程 波

(重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司， 重慶 401120)

拋填深埋暗挖地鐵隧道施工技術(shù)研究

程 波

(重慶市軌道交通(集團(tuán))有限公司， 重慶 401120)

隨著城市的發(fā)展，有效地利用城市地下空間是解決發(fā)展與土地資源矛盾的有效途徑，發(fā)展所帶來的交通問題也越來越成為城市管理者重點(diǎn)考慮的問題，因此修建大運(yùn)量的城市地鐵交通日益受到管理者的重視。作為山地城市的重慶在城市擴(kuò)展中，其城市地層地質(zhì)條件差、填土粒徑大、含水量高及地面交通繁忙，施工對(duì)周邊圍巖產(chǎn)生擾動(dòng)，引發(fā)地鐵隧道變形，甚至引發(fā)安全事故和造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，在這諸多復(fù)雜環(huán)境下修建市政交通設(shè)施成為建設(shè)者的難題。因此，研究城市新近拋填深埋富水暗挖隧道施工技術(shù)有著重要意義。以重慶軌道交通地鐵十號(hào)線一期工程上灣路—環(huán)山公園區(qū)間隧道穿越最復(fù)雜回填土段為研究對(duì)象，從多個(gè)方面分析隧道施工技術(shù)，所采取的施工工法解決了類似地層中暗挖施工難題，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用價(jià)值及類似研究?jī)r(jià)值。

拋填;深埋;富水;暗挖;監(jiān)測(cè)

Abstract: With the development of the city, the effective use of city underground space is an effective way to solve the contradiction between development and land resources. Traffic problems brought by the development of city management has increasingly become the key issues to consider, therefore, the construction of large capacity of the city subway traffic has been the attention of managers. Because that Chongqing is a mountain city, and in the city expansion and the city formation, poor geological conditions, soil particle size, high water content and busy ground transportation, construction disturbance to the surrounding rock were caused, causing the deformation of metro tunnel, or even the occurrence of safety accidents and serious economic losses. The municipal traffic facilities construction in the complex environment becomes a difficult problem to many builders. Therefore, it is of great significance to study the construction technology of newly buried deep water rich tunnel in the city. The Bay Road to Chongqing metro line ten of the project on the mountain park tunnel through the most complex backfill section is took as the research object, and we analyze the tunnel construction technology from several aspects. The construction method adopted to solve the similar formation in the excavation construction problems, which has strong practical value and similar value study.

Keywords: filling and filling; deep burial; rich water; underground excavation; monitoring

為緩解重慶市交通阻塞情況，助推城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展，快速發(fā)展城市地鐵已提上城市管理者的議事日程。地下空間的合理開發(fā)是解決城市發(fā)展與土地資源矛盾的有效途徑。鋼輪鋼軌地鐵制式往往設(shè)置在城市地下，從而不可避免地會(huì)穿越城市新近回填區(qū)域。目前施工工法一般采取地面注漿加固地層后暗挖[1-5]、明挖、淺埋暗挖或者利用盾構(gòu)等施工技術(shù)，但由于受城市客觀條件限制，不可避免地需要穿越城市發(fā)展過程中形成的新近深拋填碎塊石土質(zhì)富水地層。因此，研究類似復(fù)雜地質(zhì)暗挖隧道施工技術(shù)有著重要意義。

1 工程概況

重慶地鐵十號(hào)線一期工程“上灣路—環(huán)山公園”區(qū)間隧道長(zhǎng)1.45 km，單線雙洞隧道，曲墻拱形結(jié)構(gòu)，寬6.30～7.27 m，高6.60～7.60 m，埋深62.0 m，線凈距8 m，K23+592處穿越新近拋填區(qū)，其中過渡段149 m，回填段373 m。由上而下依次素填土以粘性土夾砂巖、泥巖碎(塊)石為主，堆填時(shí)間1～5年，填土厚度達(dá)61.70 m；粉質(zhì)粘土厚度0.50～1.30 m，零星分布于素填土層之下；沉積巖以粉砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，中—厚層狀構(gòu)造，強(qiáng)風(fēng)化層厚0.70～4.40 m，隧道部分位于中等風(fēng)化巖層上，部分處于回填土中。

