砂卵石堆積層淺埋暗挖法隧道近距離下穿深基坑技術研究與應用

王鑫平

摘 要：因地鐵隧道施工受地質、水文、管線、構筑物（建筑物）影響，必須依靠理論和實踐經驗，科學合理的正確評價開挖后圍巖動態，把施工風險控制在安全范圍內，本文主要針對無黏結砂卵石堆積層暗挖隧道近距離垂直下穿風險源時施工技術、風險控制的研究和應用，通過監測數據反饋，該施工技術、風險控制措施安全可靠，通用性強，可為同類工程提供參考和借鑒。

關鍵詞：超前加固；工況計算；荷載；三層臺階法；監控量測

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A

0.引言

隨著城市地下交通工程的快速發展，我們所遇到的施工環境愈發復雜化、多樣化，施工方法的更新、改進也同樣靈活。因地鐵隧道施工環境主要集中在市區，受地質、水文、管線、構筑物（建筑物）影響，必須依靠理論和實踐經驗，科學合理的正確評價開挖后圍巖動態，把施工風險控制在安全范圍內，本文主要闡述隧道暗挖與深基坑主體工程同期施工中，針對無黏結砂卵石堆積層暗挖隧道近距離垂直下穿風險源時施工技術、風險控制的研究和應用，并形成了一定的實踐成果，達到預期目標，可為同類工程提供參考。

1.工程概況

蘋果園南路站～西黃村站區間（蘋西）線路起點位于蘋果園南路站東端。右線里程XK3+124.250～XK4+611.565，右線長度約1487.315m。區間采用淺埋暗挖法施工，采用單線單洞馬蹄形斷面、復合襯砌結構，寬6400mm，高6850mm。初期支護為格柵鋼架網噴C20混凝土支護，標準段厚度250mm。二次襯砌采用C40P12抗滲混凝土，區間標準段厚度300mm。本里程段所穿越的地層為⑨卵石層，最大粒徑不小于320mm，一般粒徑30mm～70mm，亞圓形，粒徑大于20mm顆粒約占總質量的70%，中粗砂、黏性土填充，局部存在無黏結密集砂卵石及粉細砂層。地下水位標高位于隧道底板以下約10m，所以地下水不會對施工造成影響。

蘋西區間右線里程XK3+970～XK4+070與左線里程XK3+980～XK4+010垂直下穿在建工程石景山文化中心，如圖1所示。石景山文化中心建筑高度42m，其中地上8層，地下3層，鋼筋混凝土結構，筏板基礎，區間隧道下穿前石景山文化中心已完成深基坑開挖施工。

2.風險分析

2.1 石景山文化中心與隧道關系

石景山文化中心基坑深度為15.75m，距離地鐵隧道正線豎向凈距為6.3m～6.8m；圍護樁埋深為19.9m，距離隧道正線拱頂為2.0m～2.5m，隧道正線垂直下穿文化中心基坑，如圖2所示。

2.2 隧道荷載分析

（1）此段隧道初襯、二襯結構承受荷載須按上部全荷載計算，不能再考慮泰沙基效應或土拱效應；此外，有一段時期隧道初支須承受文化中心施工工況下的荷載（最不利為石景山地上結構施工完畢），因此初支結構本身須重新計算。

（2）為盡量減少對石景山基坑的影響，超前加固及開挖工法須進行相應調整。

2.3 施工觸發風險類別

（1）土方坍塌：隧道線路上荷載隨石景山文化中心主體結構的施工逐漸加大，土層擾動頻繁，如初期支護封閉較慢，易發生土方坍塌風險。

（2）掌子面滲漏水：石景山文化中心深基坑已開挖完成，隧道下穿時間介入雨季施工，雨水隨基底土層自然下滲，暗挖存在帶水作業風險，土體自穩能力降低。

（3）基坑底部變形：采用不同的超前加固方案，對基坑底部在施的墊層、筏板基礎及周邊圍護樁等結構會產生過大沉降或隆起風險。

（4）初期支護變形：由于荷載的變化，初支內應力逐漸增加，變形趨勢增大，影響結構穩定。

3.施工技術研究與應用

3.1 超前加固方案選擇

該里程段超前加固原設計方案為每榀打設Φ32超前小導管，管長L=1.8m，溢漿孔150mm梅花形設置，縱向仰角18°，拱頂180°布置，漿液采用水泥漿，注漿壓力0.4MPa～0.6MPa。為有效降低施工風險，將深孔注漿與超前小導管施工工藝從加固范圍、效果、漿液凝結時間、風險控制等幾方面進行分析對比，見表1，最終確定超前加固方案采用二重管后退式深孔注漿工藝，可以顯著提高隧道與石景山文化中心間土體承載力、粘結力、抗變形能力，同時形成不透水層，對雨季土層自然滲水產生封堵作用。

