“六導洞十二步”地下空間開挖支護新技術

張鵾 柴繼燕 馬松岐 金寶

摘 要：目前地下空間的開發大多使用明挖大開挖技術，但是在很多城市建成去只能采用非開挖技術。大跨度的淺埋地下空間結構，在開挖時如何防止地面沉降及其帶來的次生災害，本發明專利獨辟蹊徑涉及一種新的技術方案“六導洞十二步”地下空間開挖支護新技術，應對周邊復雜環境下的淺埋、直墻、平頂、大跨結構的地下空間開挖。通過工程現場實際應用證明了該措施的有效性。

關鍵詞：地下結構;大跨度;開挖支護

目前城市化發展進程中，核心建成區的土地尤為稀缺，地下空間的發展越發迫切。建成區一般地面管線密集，交通流量較大，周邊建構筑物較多，能提供的施工空間小不能采用大開挖的方式。并且開挖斷面不規則，不易采用標準化機械作業。過街通道、地下停車場、地下人防商場等地下空間發展要提高投資效益，埋置不能太深，開發空間還要大，需要建成淺埋、直墻、平頂、大跨的結構，最終工程建設成敗歸結于地下空間的開挖支護技術的突破。

一、工程案例簡介及難點分析

本案例工程現場車流人流復雜，工程難點可總結為“地下水位高、周邊管線雜、跨徑尺度大、地面荷載重”，具體情況如下：

（一）工程案例簡介

濟南穿濼源大街隧道工程為超淺埋暗挖大跨度平頂直墻隧道，隧道位于濟南市歷下區泉城廣場南側，濼文路北側，下穿濼源大街，隧道寬23.5米，高4米，主體總長60.7米，整個結構為單層框式鋼筋混凝土結構，包括出入口、豎井連接段等結構。

（二）工程難點分析

1、本工程處于濼源大街和濼源路交匯地帶，地面車流量、人流量大;

2、隧道覆蓋層中，管線錯綜復雜，有電訊管線、電力管線，混凝土雨污水管線等;

3、隧道屬于平頂直墻 結構，且屬超淺埋（覆土6m）大跨度（開挖寬度25.2米）暗挖，覆跨比僅為0.24，結構受力非常復雜，難以保證地面行人、行車及地下管線的安全;

4、本地段首地理位置限制，地表不允許交通疏解、地表降水及管線懸吊等地表加固措施。

二、開挖施工過程

（一）開挖施工思路

隧道共計6個洞室，施工順序為1、3、5#洞開挖，進行1、3、5#洞室襯砌施工，進行2、4、6#洞室的開挖支護、襯砌施工。

1、3、5#洞開挖順序為，在管棚、超前小導管超前預注漿加固地層施工完畢后，先開挖上導洞，開挖進尺為50cm，及時進行初期支護，至上導洞開挖5米后進行下導洞的開挖初襯。上下導洞錯開長度保持在5-6m左右，開挖后及時進行封閉。

上下臺階采用環形開挖預留核心土法，在保證掌子面穩定的前提下，盡可能為后續施工土工場地和便利。上下臺階錯開不小于3米，相鄰洞室控制在10m左右。開挖完成后及時完成鋼拱架等支撐支護。

（二）開挖施工步驟

首先沿結構開挖外輪廓線直墻和平頂位置打設108超前大管棚，注漿后作為地下空間的整體支護。開挖斷面根據結構尺寸，一般寬度在24-30米，高度在4-6米時，可分為6個導洞，每個導洞開挖寬度在4-5米，較適合二柱三跨的結構，每個導洞分上下臺階兩步開挖，共計六導洞十二步開挖。相鄰導洞跳躍開挖，前后錯開，先施工1、3、5號導洞，后施工2、4、6導洞。這樣將大斷面化整為零，減少了掌子面暴露面積，后施工2、4、6導洞，如三塊核心土穩定了地面荷載。待1、3、5號導洞閉合成環后沉降穩定后，再開挖2、4、6導洞，相對沉降較少，開挖更加快捷。每個導洞采用微臺階開挖，強支護，速閉合。采用型鋼拱架和臨時型鋼支撐以及噴錨支護體系，使初期支護體系和超前大管棚體系形成整體支護體系。

