软弱地层大跨度超浅埋过街通道暗挖设计

李 强

(重庆市交通规划勘察设计院，重庆 401121)



软弱地层大跨度超浅埋过街通道暗挖设计

李 强

(重庆市交通规划勘察设计院，重庆 401121)

针对本项目的工程地质条件和复杂的周边环境，遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则，通过选取合理的施工方案、可靠的支护措施和合适的监控量测方案，进行了软弱地层大跨超浅埋过街通道暗挖设计，最终确保了通道安全竣工，并保证了地下管线、相邻地铁和地面交通的安全运行.

软弱地层; 大跨度; 过街通道; 浅埋暗挖; 变形控制

拟建人行过街通道位于沈阳市繁华的青年大街，通道一方面服务于市政人行过街，另一方面连接了大街两端华润地产和嘉里地产的地下一层，具有市政服务和商业开发双重功能.主通道全长约66 m，由于两端受地产楼盘负一层标高控制，通道埋深浅，因而只能采用矩形断面.通道净宽10 m，净高3.5 m.通道顶板以上覆土厚度约3.5～4 m，覆土内管线众多，包括煤气管、污水管等.通道下约7.2 m有已建成的2号线青年公园站-工业展馆站区间隧道，平面交角约60°.通道顶板以上覆土主要为杂填土，洞身基本位于粗砂和砾砂层，设计、施工难度大.

1 工程地质及水文地质条件

通道场区地形平坦，地貌类型为浑河高漫滩.岩土体的岩性分布为：①层杂填土：杂色，松散，稍湿，厚度2.2～3.0 m；②层粗砂：黄褐色，稍密状态，稍湿，厚度1.2～3.1 m；③层砾砂：黄褐色，中密状态，稍湿，颗粒不均匀，厚度1.0～3.0 m；④层圆砾：中密状态，颗粒不均，厚度7.8～11.6 m；⑤层中粗砂：黄褐色，密实状态，含水，厚度1.1～4.0 m；⑥层砾砂：黄褐色，密实状态，饱和，勘察揭示厚度7.3 m.

场区地下水的类型为砂类土中的潜水，地下水水位为14.10～14.30 m，埋深4.5 m.

2 浅埋暗挖施工方案研究

2.1 浅埋暗挖施工工序

通道场区岩性为杂填土、粗砂、砾砂、圆砾，暗挖自稳能力差，成洞困难，加之通道断面为扁平的矩形断面，受力差，开挖极易垮塌.如发生垮塌，会造成路面塌陷，上部覆土内的市政管线损坏.二衬结构通过计算可以确保安全，最大的风险在通道开挖至二衬施作前，尤其是初期支护还未施作或成环期间.参考国内既有工程经验并结合本工程实际，设计采取“化大为小、分部开挖”的思路，遵循“小分块、短台阶、早成环、环套环”的原则，水平方向分解成三个小洞，竖向分成上下台阶开挖，最终将宽10 m，高3.5 m的大跨度矩形通道划分为六个小块进行分部开挖，每个小块宽3.3 m，高1.75 m，从而大大降低开挖风险.开挖过程中各导坑初期支护步步成环，全断面开挖完成后再分段拆除临时支护.施工严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则，控制开挖进尺≤0.5 m.开挖初支后及时满堂支架施作二次衬砌.经计算分析比较后，确定开挖工序如图1所示.

图1 施工开挖步序图

第1步：开挖轮廓外小导管注浆，左侧壁上导坑台阶法开挖并施作初期支护及临时支护结构；

第2～6步：分别为左侧壁下导坑、右侧壁上导坑、右侧壁下导坑、中洞上导坑、中洞下导坑台阶法开挖并施作初期支护及临时支护结构；

第7步：施作满堂支架后，左、右洞侧墙及顶板二衬施作，如图2所示.

图2 二次衬砌浇筑施工图

第8步：中洞底板二衬施作，强度达到80%后拆除满堂支架.

2.2 浅埋暗挖施工开挖有限元计算分析

施工中变形控制是本工程施工成败的关键因素之一，尤其是开挖引起的竖向变形，直接关系到青年大街路面和路面下市政管线的安全.为此，设计采用FLAC2D有限元分析软件进行施工开挖模拟分析，计算模型如图3所示.

图3 施工开挖有限元分析模型

选取的岩土层物理力学参数如表1所示.

经有限元计算分析，最后一步开挖中导洞下台阶后围岩竖向位移云图如图4所示.

表1 岩土层物理力学参数表

图4 最后一步开挖后竖向位移云图

计算结果如表2所示.

表2 竖向位移计算结果表

经计算可见，按照上述施工步序，隧道开挖可能引起的地表最大沉降为14.5 mm，市政管线集中分布的路面下1.5 m处最大变形17 mm，变形总体可控，能有效降低施工塌方风险，确保青年大街路面和下部市政管线的安全.

3 通道主要支护参数选取

超前支护及预加固是浅埋暗挖法安全开挖的前提.施工前，在通道顶和两侧边墙布置5环双重管预注浆，并添加适量固沙剂加固地层.暗挖施工时，沿着通道顶和两侧边墙打设双排Φ42小导管作为超前支护，小导管长度2.5 m，环向间距40 cm，纵向排距1.5 m，外插角<10°，搭接长度不小于1.0 m.

初期支护是确保暗挖成败的关键关节.设计采用C25湿喷早强混凝土，厚30 cm，喷射混凝土层内采用Ф6.5双层钢筋网@15 cm×15 cm.采用截面为22 cm×22 cm的格栅钢架，钢架纵向间距0.5 m，环向间距1.0 m.

