飽和軟黃土淺埋大坡度暗挖施工工法研究

王正偉

中鐵四局集團有限公司第七工程分公司

飽和軟黃土淺埋大坡度暗挖施工工法研究

王正偉

中鐵四局集團有限公司第七工程分公司

隨著國民經濟建設的迅速發展，我國的許多大城市在修建地鐵中有成功超前淺埋下穿既有市政構筑物的工程實例，但像西安地鐵隧道在濕陷性黃土地層環境下的淺埋、大坡度的施工還無類似施工技術可工參考。本文對傳統的開挖方法進行的深入的研究與探索，經過試驗及總結，初步形成了飽和軟黃土淺埋大坡度暗挖CRD六部法施工工法，有效地控制了變形，安全地下穿既有構筑物，該施工技術可為類似工程施工提供參考。

軟弱地層；淺埋暗挖；工法研究

1 工程概述

西安地鐵3號線咸寧路車站1、2號出入口過街暗挖通道所處地層主要為濕陷性黃土層，1、2號出入口敞口段基坑長度47.48米，過街通道及橋下暗挖段長度54.75米。出入口敞口段明挖下坡，暗挖通道呈現近30度的爬坡才能與車站主體相連，覆土厚度2.6米～17.7米。通道下穿咸寧路橋及市政管道，施工期間需保證行車正常通行。由此，如何保證暗挖通道安全快速開挖支護完成，且沉降控制得當，對咸寧路橋、市政管線不造成過大影響是關鍵技術點。

出入口過街通道斷面示意圖

2 工程重難點分析

⑴ 該段為黃土地質，綜合圍巖等級為Ⅵ級，采用礦山法開挖，難免會對上部結構及地面行人產生影響。

⑵ 地質較復雜，地下水位相對較高、通道開挖、降水引起地表不均勻沉降超標、管線滲漏、沿線建構筑物保護難度大；

⑶ 暗挖通道需要通過30度坡率的爬升段才能與車站主體相連，最淺段覆土僅2.6米，如何在保證路面行車的情況下，安全開挖是一個關鍵點，必須確保安全。

⑷ 隧道緊臨市政DN2200污水管及DN1200排水管，最小距離1.7米，傳統的開挖方法難以確保管線的沉降控制在安全范圍內。

3 施工工法實驗分析

根據地鐵設計規范、設計圖紙中并結合相關產權單位的要求，地表沉降需控制11mm以內，城市立交橋橋墩差異沉降值控制在5mm以內。但通常情況下施工過程中的地表沉降的控制值是30mm。結合該地區地鐵的施工類似工程的施工經驗，并根據隧道設計的跨度、凈空、埋深等條件，筆者提出了CRD四部法與CRD六部法兩種可能滿足要求的方法進行試驗。

⑴ CRD四部法施工分析

以本項目延興門站-咸寧路站區間隧道在埋深約17米時采用CRD四部法施工的監測結果為例。采用ANSYS建立模型，劃分網格后導入FLAC，周圍土體采用FLAC命令流建立模型方式進行試驗。

根據試驗結果，地鐵隧道采用CRD四部工法施工完成后引起的地層豎向位移云圖沿兩隧道的對稱中心線基本對稱分布。地表最大沉降值發生在兩隧道洞室的頂部，最大沉降量為20.2mm。隧道左線拱頂最大沉降為41.5mm，右線拱頂最大沉降為38.6mm。該工法不能滿足沉降控制的要求，該方法不可行。

⑵ CRD六部法施工分析

CRD六部法施工試驗在1號出入口進行。通過一周時間對地表沉降、拱頂沉降、橋墩差異沉降，CRD六部法施工工法對地層沉降影響最小，地表沉降控制在11mm以內，橋墩差異沉降控制在5mm以內，各項數據均滿足控制要求。