為保護地下管線實施，放置砂層坍塌及保證施工安全，橫通道施工前先對圍巖采取超前預支護等輔助措施，在隧道的拱部及邊墻采用超前大管棚及小導管注漿，對松散圍巖進行加固，從而在土層內形成一個梁和殼效應，以改善圍巖的強度。

施工過程中超前支護注意以下三點：

1、大管棚施工

在豎井施工到橫通道上臺階頂部標高時，架立三榀并列橫向型鋼拱架并噴砼繼續施工豎井，待豎井施工至橫通道管棚鉆機平臺標高位置時停止施工，架立管棚鉆機及管棚導向墻。在橫通道開挖輪廓線以上35cm處，按設計放樣。采用鉆機水平跟管鉆進施作Φ108大管棚，管棚環向間距為35cm，外插角0.3°，單節長4m。

2、超前小導管施工

采用?42x3.25小導管超前注漿，L=3.0m，水平間距@350。超前小導管布設過程中考慮到開挖次序，根據實際施工情況合理布置。

3、超前注漿

管棚內注漿采用水泥單液漿，水灰比為0.8 ：l～1：1 ，注漿壓力為0.3Mpa--0.5Mpa。管棚施工完畢后在開挖輪廓線與管棚之間用高壓風鎬打入Φ42@35cm，L=3.5 m的超前小導管，并注壓水泥--水玻璃雙液漿，注漿壓力為0.5Mpa--1.5Mpa。

上下臺階采用環形開挖預留核心土法，在保證掌子面穩定的前提下，盡可能為后續施工土工場地和便利。上下臺階錯開不小于3米，相鄰洞室控制在10m左右。

三、現場安全措施

（一）大跨度隧道工程施工工藝復雜，必須建立并健全安全管理制度，確保安全技術交底制度、班前檢查制度、周一安全活動制度、定期檢查與隱患整改制度、管理人員實行年審制度、持證上崗制度、安全培訓制度及安全教育制度等得到貫徹落實。

（二）建立并完善應急預案體系，針對現場可能發生情況定制完善可行的應急預案，確保突發情況下能有效降低人員安全施工，減少財產損失。

（三）建立應急物品倉庫，應急設施及時檢查更新。

四、施工質量控制

（一）相關施工人員嚴格執行國家、交通部及本公司現行的質量責任制管理規定、制度，貫徹執行誰管生產誰負責質量，誰管技術誰監督質量，誰操作，誰把好質量關的原則，責任落實到人，確保高難度工程的每個細節都有人定，每一個步驟都控制嚴。

（二）嚴格把控原材料質量關，從源頭控制施工質量。

（三）施工過程中加強監控量測，及時收集處理數據，根據數據回饋情況，及時調整施工工藝和施工方法。

五、結語

（一）施工開挖安全全風險降低

本技術所采用的將大跨徑隧道分為六導洞的施工方法，可以縮小單次開挖跨境，增加施工安全系數。該方法在富水及地質不良情況下效果尤其突出。同時配合主體施工前的超前支護措施、施工過程中 “管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測”的施工方針以及主體完成后完善的監控量測體系，可以高效且系統的將施工過程中的安全風險降到最低。

（二）降低了經濟成本提高了工作效率

相較于傳統的大開挖方式，在滿足安全的前提下，可以有效的減少輔助性措施的經濟支出，節約成本。同時，六導洞十二步隧道開挖技術在有效控制人力、物力的情況下，形成有序流水，能使各個步驟銜接流暢，減少不必要的窩工和交叉作業，有效提高工作效率。