二次衬砌是运营安全的保障.通道边墙二衬厚80 cm，顶、底板厚100 cm，均采用C40钢筋混凝土，保护层厚5 cm.抗渗等级P8.

4 通道暗挖变形控制

施工变形控制是本项目信息化施工依靠的准绳，变形控制的好坏直接关系到通道施工和周边构筑物的安全.准确确定管线或其他构筑物的性质、位置及其与拟建通道的空间关系，是保护管线或其他构筑物并确保施工安全的前提条件.因此，开工前应查阅相关资料，对地下管线的种类、直径、平面位置、标高等进行复核，并与拟建通道进行比较，确定是否与通道及其支护结构位置有冲突.若无法查阅有关资料，应对地道范围内及其附近的区域进行探测，必要时采用人工开挖的方式确定地下管线的位置.

(1)地下管线保护施工开挖变形控制标准

通道顶板以上覆土厚度约3.5～4 m，覆土内管线共计14根，包括煤气管2根，直径30 cm，埋深1.5～1.65 m；污水管2根，直径分别为0.9 m和0.25 m，埋深分别为1.94 m和1.4 m，此外，还有通信电缆、水管等.其中电信管线为塑料管线，水管及煤气管线为铁管，污水管为混凝土管.在施工中特别需要控制水管及煤气管线的变形，以免发生危险.设计依据相关规范，并借鉴国内外工程经验，提出了管线监测报警限值如表3、表4所示.

表3 一般管线监测报警限值

表4 煤气、供水、排水管线监测报警限值

(2)相邻地铁保护施工开挖变形控制标准

为确保通道施工不影响下方既有盾构区间隧道的结构安全，施工过程中通过采取控制措施，按照如下变形控制标准指标对运营地铁隧道进行保护：

两轨道横向高差≤2 mm，轨向偏差和高低差最大值≤4 mm、10 mm；地铁结构最终绝对沉降量及水平位移量≤20 mm，地铁结构日沉降量和水平位移量≤0.5 mm，变形曲线的曲率半径≥15000 m，结构相对弯曲≤1/2500；报警值：监测值超过日指标或地铁结构总变形控制量的1/2时立即报警.

(3)地表沉降控制标准

为了确保通道地表青年大街路面的正常交通通行，设计着重强调了对地表沉降的监测，并提出了监测标准如表5所示.

表5 监测地表沉降基准值

本项目暗挖过程中严格按照上述控制标准进行施工，最终确保了青年大街及路面下市政管线和通道下方地铁隧道的安全.

5 结语

设计通过选取合理的施工开挖方式、制定可行的超前支护和初期支护措施，提出了行之有效的变形控制标准，确保了沈阳青年大街大跨度超浅埋矩形断面暗挖通道的安全施工，同时保证了地下管线、相邻地铁和路面交通的安全.总结本次浅埋暗挖设计经验如下，以为其它相似工程参考.

(1)对于大跨度扁平的矩形断面暗挖设计，采取“化大为小、分部开挖”的方法，可以有效克服大跨度及扁平结构受力不利带来的施工困难.

(2) 施工严格按照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则，严格控制开挖进尺.

(3)超前注浆加固是浅埋暗挖成败关键环节之一，结合地区施工经验，在浆液中添加外加剂，可取得较好的预加固效果.

(4)严格遵循设计提出的变形控制标准，切实开展好施工过程中的监控量测工作，对于确保施工安全、地下管线和周边构筑物安全以及地面交通安全等均具有重要作用.

[1] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2004.

[2] 贺长俊,蒋中庸,刘昌用，等.浅埋暗挖法隧道施工技术的发展[J].市政技术, 2009(3)：274-277.

[3] 段东旭.大跨度地下通道的浅埋暗挖法施工[J].铁道建筑，2008(3)：40-43.

[4] 董志友.市政道路下大断面平顶隧道浅埋暗挖施工应注意的问题[J].科技情报开发与经济，2005(16)：286-287.

[5] 王建平, 张富强.小导管注浆预支护技术在城市浅埋暗挖隧道的应用[J].河北建筑工程学报，2003(1)：55-56，60.

[6] 孙建辉.“浅埋暗挖”技术在北京热力隧道建设中的应用[J].城市建筑，2014(2)：323-323.

[7] 戴仕敏.城市超软弱地层中浅埋隧道变形特征与实测分析[J].地下空间与工程学报，2015(S2)：713-718.

[8] 文 罕.浅埋暗挖大断面平顶直墙隧道设计关键技术[J].建筑科技，2016(8)：153-154.

Design on Shallow Tunneling of Wide Underpass in Soft Ground

LI Qiang

(Chongqing Communicaitions Planning Survey & Design Institute, Chongqing 401121, China)

According to the poor geological conditions and complex surroundings of the project, shallow tunneling technology is used to abide by the principle“Pre-grouting first, shortening tunneling step, strengthening the support, seal the lining soon and measur the deformation frequently”. Reasonable excavation method, strong support and suitable monitoring measurement are used without traffic interruption of above street. Eventually, the underpass is built safely with municipal tubes or wires and metro tunnel protected successfully.

soft stratum; long span; underpass; shallow tunneling; deformation control

2016-12-18

李 强(1979-),男，硕士，注册岩土工程师，研究方向：隧道及岩土.

TU99

A

1671-119X(2017)02-0088-04