}.2 初期支護方案研究與應用

3.2.1 工況計算

為防止石景山文化中心結構施工引起荷載增加從而造成初支拱頂變形、沉降，取該下穿段線路埋深最大處K4+64.3作為計算斷面。抗浮水位工況下，上部石景山文化中心受浮力承托，區間結構上部荷載將降低，對結構有利，因此取常水位工況作為初襯工況進行計算。斷面計算模型按照區間隧道頂與石景山文化中心基底之間的土體，全土柱計算結構荷載。

經受力計算，單元剪力max=0.2MPa<1.1MPa；單元軸力max=5.025MPa<9.6MPa，初支結構滿足要求。由于最危險截面位于隧道拱頂處，因此在隧道中線上下預埋300×342×10mm鋼板，作為備用加強方案，依據監控量測結果必要時架設型鋼支撐。

3.2.2 淺埋暗挖方案優化

經現場土層取樣分析，下穿段隧道暗挖地層為無粘結砂卵石堆積層，該級配是一種典型的力學不穩定地層，其基本特征是結構松散、無膠結，呈大小不等的顆粒狀，開挖后易變形、坍塌。按照原設計方案采用兩層臺階法施工，上下臺階高度約3.4m，預留核心土、減壓槽不能完全減少掌子面坍塌現象，尤其以下臺階較為嚴重，經常性發生1～2榀格柵拱腳懸空情況。綜合以往施工經驗，CD法、CRD法工藝復雜，工期長，經濟性不高，不予考慮，最終選擇對臺階法進行優化，將兩層臺階調整為3層臺階施工，同時調整格柵加工尺寸，左右兩側各增加一組連接鋼板，鎖腳錨桿數量相應增加，如圖3所示，可以有效避免下臺階砂卵石堆積層滑塌風險。

3.3 監控量測方案

施工監控量測是施工決策與管理的信息源與控制對象，為確保蘋西區間下穿段隧道初期支護、石景山文化中心主體結構施工安全和周圍環境的穩定，在施工中對基坑圍護結構、深基坑基底、暗挖支護及周邊環境進行綜合、系統的監測，在收集監測數據后，及時進行整理，繪制位移或應力的時態變化曲線圖，即時態散點圖，根據時態散點圖的數據分布狀況，選擇合適的函數公式，對監測結果進行回歸分析，以預測該測點可能出現的最大位移值或應力值，預測結構和建筑物的安全狀況。

4.施工注意事項

4.1 注漿參數優化、壓力控制

經過實踐經驗總結分析，為保證二重管后退式深孔注漿工藝能更有效的加固隧道掌子面上方淺埋土體，同時不引起圍護樁、石景山文化中心深基坑基底隆起，施工過程中應注意調整CS漿液配合比，即水玻璃原漿（≥40Be′）要稀釋到21Be′～25Be′，水泥漿水灰比1∶1，水玻璃-水泥漿的體積比在1∶1～0.8∶1，初凝時間控制在60s為宜。鉆孔角度5°～7°，注漿過程采用先兩側后中間，先長孔后短孔，跳孔注漿順序進行施工。注漿壓力以低壓多注為原則，壓力控制在0.5MPa～0.8MPa之間效果最佳。

4.2 下臺階防坍塌控制

按照優化后3層臺階法方案暗挖施工中，無黏結砂卵石堆積層的滑塌現象明顯減少，局部會出現在下臺階減壓槽以下部位，直接有效的控制方法是每循環初支噴射混凝土完成后，對下臺階土體進行5cm厚臨時封面，避免土體滑塌失穩風險。

5.監控量測成果

區間隧道下穿石景山文化中心段嚴格按照既定方案施工，通過監測數據反饋，最大沉降值為-7.96mm，平均沉降值為-2.55mm，監測數據已趨于穩定，變化速率、監控量測累計變化值遠遠小于預警控制值。

結語

目前，蘋西區間隧道下穿石景山文化中心段初期支護施工已全部完成，二次襯砌施工正在進行，石景山文化中心主體結構正在進行地下2層施工，圍護樁、在施結構、周邊環境、初期支護等監測數據趨于穩定。實踐證明，無黏結砂卵石堆積層淺埋暗挖法隧道近距離下穿深基坑技術的研究與應用切實可行，合理可靠，可操作性、通用性強，對下穿、旁穿、斜穿風險源工程均可采納應用，社會效益顯著。

參考文獻

[1]李雷.深孔注漿技術在地鐵穿越既有建筑物中的應用研究[J].施工技術，2014（15）：45-47.

[2]江正榮.建筑施工計算手冊（第二版）[S].北京：中國建筑工業出版社，2007.