城市浅埋小净距隧道施工探索

张 星

（中铁隆工程集团有限公司，四川 成都 610045）

1 工程概况

济南顺河高架南延二期工程北起玉函立交，与现状顺河高架相连，全线暗挖段长2755m，采用地下道路形式，沿现状玉函路居中布设，施工主要以暗挖为主。文章结合该工程小净距隧道施工展开探索。

（1）地质情况。正洞施工范围为Y(Z)K1+417～Y(Z)K1+1+872，拱顶大部分位于粉质黏土及黄土层。整个隧道穿越地层主要为杂填土、回填土、中风化泥灰岩、中风化石灰岩，局部为填土或杂卵石。

（2）隧道间距和埋深。正线左右线隧道初支间距最窄处为2.3m。隧道埋深为10.44～10.71m不等，以YK1+512处拱顶埋深最大，往大小里程方向逐渐减小，YK1+872处埋深最低，仅为10.44m。

（3）周边环境情况。①周边建构筑物情况。拟建地下通道上覆道路两侧有大量住宅小区、少量的办公楼及学校。②周边管线情况。拟建道路内平行于隧道方向，分布各类市政管线，其中污水管东侧为Φ500mm陶瓷、西侧为Φ500mm陶瓷，雨水管东侧为Φ500mm混凝土承插、西侧为Φ1500mm混凝土，热力管为DN325钢，燃气管为DN219钢，给水管为DN300铸铁，电力管为1万kV和11万kV。管线距离隧道拱顶最小为6m（污水管），最大为8.8m（燃气管）。

2 风险源分析

根据设计图纸、地勘报告、施工方法和周边环境情况，对1#斜井和2#斜井施工的风险源进行了梳理，主要风险源如下：（1）暗挖开马头门施工、明暗挖开马头门；（2）隧道穿越既有道路上各种市政管线，施工过程中易发生隧道冒顶、坍塌及管线各种事故；（3）隧道周边建构筑物较多，离隧道开挖边线近（0.5B～1B），施工过程中易引起房屋不均匀沉降、倾斜等；（4）横通道下穿既有浆砌片石挡墙，施工中易导致挡墙开裂、垮塌等。

3 马头门开挖及正洞开挖施工工艺

3.1 明暗挖马头门施工工艺

套拱施工→水平垂直注浆加固及管棚施工→工字钢桩头破除→H型钢桩间工字钢连接→破除套拱拱架下部桩体→型钢拱架架设→洞身开挖→拱架安装→喷射混凝土。

3.2 正洞马头门开挖施工工艺

（1）横通道上台阶开挖及初支。（2）主洞管棚施工。（3）横通道上台阶初支加固、端墙加固、上台阶贝雷架施工、主洞管棚上部工字钢焊接成环。（4）横通道中台阶开挖，施工横通道初支和主洞剩余管棚，根据监控量测数据情况，施工横通道第一道横撑。（5）施工中台阶贝雷架，安装贝雷架支撑（横撑）、斜撑等。（6）主洞洞身破除（含破除桩体），施工主洞初支及临时仰拱（先行洞在主洞起拱线位置新增I22b工字钢临时仰拱），临时仰拱增设范围为进主洞5m范围。开洞采取对角开洞。

3.3 正洞开挖施工工艺

上台阶（预留核心土）→下台阶（预留线路左侧马口）→左侧马口→仰拱。

正洞采取PC150挖机和悬臂掘进机械开挖，中间预留核心土。先开挖上台阶，待其支护距离＞15m以后再开挖中台阶，中台阶和下台阶之间错开3～5m开挖，下台阶支护后开挖仰拱，初支仰拱成环后拆除洞口临时仰拱。

4 施工对策

4.1 施工前准备工作

（1）周边建构筑物调查。在隧道正式开挖前，应对隧道沿线两侧影响范围较大的房屋进行入户调查，查阅或借阅相关图纸，重点调查周边建构筑物的基础形式、结构形式、建构筑物距离隧道开挖边线距离、地下室基础埋深、楼层、建筑年代、房屋本身损坏情况等。

（2）周边管线调查。在隧道正式开挖前，应进行隧道拱顶、隧道开挖边线一定范围内管线进行调查。重点调查管线大小、种类、材质、埋深、走向、年代等相关数据并列表记录。

（3）隔离桩加固。采用隔离桩将拟挖隧道与既有房屋建筑物进行隔断是一种比较有效的减少隧道施工对既有建筑变形影响的方法。隔离桩加固原理是利用桩的刚度比土大的特性，使桩顶和桩底的土体沉降趋于一致；同时，隔离桩主要承受开挖施工引起的侧向土压力和地基差异产生的摩阻力，限制桩后土体的变形发展，减少隔离桩后土体的变形。常见的隔离桩形式有钢管桩、混凝土桩、型钢桩等形式。斜井承担施工范围内隧道开挖边线距离房屋最小距离为0.72m，最大为4.6m。当隧道开挖边线距离房屋太近，且小净距隧道两侧房屋距离隧道开挖边线距离不等时，应在隧道开挖边线和房屋两者之间施作隔离桩。常见成孔钻机采用液压潜孔钻机，其具有重量轻、成孔能力深、钻进速度快等优点，非常适合城市有限空间作业，钻孔直径不等，根据设计验算要求满足隔离受力要求即可。该工程中采用φ108mm钢管桩（双排）灌注细石混凝土进行施工，对房屋建筑的沉降、倾斜等变形控制起到了很好的效果。