隧道位于環(huán)山物流園區(qū)下方，園區(qū)交通繁忙，市政道路等級(jí)較低，隧道上方?jīng)]有重要建構(gòu)筑物，僅在K23+793.025～K23+853.025段，有一座雙孔寬5 m、高6.5 m的排水箱涵，涵底距隧道頂約6.2 m，箱涵內(nèi)常年有水通過。

2 施工難點(diǎn)

2.1 施工環(huán)境復(fù)雜

本工程位于環(huán)山物流園旁，即將開發(fā)的兩江國際樓盤地塊下方。由于市政設(shè)施不健全，緊鄰食品城大道，車輛眾多，在拋填土中暗挖施工，故需嚴(yán)格控制沉降和收斂值[6]，但區(qū)間隧道所處的地層軟弱且水量較大，控制變形擾動(dòng)極其困難。

2.2 水文地質(zhì)條件復(fù)雜

隧道地下水主要為大氣降水、地面溝塘的水體滲漏、城市地下排水管線滲漏補(bǔ)給等，水文地質(zhì)條件較復(fù)雜，年平均降水量1 082.6 mm。現(xiàn)場(chǎng)主要為松散層孔隙水，賦存于第四系全新統(tǒng)的殘坡積層和人工填土層孔隙中，分布在原始溝谷地段，為孔隙潛水和上層滯水。水位不統(tǒng)一，水量呈季節(jié)性變化，幅度大，地下水之間無水力聯(lián)系。平水期水位高出拱頂3～8 m，地下水位在雨季或持續(xù)降雨期大幅上升，填土滲透系數(shù)9.15～9.99(m/d)。

2.3 土質(zhì)軟弱且穩(wěn)定性差

出露的地層主要為第四系全新統(tǒng)填土層(Q4ml)、殘坡積粉質(zhì)粘土層(Q4el+dl)，第四系全新統(tǒng)(Q4)粘性土以及砂、泥巖塊碎石組成，塊碎石含量30%～50%，粒徑一般20～500 mm，偶可達(dá)1 m以上，結(jié)構(gòu)為松散—稍密，多為自由拋填。原始溝心部位較厚，粒徑極不均勻，由上而下，塊碎石含量增高，局部架空孔隙較大。圍巖為Ⅵ級(jí)，隧道開挖后圍巖在自重作用下松弛變形，易產(chǎn)生變形坍塌。另受地下水軟化后喪失穩(wěn)定性，由硬塑變?yōu)榱魉?，隨水涌入隧道內(nèi)形成坍塌涌泥，危及周邊結(jié)構(gòu)物及施工安全。

3 主要施工技術(shù)

按所處地質(zhì)及水文情況，結(jié)合施工期集中在重慶豐水期(5月—9月)的特點(diǎn)，開挖隧道時(shí)存在豐富地下水，采用地面管井法降水，將水位降至隧道底2.0 m以下。由于地質(zhì)較差，采用φ76自進(jìn)式管棚、φ42小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，其中過渡段采用型鋼鋼架初期支護(hù)，臺(tái)階法開挖，回填土段采用型鋼鋼架與格柵拱架雙層初期支護(hù)，預(yù)留核心土法開挖，回填土段洞底采用鋼管樁加固地基處理。

3.1 地面管井降水

施工時(shí)采用3～4臺(tái)GQ-15回旋工程反循環(huán)鉆機(jī)，功率為55 kW。降水時(shí)采用18臺(tái)水泵，其中12臺(tái)功率為15 kW的水泵，6臺(tái)功率為30 kW的水泵?？紤]實(shí)際運(yùn)行時(shí)最大用電量極少出現(xiàn)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)情況，在回填土段地面安裝1臺(tái)800 kVA箱式變壓器，1組低壓出線引至降水區(qū)滿足360 kW供電需求，其余容量滿足洞內(nèi)施工。

