小口徑鎖扣管幕+超前帷幕注漿加固效果分析

王京偉

（中鐵工程設計咨詢集團有限公司 濟南設計院，山東 濟南 250001）

引言

隨著軌道交通行業的蓬勃發展，地鐵線網越來越密集，地鐵的施工環境也越來越復雜，特別是老城區的施工條件，受周邊環境因素的制約愈加苛刻。因此，在城市軌道交通開發時，不可避免地需采用暗挖施工工法，甚至會有超淺埋、大跨度暗挖隧道下穿重要道路、管線、建構筑物等情況發生［1-2］，此種情況下如何確保暗挖隧道施工安全，如何保證上方道路、管線等建構筑物的安全是重中之重。目前，隧道工程常用的超前支護技術有管幕注漿法、超前小導管法、超前錨桿法、水平旋噴注漿法、管棚注漿法、凍結法等［3-5］。管幕法是一種獨特的地下空間建設方法，它利用較大直徑的鋼管在地下密排并相互咬合預先形成鋼管帷幕，然后在此鋼管帷幕的保護下進行開挖，從而建造大斷面的地下空間，是一種安全可靠的地下暗挖技術［6-7］。

1 工程概況

青島地鐵1 號線南嶺站位于重慶路與南嶺三路交叉路口西北側，是青島地鐵1 號線第30 個車站，車站位于重慶路西側，沿重慶路南北方向敷設。為實現過街功能，分別于重慶路東西兩側設C1、C2 出入口，跨路部分為暗挖通道。該通道為拱頂直墻結構形式，通道長61.1 m，開挖跨度7.2 m，開挖高度5.77 m，拱頂覆土4.7 ～6.1 m，由兩側出入口基坑提供暗挖掌子面施工條件。

圖1 暗挖通道平面位置

1.1 水文地質條件

暗挖通道洞身自上而下地層依次：素填土、含黏性土粗砂、粉質黏土、粗礫砂，洞身穿越含黏性土粗砂層、粉質黏土層、粗砂～礫砂層。拱頂埋深4.7 ～6.1 m，地下穩定水位埋深3.0 ～5.2 m，拱頂位于水位線以下。勘察資料揭示第四系粉質黏土呈可塑狀態，易變形，飽和砂層自穩性差，透水性強，開挖過程中極易坍塌，暗挖通道綜合圍巖分級為Ⅵ級。

1.2 地下管線

重慶路下方管線眾多，暗挖通道下穿管線主要有雨水、污水、上水、熱力、電力、通信等共計16條管線，其中與拱頂最近距離約1.2 m。

2 通道施工

針對本工程施工自身風險、環境風險及管線沉降控制指標，超前支護措施的選擇將對本工程方案成敗起到關鍵性作用。位于土層中的淺埋隧道，傳統暗挖法一般采用超前管棚+超前小導管+超前帷幕注漿，并結合CRD 施工工法進行開挖，該方式下超前管棚無法整體受力，對地表沉降控制較難把握，多用于周邊環境偏僻空曠的位置，且CRD 工法交叉作業較為明顯，各導洞施工作業空間較小，施工工效較低。而在第四系地層中采用常規管幕法時，鎖扣管幕沿初支外輪廓全環封閉，管幕工作井需低于最底層管幕約2 m，導致兩側出入口基坑需加深2 m，在富水軟弱地層中基坑止水較為困難，存在一定安全風險。且采用全環封閉方式的工程造價較高，造成工程投資較高。結合本工程特點及周邊環境變形控制要求，擬創新性地采用拱部小口徑鎖扣管幕+下斷面超前帷幕注漿，利用既有C1、C2 出入口明挖基坑作為管幕施工工作井，分別沿拱部外輪廓對向打設鎖扣管幕，并位于中間綠化帶位置對接，單側打設長度為30.55 m。

2.1 整體設計方案

暗挖通道拱部及邊墻上部采用Φ299@350管幕，并輔以超前帷幕注漿加固地層兼止水；初支采用300 mm 厚C25 噴射混凝土，格柵鋼架縱距為0.5 m；施工工法為環形開挖預留核心土法。其襯砌采用復合式襯砌初期支護以格柵鋼架、鋼筋網、C25 噴射混凝土為主要支護手段，隧道下部采用超前帷幕注漿，支護參數見表1。

表1 通道初期支護參數

2.2 管幕設計

鎖扣采用63 mm×40 mm×6 mm 的角鋼。根據管幕的設計要求，計算出鎖扣在管幕鋼管上的位置，然后把角鋼焊接在管幕鋼管上。為了鎖扣焊接的準確，先將管幕鋼管放在一根125 mm 的槽鋼上，然后根據鎖扣參數，固定角鋼兩端及中間的位置焊接牢固。因鎖扣決定下一根管幕鋼管的走向，鎖扣焊接一定要保證準確。管節與管節之間的連接采用坡口等強度焊接，需沿鋼管周圈全部焊接。焊接時要用卡套固定好兩根鋼管。管幕鋼管內注漿建議采用素水泥漿，水灰配比為1 ∶1，注漿由一端進行，注漿口設在一端，出漿口位于另一端，設在鋼管頂部，當出漿口流出漿液后，關上閥門，然后加壓至0.8 MPa。一次管內灌注完成后，2 h 后進行補充灌注，保證管內充盈；管內灌注順序自下而上施工，最后填充拱部鋼管；為保證鎖扣內同步灌注，鎖扣鋼管管壁上按間距0.3 m 開孔直徑為20 mm 的注漿孔。

