湿陷性黄土地区浅埋暗挖隧道矿山法施工技术

　　一、概述
　　西安地铁二号线TJSG-7标凤城五路至市图书馆站区间（原尤南区间）隧道左右线设计起点里程为Y(Z)DK5+671.616，终点里程为Y(Z)DK6+759.27，全长1087.654m（其中左线含长链0.006m）。隧道设计断面共有单拱、双连拱、小间距隧道3种，分单线A、B、C、D型和双线A型、B型、双连拱型共7种断面型式。
　　隧道在中部（ZDK6+268）处设置一口施工竖井和一条施工横通道，作为区间正线隧道施工通道。
　　区间隧道处于湿陷性黄土地层中，隧道围岩为Ⅴ级围岩，拱顶埋深6.6m～9.8m，基础埋深约为16.725m～16.598m，实际地下水位埋深为16.4m～16.2m，为浅埋暗挖隧道，采用矿山法施工。
　　在施工过程中，我们根据信息化监控量测，对施工参数进行不断调整、改进，对双线A、B型断面CRD工法进行了改进，同时增加两条临时施工通道，为提前进行二衬砼施工创造了条件。为今后类似工程的施工积累了一定的经验，使我公司在地铁施工方面处于水电集团内部领先水平。
　　二、项目特点、难点及重点
　　隧道上部为西安市南北向主干道——未央路，交通繁忙，地下管线繁多。隧道处于湿陷性黄土地区，受地表和管线渗漏渗流影响大，要求严格控制变形，减少对底层扰动。项目具有开挖断面类型多，埋深较浅、双联拱段跨度大，与车站相接250m段，断面逐步变大，隧道中间土柱由6m逐步变化到1.3m等特点。
　　项目难点和重点是横通道“马头门”开口、小间距隧道和双联拱隧道施工。
　　三、主要施工步骤及工艺流程
　　浅埋暗挖隧道严格遵循“先治水，管超前，短开挖，强支护，早成环，勤量测”的原则组织施工。
　　根据隧道断面类型及对地层扰动的控制要求等实际情况，对不同的地质条件和断面类型采用不同的开挖施工方法，分别采用环形台阶法、CRD法、中导洞+台阶+CRD法。
　　施工步骤：超前地质预报→超前支护→分部开挖土体→分部初期支护→全断面开挖支护完毕→隧道二次衬砌。
　　区间隧道开挖支护施工工艺流程图见下框图：

　　在满足交通的情况下，应提前进行二衬施工。
　　四、工法简介
　　1、超前小导管施工
　　管棚施工的主要目的是：正线隧道开挖之前，通过在隧道顶部打孔插入钢花管注浆，提高拱部土体自拱能力，同时与土体形成棚架，确保掘进施工安全。
　　小导管超前支护采用φ42mm钢管，单线A、B、D型布置在顶拱135°范围。
　　单线A、D型间距1.6×0.3m，L=3.0m，单线B型间距1.8×0.3m，L=3.5m。单线C型、双线A、B型和双连拱隧道布置在顶拱120°范围，单线C型间距1.8×0.3m，L=3.5m，双线A、B型间距1.5×0.3m，L=3.5m，双连拱隧道间距1.5×0.4m，L=3.5m。
　　2、超前大管棚施工
　　双连拱隧道超前支护采用Φ108大管棚和Φ42超前小导管支护，其中Φ108大管棚超前支护由图书馆站向正线隧道进行，当市图书馆站基坑开挖至大管棚位置时，施工大管棚。设计大管棚施工长度为45m。
　　大管棚施工流程如下为：导向墙定位→导向墙施工→钻孔→插管→注浆→二次注浆。
　　大管棚施工一般为跳序间隔施工。钻孔过程中，需随时控制钻进姿态，避免钻头下沉或随钻进方向偏移跑位。同时，需控制孔的平行度，避免上下和左右“八字”。