按隧道開挖進(jìn)度，土方開挖前7～10天開始降水,為防止沉沙堵塞水泵，根據(jù)抽水效果，每月對(duì)降水井進(jìn)行1次清理，隧道二襯完成后停止降水。

3.2 隧道開挖技術(shù)

穿越回填土段及過渡段采用雙洞雙向施工，貫通位置設(shè)在回填土段，在隧道大、小里程單獨(dú)設(shè)2個(gè)施工區(qū)，施工區(qū)分左、右線隧道2個(gè)開挖面，采用機(jī)械開挖施工。穿越涵洞段按過渡段形式組織施工，開挖時(shí)上下臺(tái)階錯(cuò)開一定距離，左、右線開挖錯(cuò)開30 m以上，以避免相互影響。其施工劃分情況如圖1所示。

3.2.1 B斷面臺(tái)階法施工

為減少開挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)，統(tǒng)一采用機(jī)械開挖，開挖布序：測(cè)量放線→超前支護(hù)→隧道上、下臺(tái)階開挖→碴土外運(yùn)→隧道噴錨支護(hù)→進(jìn)入下一循環(huán)。

過渡段開挖時(shí)上臺(tái)階超前下臺(tái)階6～13 m，使用機(jī)械破碎錘鑿巖進(jìn)行隧道開挖。隧道周邊圍巖輔以適當(dāng)?shù)娜斯わL(fēng)鎬鑿巖開挖，嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺1.5 m。挖掘機(jī)配合側(cè)卸裝載機(jī)裝碴，裝載機(jī)配合自卸汽車出碴，運(yùn)至棄碴地點(diǎn)。

注：B斷面為過渡段、C斷面為回填段

下穿涵洞段開挖時(shí)上臺(tái)階超前下臺(tái)階10 m，使用機(jī)械破碎錘鑿巖進(jìn)行隧道開挖。隧道周邊圍巖輔以適當(dāng)?shù)娜斯わL(fēng)鎬鑿巖開挖。側(cè)卸裝載機(jī)配合自卸汽車出渣，每循環(huán)進(jìn)尺0.5 m，保證下穿段施工安全。B斷面上下臺(tái)階開挖施工示意圖如圖2所示。

注：①為上臺(tái)階，②為下臺(tái)階

3.2.2 C斷面預(yù)留核心土施工

回填土段統(tǒng)一采用環(huán)形預(yù)留核心土法施工，人工配合小型挖掘機(jī)施工，布序：測(cè)量放線→開挖上弧形導(dǎo)坑→拱部進(jìn)行初期支護(hù)→開挖中部核心土→開挖下部側(cè)墻→下部進(jìn)行初期支護(hù)→開挖下部核心土→仰拱初期支護(hù)→進(jìn)入下一循環(huán)，循環(huán)進(jìn)尺1.3 m。

上部環(huán)形導(dǎo)坑及邊墻導(dǎo)坑以挖掘機(jī)開挖為主，輔以人工風(fēng)鎬開挖，開挖后及時(shí)噴射混凝土封閉圍巖，并架設(shè)型鋼鋼架噴射混凝土完成初期支護(hù)。上部環(huán)形導(dǎo)坑出碴由挖掘機(jī)扒碴至下半斷面后，利用側(cè)卸裝載機(jī)裝入自卸汽車運(yùn)走。下部側(cè)墻及核心土開挖采用機(jī)械輔以人工，核心土開挖后立即施工仰拱鋼架及噴射砼襯期支護(hù)，使初期支護(hù)盡早封閉，左、右邊墻導(dǎo)坑交錯(cuò)施工，不得兩邊同時(shí)開挖。邊墻圍巖較差時(shí)分2層開挖，上部弧形導(dǎo)坑比下斷面開挖超前3～5 m，2工序平行作業(yè)。C斷面預(yù)留核心土開挖施工示意圖如圖3所示。

