合肥地铁2号线潜山路站暗挖隧道施工技术研究

李 凯 周仕波 黄 彬 杨新安

(1.合肥城市轨道交通有限公司建设事业部，安徽合肥 230001; 2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室，上海 201804)

1 概述

合肥市轨道交通2号线是穿越中心城区并横跨合肥东西的骨干线路，引导和促进不同城区间的联系和发展。合肥市轨道交通2号线多处通道采用暗挖法施工，需要根据合肥的地层特性对合肥地区暗挖隧道的施工技术进行研究。

合肥地区浅部黏土层具有一定的膨胀特性［1-6］，由于黏土透水性差等特点，通过普通注浆可能会引起黏土膨胀等问题，在施工中必须采取相应措施［7］，膨胀土具有胀缩性、裂隙性等不良工程特性会对施工造成一定影响，需要选取合适的施工工法降低其影响［8］。但目前对膨胀土的胀缩性、裂隙性等工程特性认识还存在缺陷，不同区域膨胀土的特性也存在很大差异，膨胀土隧道施工经验不足［9］。同时，合肥地层的组合具有多样性。这些都说明，暗挖技术在合肥轨道交通建设中仍是有待深入研究的重大课题。

潜山路站位于长江西路与潜山路交叉口，该车站附属1号出入口暗挖通道均采用暗挖法施工。暗挖技术在合肥轨道交通1号线进行过局部的试验，而2号线的这些暗挖通道所处的地层条件、环境条件及上覆地层中的管线与地面车辆的影响各有特点，对其开挖工法、超前支护等进行研究，结合监控量测实施反馈分析，可以为合肥地铁的合理设计、施工技术支撑，促进暗挖技术在合肥地区的推广应用，对合肥市乃至其他地区的类似工程建设均具有重要的参考和借鉴意义。

2 暗挖隧道工程地质与环境条件

2.1 工程概况

潜山路站附属1号口位于交叉路口东北象限，通过暗挖通道与地铁车站主体连接，1号出入口暗挖通道全长88 m，隧道断面尺寸为7.6 m ×5.65 m，底板埋深9.63 m ～10.87 m。潜山路1 号口埋深跨度比为0.5～0.7左右，且上覆地层中管线众多，工程环境复杂，施工风险较大。

2.2 暗挖隧道工程地质与水文地质

潜山路车站范围内属二级阶地地貌，地形较为平坦。1号口拱顶覆土厚度4 m～6 m，其中人工填土厚度1.3 m～1.9 m，黏土厚度2.5 m～3.7 m;洞身范围土体主要由1 m厚度的黏土、2 m厚度的粉质黏土、1 m厚度的全风化泥质砂岩组成;底板位于强风化泥质砂岩，岩层总体呈单斜状。该车站暗挖通道岩土体分布如表1所示。

车站与暗挖通道范围内无地表河流、沟渠。地下水主要为上层滞水，第四系孔隙水以及基岩裂隙水。上层滞水水量微弱，主要赋存于表层的人工填土层中。第四系孔隙水主要赋存于黏土层中，黏土层埋深浅，成层性较好，含水量较小，黏性土的透水性和富水性均较弱，单井涌水量一般小于10 m3/d，年水位变化幅度约3 m～5 m。泥质砂岩层的富水性及透水性均较弱，基岩裂隙水总体贫乏，地下水总体不发育。

2.3 隧道工程环境与周边条件

车站周边主要以科教用地与居住用地为主。长江西路规划道路红线宽60 m，潜山路规划道路红线宽55 m，交通流量非常大，有重载车辆通行。

车站周边地下管线较多，主要有雨水、污水、通信等管线，其中控制性管线主要为:长江西路两侧有2根直径400埋深约4.7 m的污水管，另有两根直径1 000埋深2.7 m的雨水管。潜山路路中有直径1 400埋深约3.4 m的雨水管，另有一根直径1 000埋深5.2 m的污水管。地下管线多且密集，埋深深浅不一，车站暗挖隧道的施工中须控制沉降及其对管线的影响。

3 暗挖隧道设计与施工

3.1 暗挖通道(隧道)设计

1号出入口暗挖通道全长88 m;暗挖通道采用浅埋暗挖法施工，暗挖隧道断面采用复合式衬砌结构，防水材料采用1.5 mm厚EVA塑料防水板，超前支护措施为:超前大管棚+超前小导管注浆。

3.2 开挖方法

1号口暗挖通道采用4部CRD工法施工。具体开挖步序见图1。

图1 暗挖通道施工工法

3.3 超前支护

1号口暗挖通道开挖采用:超前大管棚+小导管注浆的超前支护方式。

1)超前大管棚施工。根据地勘资料揭示，1号口暗挖通道洞身范围土体主要由1 m厚度的黏土、2 m厚度的粉质黏土、1 m厚度的全风化泥质砂岩组成，通过采用水钻平行跟管技术形成管棚超前预支护，从而有效控制地面沉降，保证施工安全。

