大斷面小間距、偏壓淺埋、非對稱連拱等等。雖然在公路和鐵路工程領域對于類似工程項目已展開研究，并取得了一定的成果［4］，但在地鐵施工領域如此集中成批出現還是首次，因此本次研究具有開拓意義，在國內居領先并具有廣闊的應用前景。

1 超大斷面小間距隧道施工技術

1.1 工程概況

選取深云車輛段出入線SKD1+839.393～SKD2+018.751區間中SKD1+991.700斷面進行研究。本區間地下水位較高，隧道洞室大部分位于地下水位以下。地層以軟弱松散的殘積層為主。且根據所取地下水的水質分析報告，本區間的地下水對鋼筋混凝土結構及鋼筋均具微腐蝕性。

1.2 重難點及對策

1)區間地下水位較高，設計和施工時要注意地下水的不利影響，采取有效的截水、降水措施，防止出現涌水、涌砂等。同時應注意地下水水位的下降，會引起地層固結沉降，進而導致周邊建筑物、地下管線等的破壞。

2)殘積層及全、強風化層遇水容易軟化，隧道開挖后應立即封底，防止其軟化。

1.3 方法和結論

針對超大斷面和小間距等施工中存在的關鍵技術問題，研究主要成果如下:

1)針對該區段隧道，進行了暗挖隧道施工方案的優化，并結合風險評估、案例調研結果認為，結合巖土工程地質條件，采用注漿支護和預應力錨桿加固相結合的方式，進行小凈距隧道施工，充分利用隧道圍巖的自承、自穩能力，保證隧道施工安全，且在工期、投資及環保等方面具備相對較大的優勢。2)通過應力分析認為，在新線隧道和既有隧道的拱頂和拱角部位，采用注漿加固的辦法是比較合適的。3)針對該段隧道，對采用臺階法和全斷面法暗挖施工方案進行了數值模擬分析，結果表明:臺階法和全斷面法可以提高施工便利性，投資等方面，因此采用臺階法和全斷面法施工。4)通過數值模擬分析和拱頂沉降、水平收斂監測數據的回歸分析為后期施工預測提供參考數據，起到了優化設計和指導施工的作用，也為工程的施工積累了經驗。5)基于工程類比和理論分析，提出了隧道開挖的鉆爆法施工方案和支護措施，開挖爆破均采用光面爆破，對爆破震動加以控制，以利于中間巖柱的穩定。施工過程中，隧道圍巖穩定、變形量不大，未發生地表塌陷等事故，保證了施工安全，驗證了本研究成果的正確性。

2 超大斷面淺埋偏壓隧道施工關鍵技術

2.1 工程概況

選取深圳市城市軌道交通7號線7302標安托山停車場出入線ADK1+470.494～ADK1+550.494段為工程背景。場地區屬丘陵地貌，地形起伏較大，地面高程一般為48.50 m～83.00 m。本區段隧道最小埋深不足2.5 m，且隧道左右邊壁埋深相差超過15 m，屬于嚴重偏壓，根據隧道淺埋偏壓程度定義屬于淺埋偏壓，開挖斷面超過200 m2，屬于超大斷面。

2.2 施工重點及難點

該區段隧道跨度大、埋深淺、有偏壓、地質條件復雜，開挖過程中出現坍塌、突水等緊急情況的可能性大，地面沉降難以控制，因此在開挖過程中，施工難度很大，主要表現如下:1)隧道施工對臨近建筑物的影響。地鐵隧道開挖施工時必須保證建筑物的安全和正常使用，保證企業的正常運營和居民的正常生活;2)隧道跨度大，最大斷面寬度15.33 m，為單洞三線隧道，施工工序多、結構繁瑣，受力情況復雜;3)隧道的地質情況復雜，開挖部分為圍巖質量較好的微風化花崗巖，但上部同等級覆層較薄，主要為中等風化花崗巖;4)隧道開挖部分巖質堅硬，需要采用鉆爆法開挖，但爆破對其復雜地層擾動大，需要嚴格控制。

2.3 方法和結論

針對該隧道開挖跨度大、淺埋偏壓施工中存在的關鍵技術問題，主要取得如下成果:1)工法采用左右側壁及中洞分雙層六部分開挖，減小一次開挖面尺寸，保證施工安全進行。2)利用預支護措施及平衡偏壓措施，可有效增強支撐強度和整體穩定性，減少安全費用的投入，很好的解決了超大斷面隧道開挖的安全性問題。3)對該段隧道，采用雙側壁法的暗挖施工方案進行了數值模擬分析，結果表明:雙側壁法可以有效控制圍巖變形并使圍巖變形處在允許范圍內，因此采用雙側壁法施工。4)通過數值模擬分析與實際地表沉降對比，結果表明:考慮地下水影響的數值計算值更加接近現場實測結果，因此說明地下水對隧道施工安全存在著顯著的影響。5)在工程實踐和理論分析的基礎上，提出了鉆爆法施工方案和支護措施，有效地保證了施工過程中隧道上覆地層的穩定性，控制了爆破振動影響。