　　3、测量放样
　　通过竖井和分段预留口，采用陀螺仪投点，在隧道内做支导线。
　　洞内放样控制采用激光导向。
　　按照设计要求，开挖断面预留了5cm的沉降量。经过拱顶沉降、收敛等各项监测指标信息反馈，在后期的掘进施工中，预留沉降量减少到2cm。
　　4、开挖支护施工
　　隧道开口施工是施工中的重要环节。施工过程中必须严格按照工法施工，并加强监控量测，确保施工安全。同时加强锁口支护，确保施工通道的安全。
　　隧道施工地质预报采用6m洛阳铲超前探孔探测。探明地下水和地层变化情况。
　　隧道根据不同的断面型式采取以下不同的方法进行施工。开挖采用0.15m3小型挖掘机开挖，人工修边，农用三轮车运输。
　　1）“马头门”开口施工
　　竖井与横通道接口，横通道与正线接口施工，俗称为“马头门”开口施工。“马头门”部位受力复杂，应力集中，同时是交通进出最频繁部位，保证马头门开口施工是项目的重点。
　　“马头门”施工严格按照十八字原则组织施工，重点在早成环、勤量测和强支护。在有条件或者监测数据反馈必要时，及早完成二衬砼和回填灌浆。
　　2）A、B、D型单线隧道：采用环形台阶，预留核心土工法施工，注浆小导管超前支护，左、右线长度合计1918.743m。控制重点是，减少台阶长度，尽快成封闭环。
　　
　　3）C型单线隧道、小间距隧道和A、B型双线隧道：采用CRD工法，注浆小导管超前支护，左、右线长度合计229.191m。施工中根据实际情况，进行了工法改进调整。调整为单侧壁导坑法施工。
　　4）双连拱隧道：采用中导洞+台阶+CRD法，采用φ108大管棚和φ42注浆小导管联合超前支护，断面长度13.65m。施工过程中根据情况，进行了工法改进调整。左线标准断面提前30m完成二衬后进行右线施工，右线修改为单侧壁导坑法施工。
　　5、信息化量测
　　信息化量测是浅埋暗挖隧道的重要组成部分。分为A类必测项目和B类选测项目。必测项目包括拱顶沉降、收敛、地表沉降等，选测项目包括土压力、钢筋应力、地下水位等。
　　数据采集的有效性是监控量测的关键环节。通过较长链的数据分析，可以进一步优化设计和施工工法。
　　监测频率一般按照常规规定执行，但当速率较大和累计值达到蓝色警戒值，监测频率需要加大。
　　一般监控项目控制指标的70%为预警值，我们为了更好地控制项目施工安全，设置了50%为蓝色预警，60%为黄色预警，而把70%设置为橙色预警。分级提出预警和分析、处置。[!--empirenews.page--]
　　6、通风散烟
　　隧道最大单向长度为600m，隧道掘进过程中，挖掘机、运输车产生大量废气和喷射砼、车辆通行产生大量扬尘，以及设备运转、照明产生大量的热源，需要通风散烟。
　　通风散烟采用压入式。沿隧道腰线以上布置0.8m的塑胶风带，在竖井口分别布置2台2×37KW的轴流风机，压入新鲜空气。同时，经过多方协商，在隧道顶部的绿化带里，布置1m直径的孔洞，作为通风散烟、测量复核和二衬砼输送通道。
　　7、施工横通道
　　为满足施工工期要求，缓解工期压力，形成均衡施工局面。分别在Z（Y）DK5+970桩号和Z（Y）DK6+500桩号设置临时施工横通道，即1号临时施工横通道和2号临时施工横通道,形成开挖和二衬交通各行其道，以便二衬砼浇筑与开挖平行作业。
　　
　　8、二衬砼施工
　　1) 防水施工