管棚设置参数为:采用直径108 mm，壁厚6 mm的热轧无缝钢管，环向间距400 mm，角度1°～3°，单根长度2 m～3 m。

2)超前小导管施工。通过沿开挖轮廓线外纵向向前倾斜钻孔安设注浆管，并注入浆液的方式，达到超前加固围岩的目的，实现超前小导管注浆加固地层技术。小导管设置参数为:在拱顶180°范围内设置42 mm×3.5 mm热轧无缝钢管，长度3.5 m，环向间距400 mm，纵向间距1.5 m。

3.4 初期支护

初期支护的支护参数为:Ⅰ22a@500 mm型钢钢架+(内外双层HPB300，8@150 mm×150 mm)钢筋网+300 mm厚度早强C25喷射混凝土。拱部预留注浆管，埋设原则为:起拱线环向间距2 m，侧墙环向间距3 m，纵向间距3 m。初期支护背后注浆，浆液为1∶1水泥砂浆，注浆深度为初支背后0.5 m。

3.5 二衬结构

二衬结构采用复合式衬砌施工，采用厚度为500 mm的C35，P8钢筋防水混凝土，通过1.5 mm厚EVA塑料防水板进行全包防水，防水板与基层间设置400 g/m的短纤无纺布缓冲层，底板或仰拱防水层上表面设置400 g/m的无纺布保护层，并浇筑5 cm厚的细石混凝土保护层;二衬背后注等强微膨胀水泥砂浆，拱部预留梅花形布置的注浆孔3个～5个，纵向间距为4 m。

3.6 地面车辆荷载对策

由于1号口暗挖通道覆土厚度仅4 m～6 m，并且没有采取改道封路的措施，为了减轻地面车辆荷载的影响，采用在暗挖通道穿越的地面主干道上满铺12 000 mm×2 000 mm×20 mm钢板，钢板能够减小隧道上部地表的车辆荷载，并且将车辆荷载转移至隧道两侧的土体并向下传递，地表沉降曲线表明该方法合理有效。通过隧道收敛变形可以看出，地表车辆荷载并未对隧道产生过大的侧向挤压作用，可见，钢板起到了分散荷载的作用。

3.7 管线保护与对策

暗挖通道在施工前复查管线及道路回填质量，根据情况进行注浆加固。

4 监控量测结果分析

对潜山路附属1号口暗挖监测结果进行分析，图2为潜山路1号口暗挖隧道拱顶下沉曲线，图3为潜山路1号口暗挖隧道地表、管线、拱顶沉降对比图。

图2 潜山路1号口地表沉降图

图3 潜山路1号口地表、管线、拱顶沉降对比

由图2可知，其中测点D1-3，D1-4，D1-5位于1号出入口上方，其沉降受隧道开挖影响较大，最终沉降量达到20 mm～30 mm左右。地表沉降主要集中于4月与8月之间，即开挖阶段，此后沉降变化量较小。由图3可知，地表沉降、管线沉降及拱顶沉降具有相似的沉降规律和趋势，但拱顶沉降变化速率更缓慢，拱顶下沉量、管线沉降量、地表沉降量依次递增。

1号口暗挖通道的上方覆土厚度较小，虽然采用了超前大管棚+小导管注浆的方法，但开挖过程仍然会产生较大的上覆地层扰动和沉降;其拱顶沉降数值保持在10 mm以内，可见，超前大管棚+小导管注浆对于防止拱顶下沉效果显著。

5 结语

合肥轨道交通2号线暗挖隧道的工程实践表明，采用合理的设计与综合施工技术，能够实现在合肥地区浅埋土质围岩且地面道路有车辆荷载的隧道暗挖施工。1)对于复杂条件下浅埋暗挖隧道的开挖，必须分段开挖，采用超前支护，严格控制开挖进尺，初期支护和仰拱闭合要及时，并根据监测结果采取适时的二次支护，以确保隧道施工安全顺利进行;2)采用在路面满铺4 cm钢板的方式可有效分摊拱顶和隧道洞身的侧向挤压荷载，通过地表沉降和洞周收敛变形可说明该方法可有效地减弱车辆超载对隧道开挖的影响;3)1号出入口累计最大沉降量有超限的情况出现，最大值约35 mm，分析其超限原因发现，在开挖后的7个～8个月时某几个测点在短期突然发生较大沉降，此时二次衬砌已经施作完毕，该沉降曲线形态与常规沉降规律不符，而其余各测点沉降在合理范围内，因此可判断为非正常施工因素导致沉降超限。拱顶下沉最大累计沉降量约为25 mm，明显小于地表沉降量;4)埋深较浅的1号出入口采用了超前大管棚+小导管注浆的方法，有效控制了拱顶下沉，但开挖仍然会产生较大的上覆地层扰动和沉降;5)超前大管棚对于防止拱顶下沉效果显著。1号口开挖后初期沉降显著，占到总沉降量的60%～70%，但单日沉降量并未超限，因此可采用加固上覆地层的措施，以减小地表和管线沉降。