（4）地表注浆加固。为了减少在洞内加固掌子面前方岩体的时间，节省工期，可以在地表对地质情况较差的区域进行深孔注浆加固，注浆范围为隧道全断面。小净距隧道施工中中间岩体稳定性尤为重要，因而在小净距隧道施工过程中，在中间岩柱宽度较小或地质情况较差情况下，需对中间岩柱进行注浆加固。加固方式同地表注浆加固，但中间岩柱加固需加固至隧道底一定范围，而隧道全断面加固只需加固至拱顶一定范围内即可。

4.2 施工过程中的技术措施

（1）超前大管棚、小导管施工。采用管棚技术可加强支护，用以加固和支护围岩，以确保安全进洞和顺利掘进。超前小导管支护必须配合钢拱架使用，钢管沿拱的环向外插角为10～15°，钢管沿隧道纵向的搭接长度一般不小于1m。采用小导管加固时，为保证工作面稳定和掘进安全，应确保小导管安装位置正确和足够的有效长度，严格控制好小导管的钻设角度。注浆施工应根据土质条件选择注浆法。通常，砂卵石地层宜采用渗入注浆法，砂层宜采用劈裂注浆法，黏土层宜采用劈裂或电动硅化注浆法，淤泥质软土层宜采用高压喷射注浆法。该工程中采用小导管配合超前管棚施工，地质差且拱顶部分地表注浆加固效果不太理想，浆液未扩散，对于这部分区域施工可以采取单排小导管加密或者打设双排小导管进行施工。①双排小导管从拱架间距中打设：因拱架间距较小，小导管打设时拱架间距中的小导管打设角度较大，达到30°，与另一排小导管搭接长度较小，且施工时拱架间距中的小导管无法正好保证在上一排小导管中间位置；②双排小导管从拱架中打设：为保证连续两榀拱架中间打设的小导管搭接长度满足设计及规范要求，小导管长度需加长，且工程量较大，导致成本较大。

（2）玻纤锚杆超前注浆加固。在地表注浆加固效果不太理想，掌子面地质较差情况时，亦可以对掌子面采取玻纤锚杆超前注浆加固的方式确保开挖安全。

（3）控制开挖步序和台阶长度问题。开挖过程中应严格控制上下台阶间距，下台阶与初支仰拱间距，初支仰拱与二衬仰拱间距，二衬仰拱和二衬拱墙间距，应按照设计和规范标准进行控制。上台阶长度不宜过长，上台阶长度一般控制在1～1.5倍洞径（D）以内，但必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，支护形成封闭结构。

（4）初支背后注浆。在开挖支护过程中应严格按照设计图纸埋设注浆管，并在局部垮塌、喷射混凝土喷射不密实处及时埋设注浆管，同时根据初支完成情况及时进行背后注浆作业。注浆可采用φ42mm钢管，管长根据拱架（格栅）及喷射混凝土厚度确定，根据设计纵向及横向间距进行埋设。一般情况下，注浆宜采取水泥浆，水灰比为1∶1，注浆压力为0.3～0.5MPa。

（5）临时仰拱。小净距隧道施工时，后行洞开挖掌子面处先行洞应封闭成环。但因实际施工过程中工期、施工组织等原因无法完全保证先行洞全部成环后再开挖后行洞，因而在小净距施工时可以采取增设临时仰拱的方式确保先行洞和后行洞全部成环，确保隧道施工安全。临时仰拱通长常用设计正洞同型号型钢（格栅）拱架一致，确保连接误差在合理范围内。

（6）对拉锚杆。小净距隧道施工过程中，在先行隧道下半部完成之前开挖后行隧道上半断面，有可能引起隧道拱脚部位岩体较大破坏，对开挖两个隧道相邻侧边墙不利，因此需采用穿通中岩墙的对拉锚杆加固隧道相邻侧墙拱脚以上岩体，对中间岩柱进行加固，确保岩柱稳定。极软弱围岩中施工，可以通过调整型钢（格栅）的间距，减少开挖进尺等方式确保施工安全。

（7）拱脚处理措施。拱脚悬空易导致初支开裂、两侧不均匀沉降、地表沉降等一系列连锁反应，可以采取垫设厚跳板、方木、混凝土预制块、钢板和型钢等方式确保拱脚落到实处，保证初支结构稳定。

（8）初喷。在开挖过程完成后，此时岩体一直裸露在外，应进行初喷混凝土封闭，一可以暂时稳定掌子面，二是可以通过观察初喷混凝土判断围岩稳定性。一般情况下初喷混凝土4cm。

5 监控量测动态控制

监控量测目的：（1）监视围岩应力和变形情况，验证支护衬砌的设计效果，保证围岩稳定和施工安全；（2）提供判别围岩和支护系统基本稳定的依据，确定二次衬砌和仰拱的施作时间；（3）通过量测数据的分析处理，掌握围岩稳定性变化规律，确定修改支护、衬砌设计参数和施工方法，提供围岩和支护衬砌最终稳定的信息；（4）对于小净距隧道要特别注意中夹岩（墙脚到拱腰处围岩）的变形和稳定，为中夹岩的加固提供必要的数据值根据；（5）积累量测数据，为今后的小净距隧道设计与施工提供工程类比的依据。

6 结束语

小净距隧道施工过程中涉及的重点主要有中间岩柱的（预）加固、开挖进尺的控制、监控量测指导过程施工、周边环境（含洞内和洞外）（预）加固、拱架拱脚稳定、初支与仰拱、仰拱与二衬施工步距的控制，等等。城市复杂敏感环境下小净距隧道施工要严格坚持十八字方针，即“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。掌握十八字方针的精髓是隧道施工的关键，实际施工过程中能够灵活运用并落到实处即可确保隧道施工安全。