注：①為上部環(huán)形導(dǎo)坑，②⑤為核心土，③④為下部左右側(cè)墻

4 隧道支護(hù)施工

4.1 支護(hù)參數(shù)

隧道初期支護(hù)不同地段采用不同支護(hù)參數(shù)，B斷面支護(hù)參數(shù)如表1所示，C斷面支護(hù)參數(shù)如表2所示。

表1 B斷面支護(hù)參數(shù)

表2 C斷面支護(hù)參數(shù)

4.2 支護(hù)施工

4.2.1 管棚施工

管棚工作室比正常開挖斷面擴(kuò)大550 mm，長(zhǎng)度為5 m，在二襯澆注時(shí)采用同標(biāo)號(hào)混凝土回填。鉆進(jìn)是自進(jìn)式管棚施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，鉆機(jī)鉆頭直徑為115 mm。15 m長(zhǎng)的管棚由3根4 m和1節(jié)3 m管棚連接而成。在第一節(jié)鉆到位后，使用自進(jìn)式管棚專用連接套連接第二節(jié)管棚，循環(huán)繼續(xù)完成鉆進(jìn)。

鉆進(jìn)完成后，通過注漿機(jī)將注漿管連接在注漿嘴上，打開閘閥，向鉆孔內(nèi)進(jìn)行注漿，壓力控制在0.5～2.0 MPa。初期采用低壓力注漿，當(dāng)管棚及孔道內(nèi)被漿液填滿后，適當(dāng)加大注漿壓力，使孔內(nèi)的水泥漿液擴(kuò)散到孔壁以外一定范圍，當(dāng)注漿量達(dá)到設(shè)計(jì)要求后，停注2 min，關(guān)閉閘閥，拆掉注漿管采用隔孔限量注漿法[7]繼續(xù)后續(xù)孔注漿。

4.2.2 小導(dǎo)管施工

在掌子面上畫出本循環(huán)小導(dǎo)管孔位，縱向間距1 m，環(huán)向間距0.6 m。采用風(fēng)鉆鉆孔,φ60 mm，深度比導(dǎo)管插入長(zhǎng)度深2～3 cm。小導(dǎo)管前端加工成尖錐狀，尾部焊接φ6 mm的鋼筋加勁箍，除尾部1 m外，管壁四周梅花形布置φ(6～8)mm、間距150 mm的出漿孔。

管尾與鋼拱架焊接牢固，采用水泥砂漿，水灰比(1∶0.4)～(1∶0.6)，壓力0.5～1 MPa，每孔注漿量和壓力達(dá)到設(shè)計(jì)值時(shí)，繼續(xù)注漿2 min待管口有漿液流出后結(jié)束。待初凝后第二次注漿，保證孔內(nèi)注漿飽滿。

4.2.3 鋼架施工

鋼架在加工場(chǎng)分節(jié)制作，螺栓連接，為確保鋼拱架各連接部位吻合，在加工場(chǎng)內(nèi)將整個(gè)隧道輪廓各節(jié)拱架進(jìn)行整體試拼。

鋼拱架采用人工借助機(jī)具進(jìn)行架立就位安裝。安裝前，先初噴4 cm混凝土對(duì)圍巖進(jìn)行封閉，拱腳必須架立在堅(jiān)固圍巖上，以保證鋼拱架的穩(wěn)定。每榀鋼架安裝好后，在其拱腰及拱腳處設(shè)置錨桿，以限制拱架位置，鋼架鎖腳錨桿采用Φ22錨桿，每榀鋼架設(shè)4根，長(zhǎng)度3 m，其端部與鋼架焊接牢固?？v向每榀鋼架間采用Φ22鋼筋連接，環(huán)向間距1.0 m，內(nèi)、外側(cè)梅花形布置，然后鋼筋網(wǎng)鋪設(shè)，并與錨桿和鋼架綁扎連接牢固。