　　搭设防水施工移动平台车，检查和休整防水基面，然后按照设计要求敷设防水板。确保防水板接头搭接满足设计要求，固定牢固可靠。
　　2) 灌注时间、分段分块和模板选用
　　二衬施工时间可结合监控量测数据和工期策划需要来安排。
　　二衬分仰拱和边顶拱两次浇筑成型，仰拱超前浇筑（至少4块），边顶拱随后浇筑。
　　仰拱全部采用定型小钢模浇筑。
　　单线A、B型断面边顶拱采用液压钢模台车浇筑，分块长度为12.0m，区间左线共分92块，区间右线分103块。
　　单线C、D型断面、双线A、B型断面、堵头墙和双连拱大断面采用定型小钢模+拱架进行浇筑，分块长度为5m～9m不等。
　　3）仰拱施工
　　仰拱砼与隧底填充砼一起浇筑，隧底填充砼标号调整与仰拱砼标号一致。
　　为解决仰拱弧形段气泡问题，仰拱轨面线上30cm以下采用定型翻转模板施工，拆模后人工对弧段进行抹面、压光。
　　为使仰拱和边顶拱接合良好和防止施工缝渗水，仰拱施工时在水平施工缝位置预留两排键槽，边顶拱施工时埋设缓膨型遇水膨胀止水条和注浆管相结合的方式来防止渗水。施工时在底拱砼收面时预埋方木，待砼初凝取出即可形成键槽。缓膨型遇水膨胀止水条设置两排，分别距背水面和迎水面均10cm，用小钢钉固定，止水条大面朝下，钢钉间距为0.5m。
　　4）边顶拱施工
　　液压钢模台车砼灌注：两边墙砼从钢模台车窗口入仓，两侧对称下料，高差不超过50cm，每次下料层厚50cm；隧道顶部砼浇筑，采用退管和冲天管结合入仓，利用设置于钢模拱顶部位的入仓冲天管，沿洞线方向依次由低向高换管，将拱部砼充填密实。
　　在泵送砼配合比中掺用羧酸类外加剂，减少坍落度损失，顶拱90°范围按14cm控制，其余部位砼入仓坍落度按12cm控制，具体根据实际情况可调整。
　　满堂脚手架钢管拱架支撑：边顶拱砼支撑采用拱架和脚手架钢管支撑，拱架布置间距为75cm。衬砌砼施工前，按设计图纸要求进行绑扎钢筋、止水安装和立模，经监理工程师验收合格后进行砼浇筑。
　　①脚手架施工
　　边顶拱施工时，通过测量放线，放出支撑架钢管的位置，施工人员根据测量点位进行定型钢模拱架的支撑架搭设。为不损坏仰拱砼，搭设钢管支撑架时，在砼面上采用方木垫块搭设钢管架，钢管间排距60×80cm，步距100cm。
　　②拱架安装
　　钢管支撑架搭设完毕后，再通过测量放线定出每一榀拱架的位置及高程，根据测量点位安装拱架并测量校核拱架，使拱架安装符合设计要求。
　　③定型钢模拼装
　　拱架校核合格后，进行定型钢模拼装。拼装时采用从顶拱向两侧的顺序拼装。为防止因仰拱和边顶拱接缝处抹面时局部不平整的误差而导致砼漏浆，对砼接缝位置采用磨光机配合拉线的方式，对接缝处进行打磨，使模板接缝位置平整，拼装严密。
　　④ 砼入仓浇筑
　　仓位通过监理验仓合格后进行砼浇筑，砼输送采用泵送入仓，边墙两侧对称均匀分料，每次下料高度不超过50cm，从低到高，分层浇筑，顶拱仓位采用退管和“冲天管”结合入仓浇筑，确保顶拱砼施工质量。
　　⑤定型钢模维护
　　钢模拆模后，及时进行钢模面板清理，刷油以防止钢模生锈，钢模堆放整洁有序，防止模板变形。
　　5）回填注浆
　　二衬砼完成一段长度后，开始回填注浆，冲填顶部空腔。
　　五、改进措施
　　1、CRD工法改进为单侧壁导坑