2.3 管幕施工

管幕采用螺旋出土導向頂管法施工，出土和頂管同時進行。鋼管頂進時要及時出土但不能超量出土，避免出土量不足或太多導致地層的隆起和沉降。施工過程中必須精確測量鋼管的偏斜并進行實時糾偏，最大偏斜要控制在50 mm 以內。在精確放線放點的基礎上每根鋼管在下管前要準確進行測量定位并予以復核，每10 m 時要進行一次例行復核。鎖扣的焊接精度要控制在2 mm 以內，且累計誤差不能超過5 mm。管幕施工過程中，分三次切割明暗挖接口處的圍護樁，每次破除1/3 門洞寬度的圍護樁，然后打設管幕，每一部分管幕打設完成后及時與圍護樁可靠連接，然后架設一榀格柵鋼架，按此工序逐次完成明挖段圍護樁的破除，與明挖段主體連接處架立三榀格柵鋼架進行密排。

3 應用效果分析

3.1 現場施工情況

管幕打設完畢后，通過鎖扣相互連接，在開挖過程中可形成有效的棚架受力體系［8-10］。現場開挖情況揭示，拱部超前管幕輔以下斷面帷幕注漿，并采用環形開挖預留預留核心土法施工可有效形成超前支護體系，洞內無明流水，管幕隔水效果較好。通道兩側各打設37 根管幕，每根長度為30.55 m，經現場挖探，在兩側管幕接頭位置最大施工誤差為40 mm，滿足設計要求的±50 mm 的誤差限值。

3.2 地表及管線沉降

由于重慶路下方管線繁多，根據不同管線屬性分別選用抱箍式、模擬式管線測點兩種方式布設管線監測點，在通道中心線兩側各布置5 個測點。地表沉降監測點沿通道中心線兩側各布置5 個測點，共布置7 個監測斷面。選取位于隧道中心線上方的測點，以及該測點左右兩側的測點進行通道開挖過程中的變形研究，其所選地表沉降監測測點布置見圖2。通道開挖過程中各地表沉降測點監測數據見圖3。

圖2 地表沉降測點布置

圖3 地表沉降監測數據

由圖2 可以看出，DC95，DC80，DC81 斷面由于監測時間較長其變形曲線更具代表性。由圖3 可以看出其變形均為剛開始緩慢減小，當通道開挖至檢測斷面時，其變形曲線出現明顯的拐點隨后變形急劇增大，大概1 個月后變形趨于穩定，呈現波動變化。其中最大為7.76 mm，最大變形發生在DC95斷面的測點2 處，這是由于該測點位于隧道正上方，通道開挖對其造成的影響也最大。DC80 斷面由于與DC95 斷面成對稱布置，其變形趨勢與DC95 斷面基本趨于一致，其拐點對于的位置也類似，這是由于通道從兩邊向中間開挖，開挖至兩監測斷面的時間相同。對于DC91 斷面其監測時間較短，但仍可見明顯的拐點，即為隧道開挖至監測斷面。其余斷面監測時間較短，導致其變形曲線的波動較大，隧道還未出現明顯拐點時監測已經結束。對于管線的沉降選取三條典型的管線，在管線與通道相交處設置監測點，測點布置見圖4。通道開挖過程中各管線沉降測點監測數據見圖5。

圖4 管線沉降測點布置

圖5 管線沉降監測數據

由圖4、圖5 可知，對于管線的沉降曲線，類似于地表沉降曲線，由于GC94 斷面的監測時間最長，因此更具代表性。從GC94 斷面測點所對于的曲線可以看出其變形剛開始緩慢減小，隨著通道開挖至監測斷面，其變形急劇增大，大概10 d 后，其變形趨于穩定，之后管道沉降變形還會緩慢減小，這是由于支護結果的強調逐漸增加，導致變形減小。對于GC92 斷面，雖然其監測時間較短，但其趨勢任類似于GC92 斷面，均為出現拐點后，變形急劇增大，而后緩慢減小。對于GC89 斷面，由于監測時間不足，并不具備參考性。對暗挖通道施工進行全過程監測，地表、管線及初支變形最大值見表2，均滿足要求。

表2 沉降變形統計

4 結語

（1）管幕對地層沉降控制及止水均起到良好效果。管幕敷設范圍可根據地層情況適當擴大，注意工作井深度要同步加深。（2）小口徑鎖扣管幕施工精度可控，在類似地層中近距離下穿建構筑物，對周圍環境及建構物影響較小。（3）對小斷面隧道開挖，開挖工法要考慮施工便利性，在拱部較強的超前支護作用下，可簡化為環形臺階預留核心土法開挖。（4）管幕為隧道的開挖提供了較強的超前支護，地表、管線和隧道的變形均能得到較好地控制，變形在允許范圍內。