3 超大斷面連拱隧道施工技術

3.1 工程概況

針對超大斷面連拱這兩個特點，選取標安托山停車場出入線深云—安托山站區間左右線DK9+427.450～DK9+325段進行施工關鍵技術研究。所選區段隧道中線埋深22 m。左右線隧道埋深約26 m，單洞單線隧道。根據隧道開挖揭示地質情況，安托山站北側隧道均以土質為主。

3.2 施工重點及難點

該區段隧道深安區間結構復雜，結構斷面形式多，施工方法多樣，地質條件復雜，開挖過程中出現坍塌、突水等緊急情況的可能性大，地面沉降難以控制，因此在開挖過程中施工難度很大，主要表現在以下幾個方面:1)隧道施工對臨近建筑物的影響。地鐵隧道開挖施工時必須保證建筑物的安全和正常使用，保證企業的正常運營和居民的正常生活;2)隧道跨度大，最大斷面寬度12.23 m，為單洞雙線隧道，施工工序多、結構繁瑣，受力情況復雜;3)隧道的地質情況復雜，開挖部分為圍巖質量較好的微風化花崗巖，但上部同等級覆層較薄，主要為中等風化花崗巖;4)隧道開挖部分巖質堅硬，需要采用鉆爆法開挖，但爆破對其復雜地層擾動大，需要嚴格控制。

3.3 研究結論

針對該隧道開挖跨度大、隧道洞口多，施工中存在的關鍵技術問題，通過研究取得了如下主要成果:1)對該區段隧道，進行了暗挖隧道施工方案的優化，并結合風險評估、案例調研結果認為，采用中隔墻法施工方案來保證隧道施工安全，而且該方法在縮短工期和環保方面優勢顯著。2)針對該區段隧道，通過采用FLAC軟件對中隔墻法的暗挖施工方案進行了數值模擬分析，結果表明:中隔墻法可以控制圍巖變形并使圍巖變形處在允許范圍內。3)采用的中隔墻法施工方案將隧道斷面一分為二，并在隧道斷面中部架設一臨時支撐隔墻，減小了開挖斷面跨度，使斷面受力更合理，從而使隧道開挖更安全、可靠。4)深圳地鐵隧道的監測工作達到了預期效果，通過監測數據得出回歸分析曲線，為后期施工預測提供參考數據，對優化設計和指導施工起到了積極的作用，也為工程的施工積累了經驗。

4 結語

研究針對不同條件下的超大斷面隧道，采用FLAC軟件對暗挖施工方法的各工序進行了數值模擬分析，分析各工序圍巖受力和變形的重點部位，預判變形處允許范圍，綜合考慮施工便利性、投資等多種因素，確定合理施工方案;并基于工程類比和理論分析，提出了不同條件下的超大斷面隧道開挖的施工方案和支護措施，在施工中順利實施，確保了施工安全和地表安全，驗證了研究成果的正確性，總結出有效施工方案，對今后類似工程可提出明確指導。

［1］ 曾慶元.超大斷面淺埋暗挖地鐵車站施工技術研究［D］.西安:西安科技大學，2014.

［2］ 程志鵬.特大斷面超淺埋暗挖地鐵車站隧道施工技術研究［D］.北京:北京交通大學，2009.

［3］ 黃 林.復雜條件下大斷面隧道施工關鍵技術研究［D］.北京:北京交通大學，2015.

［4］ 陳林杰，梁 波，王國喜.淺埋暗挖超大斷面地鐵車站隧道開挖方法研究［J］.地下空間與工程學報，2013(4):928-933.

Study on critical construction technologies of the extra-large section tunnel of the subway with complicated stratum

Zhang Yeqin
(China Hydropower 7th Engineering Bureau Co.，Ltd，Chengdu 610081，China)

Taking Shenzhen subway line No.7 BT project as an example，in light of extra-large section tunnel construction problems，such as small-spacing，shallow-buried and unsymmetrical pressure and non-dynamic continuous arch，the paper analyzes the engineering construction difficulties and points.Through engineering analogy and theoretical research，it puts forward extra-large section tunnel excavation scheme and support measures under different conditions，so as to guarantee the construction safety.

extra-large section，small-spacing，shallow-buried and unsymmetrical pressure，numerical simulation

U455

A

1009-6825(2016)35-0161-02

2016-09-27

張業勤(1974-)，男，高級工程師