　　通过对信息化监控量测的总结、分析、提炼，我们对双线A、B型断面CRD工法进行了改进，即将小间距隧道右线的双线A、B型断面分两次（单侧壁导坑）开挖成型,先开挖右边侧壁导坑，待右边侧壁导坑全部开挖完成，相应小间距隧道左线开挖完成及其二次衬砌超前30m后，开始开挖左边侧壁导坑。
　　小间距隧道相邻隧道间净距2.15m～1.35m，两相邻隧道间最小净距为1.35m，为确保隧道施工、隧道结构安全，还需采取下列有效措施，减少对地层的扰动，改善受扰动的地层，以增强掌子面和围岩的稳定，具体措施如下：
　　（1）左线单线隧道开挖及二衬超前30m后，双线隧道先施工右边侧壁导坑，再施工双线隧道左边侧壁导坑。前后错开5m左右。
　　（2）左线单线隧道初期支护密封成环30m后，对两隧道间的土体进行压浆加固，以提高中隔墙土体的稳定性。
　　（3）左线单线隧道靠双线隧道侧的拱腰及边墙脚的锚管长度增长为6～8m，在施工右线隧道左半洞时，应将左线已施工的初期支护锚管截断，并与右线隧道左边侧壁导坑的初支钢架焊接形成对拉锚管，以增强土柱体的承载能力；同时，在后施工双线隧道左边侧壁导坑靠左线单线隧道侧应设置侧壁超前小导管支护。
　　（4）施工小间距隧道时加强洞内外施工监测。
　　（5）每循环开挖步距控制在0.5m（一榀格栅），特殊情况进尺控制在0.3m。
　　（6）小间距隧道开挖初期支护约50m后，随即进行初支背后注浆。
　　通过对此工法改进，加快了施工进度，为隧道提前贯通创造了条件，降低了施工成本，同时降低了通风散烟费用。
　　2、新增两条施工横通道
　　为满足施工工期要求，缓解工期压力，形成均衡施工局面。分别在Z（Y）DK5+970桩号和Z（Y）DK6+500桩号设置临时施工横通道，即1号临时施工横通道和2号临时施工横通道,形成开挖和二衬交通各行其道，以便二衬砼浇筑与开挖平行作业。[!--empirenews.page--]
　　正线二次衬砌砼浇筑完成后，临时横通道采用灰土回填夯实，C25砼喷射封闭。该临时施工横通道施工技术要求如下：
　　（1）左右线Y(Z)DK5+966～Y(Z)DK5+974和Y(Z)DK6+496～Y(Z)DK6+504段格栅钢架在轨面线以下改为直线，底部调成水平。
　　（2）临时施工通道中心线前后5m范围正线隧道钢架连接筋间距调整为50cm。
　　（3）临时施工通道开口前，先破除正线隧道该部位已喷砼，露出格栅钢架钢筋，将第一榀钢支撑与钢筋锚固焊接，喷砼封闭。两边洞口3榀钢支撑加密，间距为30cm。
　　（4）临时施工通道采用预留核心土台阶法开挖，待左右线隧道至少超过10m才开始开挖施工通道，开挖进尺每循环0.5m。
　　3、措施改进的效果
　　矿山法施工比盾构法施工成本低，适应性强，适应不同的断面变化和地层变化。在湿陷性黄土地区采用矿山法施工浅埋暗挖隧道，特别是小间距隧道和双联拱隧道的顺利施工，取得了一定的经验积累和良好的社会效益。
　　本项目增加两条临时施工通道，使得二衬砼施工提前了6个月，进一步提高了隧道施工安全，减少了钢模台车的投入，确保了二衬砼均衡施工，降低了施工成本；CRD工法的改进，高效地完成了小间距隧道段的施工，为隧道提前贯通创造了条件。两项技术措施的利用，加快了项目施工进度，保证了项目施工安全，降低了项目施工成本。项目的顺利实施，为湿陷性黄土地区浅埋暗挖隧道施工积累了经验。

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