复杂地层地铁超大断面隧道施工关键技术研究

张业勤

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610081)

复杂地层地铁超大断面隧道施工关键技术研究

张业勤

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川成都 610081)

以深圳地铁7号线BT项目为例，针对超大断面隧道施工中存在的小间距、浅埋偏压及非对称连拱工况，分析了工程施工的重难点，并通过工程类比与理论研究，提出了不同条件下超大断面隧道开挖方案和支护措施，确保了施工的安全性。

超大断面，小间距，浅埋偏压，数值模拟

近几年，随着城市交通的快速发展，涌现了大量超大断面隧道工程，如北京地铁西单车站［1］。按照国际隧道协会(ITA)定义的隧道的横断面面积的大小划分标准，大于100 m2的为超大断面隧道［2］。但是超大断面隧道工程，由于断面面积较大，因而工程施工规模也较大，施工技术相对较为复杂，施工工序繁琐，且国内技术规范相对滞后;开挖方案的选择主要依靠经验设计，施工技术措施也是偏于保守，常常导致施工效率低下。因此研究超大断面隧道施工技术、优化相关施工参数、制定合理的施工措施已经成为隧道工程施工管理的重要内容［3］。中国电建深圳地铁7号线BT项目是深圳市轨道交通三期工程重大项目之一。地质条件复杂多变，隧道断面大，双线隧道最大断面为275 m2，连拱隧道最大断面为424 m2。在国内地铁设计中极为罕见。而且存在多种极端工况，比如超大断面小间距、偏压浅埋、非对称连拱等等。虽然在公路和铁路工程领域对于类似工程项目已展开研究，并取得了一定的成果［4］，但在地铁施工领域如此集中成批出现还是首次，因此本次研究具有开拓意义，在国内居领先并具有广阔的应用前景。

1 超大断面小间距隧道施工技术

1.1 工程概况

选取深云车辆段出入线SKD1+839.393～SKD2+018.751区间中SKD1+991.700断面进行研究。本区间地下水位较高，隧道洞室大部分位于地下水位以下。地层以软弱松散的残积层为主。且根据所取地下水的水质分析报告，本区间的地下水对钢筋混凝土结构及钢筋均具微腐蚀性。

1.2 重难点及对策

1)区间地下水位较高，设计和施工时要注意地下水的不利影响，采取有效的截水、降水措施，防止出现涌水、涌砂等。同时应注意地下水水位的下降，会引起地层固结沉降，进而导致周边建筑物、地下管线等的破坏。

2)残积层及全、强风化层遇水容易软化，隧道开挖后应立即封底，防止其软化。

1.3 方法和结论

针对超大断面和小间距等施工中存在的关键技术问题，研究主要成果如下:

1)针对该区段隧道，进行了暗挖隧道施工方案的优化，并结合风险评估、案例调研结果认为，结合岩土工程地质条件，采用注浆支护和预应力锚杆加固相结合的方式，进行小净距隧道施工，充分利用隧道围岩的自承、自稳能力，保证隧道施工安全，且在工期、投资及环保等方面具备相对较大的优势。2)通过应力分析认为，在新线隧道和既有隧道的拱顶和拱角部位，采用注浆加固的办法是比较合适的。3)针对该段隧道，对采用台阶法和全断面法暗挖施工方案进行了数值模拟分析，结果表明:台阶法和全断面法可以提高施工便利性，投资等方面，因此采用台阶法和全断面法施工。4)通过数值模拟分析和拱顶沉降、水平收敛监测数据的回归分析为后期施工预测提供参考数据，起到了优化设计和指导施工的作用，也为工程的施工积累了经验。5)基于工程类比和理论分析，提出了隧道开挖的钻爆法施工方案和支护措施，开挖爆破均采用光面爆破，对爆破震动加以控制，以利于中间岩柱的稳定。施工过程中，隧道围岩稳定、变形量不大，未发生地表塌陷等事故，保证了施工安全，验证了本研究成果的正确性。

2 超大断面浅埋偏压隧道施工关键技术

2.1 工程概况

选取深圳市城市轨道交通7号线7302标安托山停车场出入线ADK1+470.494～ADK1+550.494段为工程背景。场地区属丘陵地貌，地形起伏较大，地面高程一般为48.50 m～83.00 m。本区段隧道最小埋深不足2.5 m，且隧道左右边壁埋深相差超过15 m，属于严重偏压，根据隧道浅埋偏压程度定义属于浅埋偏压，开挖断面超过200 m2，属于超大断面。

2.2 施工重点及难点

该区段隧道跨度大、埋深浅、有偏压、地质条件复杂，开挖过程中出现坍塌、突水等紧急情况的可能性大，地面沉降难以控制，因此在开挖过程中，施工难度很大，主要表现如下:1)隧道施工对临近建筑物的影响。地铁隧道开挖施工时必须保证建筑物的安全和正常使用，保证企业的正常运营和居民的正常生活;2)隧道跨度大，最大断面宽度15.33 m，为单洞三线隧道，施工工序多、结构繁琐，受力情况复杂;3)隧道的地质情况复杂，开挖部分为围岩质量较好的微风化花岗岩，但上部同等级覆层较薄，主要为中等风化花岗岩;4)隧道开挖部分岩质坚硬，需要采用钻爆法开挖，但爆破对其复杂地层扰动大，需要严格控制。