4.2.4 噴射混凝土

在噴射前，對(duì)欠挖部位，按設(shè)計(jì)尺寸修整斷面輪廓，清除浮石以及拱腳的虛碴，后采用高壓風(fēng)以及高壓水將巖面粉塵和碎屑巖層沖洗干凈。

混凝土采用濕噴工藝，多次復(fù)噴至設(shè)計(jì)厚度且保證平整。風(fēng)壓0.2～0.4 MPa，自下而上分段分層噴射，先噴鋼架與拱壁、后噴兩拱之間，邊墻厚7～10 cm，拱部厚5～6 cm；第2層噴射應(yīng)在前一層終凝前進(jìn)行。

5 隧道地基處理

回填土段隧道處于回填土中，為確保營運(yùn)安全，需對(duì)隧底采用樁基加固，沿線路方向3根+2根梅花型布置，橫向間距2.45 m，縱向間距0.65 m。采用鋼管φ500×6 mm，鋼管四周設(shè)置Φ10 cm孔口，間距75 cm，管內(nèi)設(shè)6根Φ22 mm的鋼筋籠，管樁嵌巖300 cm，樁基采用C40澆筑。

現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地狹小，結(jié)合監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，沿著隧道線路間隔10.4 m劃分一個(gè)施工區(qū)。施工區(qū)內(nèi)配制2臺(tái)GQ-15工程鉆機(jī)同時(shí)施工，采用隔樁鉆孔一次性成樁方式，施工布置如圖4所示。

圖4 施工布置

施工工藝：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→鉆機(jī)就位→備制泥漿→鉆進(jìn)成孔→清孔驗(yàn)收→吊接鋼管、鋼筋籠→下導(dǎo)管→二次清孔→灌注水下混凝土→砼待強(qiáng)→成樁檢測(cè)。

6 監(jiān)測(cè)成果

采用信息法[8]施工,結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況以及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)地質(zhì)勘察結(jié)論、設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，以便于安全性判斷，及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，采取更加合理的措施，監(jiān)測(cè)成果見表3。

表3 監(jiān)測(cè)成果

從監(jiān)測(cè)成果分析：采取管井法降水后，地面明顯發(fā)生沉降，隧洞內(nèi)開挖圍巖也發(fā)生變形；但利用監(jiān)測(cè)預(yù)警機(jī)制，通過增加工程措施將險(xiǎn)情給予消除，目前均處于安全狀態(tài)。

7 結(jié)束語

本文以重慶地鐵上灣站—環(huán)山公園站區(qū)間穿越回填土和過渡段隧道洞內(nèi)施工為例，采取地面管井降水、超前支護(hù)、雙層支護(hù)、地基加固等組合施工關(guān)鍵技術(shù)，保證了隧道施工的順利進(jìn)行；取得了良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，工期得到了保障，減少了明挖帶來的環(huán)境影響。結(jié)合監(jiān)控監(jiān)測(cè)技術(shù)，采用信息化施工、動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)原則，有效控制了地層和周圍建筑物結(jié)構(gòu)的變形，解決了新近拋填土段富水區(qū)深埋暗挖地鐵隧道施工難題，可為今后類似工程提供借鑒。

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(責(zé)任編輯林 芳)

StudyonConstructionTechnologyofCastinPlaceDeepBuriedSubwayTunnel

CHENG Bo

(Chongqing City Rail Transit (Group) Co., Ltd., Chongqing 401120, China)

2017-05-30

程波(1979—)，男，重慶人，高級(jí)工程師，工程碩士，主要從事軌道項(xiàng)目管理方面的研究，E-mail：crrtcb@qq.com。

程波.拋填深埋暗挖地鐵隧道施工技術(shù)研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2017(9):84-89.

formatCHENG Bo.Study on Construction Technology of Cast in Place Deep Buried Subway Tunnel[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(9):84-89.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.09.014

U451

A

1674-8425(2017)09-0084-06