⑶ 對比結論

六部法施工時，有效減少了開挖斷面，通過分割出的六個小掌子面，并分段開挖的方式，有效控制沉降；通過分階段降水的方式，有效控制了水對黃土隧道的影響，并利用分階段的方式，又有效控制了地層沉降。

施工中通過旋噴加固地層的方式，對超淺埋段的提前預加固，既能確保隧道開挖過程中安全，且能對隧道二襯施工前的拆除初支支撐的安全有所保障。

4 施工工法應用

通過多種開挖方法的試驗，最終選擇了CRD六部法施工工藝。其特點是在既能保證隧道斷面需求，隧道自身安全，并對地表沉降控制、既有構筑物沉降控制滿足要求。

⑴ 施工步驟

CRD六部法施工工藝為：左側導上半部開挖支護→右側上半部開挖及支護→左側下半部開挖及支護→右側下半部開挖及支護→仰拱施工→二襯施工。

各部之間的單循環進尺控制在0.5米左右，開挖步距控制在3-5米左右，待1、2、3、4部完成后再行開挖5、6部。1、3部臺階采用預留核心土人工開挖。

⑵ 淺埋段進洞措施

施工前先進行施工降水作業，并對淺埋隧道四周土體進行旋噴加固，減少開挖作業對圍巖的擾動。暗挖通道采用從車站內破除圍護結構，在車站圍護樁范圍布設2榀鋼架，超前支護采用雙排直徑42注漿小導管，鋼架及雙層超前注漿小導管需與圍護樁鋼筋進行有效聯結。掘進按照CRD六部法進行作業。

5 施工效果

西安地鐵三號線咸寧路站1、2號出入口過街通道暗挖施工采用CRD六部法工法，并在本工程中綜合運用控制沉降技術，采用降水、旋噴加固、雙排超前注漿小導管等措施，實現了對飽和軟黃土地質下大坡度超淺埋暗挖隧道的開挖，最大限度的確保市政設施的安全。施工監測結果如下：

⑴ 拱頂下沉：隧道拱頂下沉監測斷面共有5個斷面，15個監測點，累計沉降最大值為：10.7mm，小于控制值11mm；

⑵ 水平收斂：水平收斂共有監測斷面5個監測點，累計變化最大值為：12.31mm，小于控制值14mm；

⑶ 構筑物沉降監測：構筑物監測共有8處，8個監測點，橋墩差異沉降最大值4.5mm；

⑷ 監測管線2條，合計沉降監測點10個，累計變化最大值9.92mm，小于控制值15mm，且經巡查管線無異常。

6 總結

⑶ 掘進支護參數

拱部180度雙排φ42小導管，環向間距0.3米，縱向間距0.5米，長度1.5米； 格柵鋼架間距0.5米，6榀連排，每榀鋼架采用8根φ42鎖腳錨管加強，有效控制格柵鋼架的下沉。

開挖設臨時混凝土橫撐、中壁臨時支護，厚度26cm；鋼筋網采用150×150mmΦ8鋼筋網，初期支護采用C25噴射早強砼厚度35cm。

本工程中，在通常開挖工法難以滿足沉降控制的情況下，選擇CRD六部法施工方法，并結合降水控制、沉降輔助控制措施，經過現場監測和相關測算，該方法達到了預期的效果，最大限度地保障了安全、成本和進度比較合理的平衡，經使用，順利完成了咸寧路站1、2號出入口超淺埋大坡度暗挖施工。在西安地鐵3號線施工中，通過采用科學合理的施工方法，積極探索、大膽嘗試采用新工藝新材料，精心施工，嚴格控制了既有結構的沉降和變形，成功地完成了咸寧路站1、2號出入口超淺埋大坡度暗挖施工，為今后類似工程提供借鑒。

[1]魏新江,魏綱,丁智.城市隧道工程施工技術[M],化學工業出版社,2011.

[2]趙勇.黃土隧道工程[M]，中國鐵道出版社,2011.

[3]孔恒,城市地下工程鄰近施工關鍵技術與應用[M],人民交通出版社,2013.