2.3 方法和结论

针对该隧道开挖跨度大、浅埋偏压施工中存在的关键技术问题，主要取得如下成果:1)工法采用左右侧壁及中洞分双层六部分开挖，减小一次开挖面尺寸，保证施工安全进行。2)利用预支护措施及平衡偏压措施，可有效增强支撑强度和整体稳定性，减少安全费用的投入，很好的解决了超大断面隧道开挖的安全性问题。3)对该段隧道，采用双侧壁法的暗挖施工方案进行了数值模拟分析，结果表明:双侧壁法可以有效控制围岩变形并使围岩变形处在允许范围内，因此采用双侧壁法施工。4)通过数值模拟分析与实际地表沉降对比，结果表明:考虑地下水影响的数值计算值更加接近现场实测结果，因此说明地下水对隧道施工安全存在着显著的影响。5)在工程实践和理论分析的基础上，提出了钻爆法施工方案和支护措施，有效地保证了施工过程中隧道上覆地层的稳定性，控制了爆破振动影响。

3 超大断面连拱隧道施工技术

3.1 工程概况

针对超大断面连拱这两个特点，选取标安托山停车场出入线深云—安托山站区间左右线DK9+427.450～DK9+325段进行施工关键技术研究。所选区段隧道中线埋深22 m。左右线隧道埋深约26 m，单洞单线隧道。根据隧道开挖揭示地质情况，安托山站北侧隧道均以土质为主。

3.2 施工重点及难点

该区段隧道深安区间结构复杂，结构断面形式多，施工方法多样，地质条件复杂，开挖过程中出现坍塌、突水等紧急情况的可能性大，地面沉降难以控制，因此在开挖过程中施工难度很大，主要表现在以下几个方面:1)隧道施工对临近建筑物的影响。地铁隧道开挖施工时必须保证建筑物的安全和正常使用，保证企业的正常运营和居民的正常生活;2)隧道跨度大，最大断面宽度12.23 m，为单洞双线隧道，施工工序多、结构繁琐，受力情况复杂;3)隧道的地质情况复杂，开挖部分为围岩质量较好的微风化花岗岩，但上部同等级覆层较薄，主要为中等风化花岗岩;4)隧道开挖部分岩质坚硬，需要采用钻爆法开挖，但爆破对其复杂地层扰动大，需要严格控制。

3.3 研究结论

针对该隧道开挖跨度大、隧道洞口多，施工中存在的关键技术问题，通过研究取得了如下主要成果:1)对该区段隧道，进行了暗挖隧道施工方案的优化，并结合风险评估、案例调研结果认为，采用中隔墙法施工方案来保证隧道施工安全，而且该方法在缩短工期和环保方面优势显著。2)针对该区段隧道，通过采用FLAC软件对中隔墙法的暗挖施工方案进行了数值模拟分析，结果表明:中隔墙法可以控制围岩变形并使围岩变形处在允许范围内。3)采用的中隔墙法施工方案将隧道断面一分为二，并在隧道断面中部架设一临时支撑隔墙，减小了开挖断面跨度，使断面受力更合理，从而使隧道开挖更安全、可靠。4)深圳地铁隧道的监测工作达到了预期效果，通过监测数据得出回归分析曲线，为后期施工预测提供参考数据，对优化设计和指导施工起到了积极的作用，也为工程的施工积累了经验。

4 结语

研究针对不同条件下的超大断面隧道，采用FLAC软件对暗挖施工方法的各工序进行了数值模拟分析，分析各工序围岩受力和变形的重点部位，预判变形处允许范围，综合考虑施工便利性、投资等多种因素，确定合理施工方案;并基于工程类比和理论分析，提出了不同条件下的超大断面隧道开挖的施工方案和支护措施，在施工中顺利实施，确保了施工安全和地表安全，验证了研究成果的正确性，总结出有效施工方案，对今后类似工程可提出明确指导。

［1］ 曾庆元.超大断面浅埋暗挖地铁车站施工技术研究［D］.西安:西安科技大学，2014.

［2］ 程志鹏.特大断面超浅埋暗挖地铁车站隧道施工技术研究［D］.北京:北京交通大学，2009.

［3］ 黄 林.复杂条件下大断面隧道施工关键技术研究［D］.北京:北京交通大学，2015.

［4］ 陈林杰，梁 波，王国喜.浅埋暗挖超大断面地铁车站隧道开挖方法研究［J］.地下空间与工程学报，2013(4):928-933.

Study on critical construction technologies of the extra-large section tunnel of the subway with complicated stratum

Zhang Yeqin
(China Hydropower 7th Engineering Bureau Co.，Ltd，Chengdu 610081，China)

Taking Shenzhen subway line No.7 BT project as an example，in light of extra-large section tunnel construction problems，such as small-spacing，shallow-buried and unsymmetrical pressure and non-dynamic continuous arch，the paper analyzes the engineering construction difficulties and points.Through engineering analogy and theoretical research，it puts forward extra-large section tunnel excavation scheme and support measures under different conditions，so as to guarantee the construction safety.

extra-large section，small-spacing，shallow-buried and unsymmetrical pressure，numerical simulation

U455

A

1009-6825(2016)35-0161-02

2016-09-27

张业勤(1974-)，男，高级工程师