地铁车站浅埋暗挖大跨扁平连拱隧道施工综合技术

苟明中

（成都轨道交通集团有限公司，四川成都 610041）

1 工程概况

成都博览城综合交通枢纽为成都地铁1号、6号、18号、16号线在天府大道东侧及福州路下方形成的4线“H”形大型综合交通枢纽，6号线为地下4 层车站，1号、18号和16号线车站均为地下3 层车站，位于6号线车站上方。18号线车站为双柱三跨15.0 m岛式车站，南端设置交叉渡线折返线，下穿青岛路市政公路隧道，底板埋深约21 m。青岛路市政公路隧道由主车道（双向四车道）加两侧辅道组成，单层两跨现浇钢筋混凝土框架结构型式，辅道为L型挡墙结构型式，与主车道通过牛腿连接。为保证施工期间青岛路的正常通行，道路下方长70 m 段采用浅埋暗挖大跨扁平连拱隧道结构形式（图1）。暗挖隧道拱顶距市政隧道结构竖向距离为1.7 m，隧道跨度受车站站台宽度控制，开挖宽度28 m，单拱内净宽12  m，开挖高度 12.4 m，内轮廓净高 10.24  m。

图1 下穿市政道路与隧道三维关系图（单位：m）

隧道所处地层主要由第四系人工杂填土层、冲洪积层和白垩系泥岩层组成。地面至隧道拱顶上0.5  m主要为杂填土层，往下至拱顶下1.5  m主要为淤泥质软土、1.5 ～3  m为粉质黏土层，3 m以下依次为全、强、中风化泥岩。其中人工填土主要为风化砂岩碎块、黏性土等，含少许建筑垃圾，为欠固结土，结构疏松，强度较低；淤泥质软土为回填鱼塘底分布的淤泥质土，高压缩性，含水量较高，软塑～可塑状态，手搓呈条状；全风化泥岩岩体结构破坏，岩芯多呈土状；强风化泥岩中厚层状构造，岩质软，节理发育，岩芯多呈碎块状或饼状，岩芯碎块手可折断。由于两端明挖基坑已经采用降水施工，地层中主要为滞水，施工期间水量贫乏。

2 隧道衬砌结构及加固措施

本工程具有周边管线多、工程及水文地质条件差、结构型式及受力复杂、施工工序多、沉降控制严格、工期紧等特点。根据浅埋暗挖大跨扁平连拱隧道的力学特点和理论计算分析，隧道衬砌结构及辅助措施如下，详见图2。

图2 隧道衬砌断面图 （单位：mm）

2.1 衬砌结构

（1）初期支护。①喷混凝土：C25喷混凝土，厚度35 cm ；②钢筋网：φ8 钢筋，网格间距 15  cm×15  cm，全环双层；③钢架：I25工字钢架，全环设置，间距50  cm；④锚管：φ32 钢花管，间距 80  cm×50  cm，边墙设置。

（2）模筑衬砌。C35、P10防水钢筋混凝土，厚70  cm，中墙厚度 80 cm。

（3）中壁临时支护。①喷混凝土：C25喷混凝土（中壁厚 30  cm、横撑 25  cm）；②钢筋网：φ8 钢筋，网格间距20 cm×20  cm，单层；③钢架：中壁I22、横撑I20a，间距同主钢架；④锚杆：φ22药卷锚杆，间距100 cm×50  cm，中壁设置；⑤封闭掌子面：对淤泥质软弱地层采用5  cm厚喷混凝土临时封闭。

2.2 加固措施

（1）φ133大管棚。拱部设置φ133大管棚，长度36  m，从两端往中间打设，搭接 2  m，钢管环向间距40  cm，与隧道外轮廓净距 30  cm，钢管采用φ133  cm×8  mm 的无缝钢管。

（2）φ42超前小导管。在大管棚之间打入φ42钢花管，长度3.0 m，纵向间距1.5 m，通过超前小导管对隧道拱部软弱地层进行补强加固。

（3）深孔注浆。加固范围为拱部开挖轮廓线以外2.0 m及以下至全、强风化泥岩分界面。在市政隧道两侧通过地面对软弱地层进行注浆加固，市政隧道底部通过洞内深孔水平注浆对地层进行加固。

3 隧道施工工法及工序

为确保隧道施工期间青岛路的正常安全通行，根据大跨扁平连拱隧道的力学特点和浅埋暗挖隧道的施工技术要点，通过设置大管棚、超前小导管、地层注浆加固等辅助工程措施，采用双侧壁+中导坑的十步微台阶施工工法进行施工，详见图3，详细施工工序如下。

图3 双侧壁+中导坑十步微台阶法步骤图 （单位：mm）

（1）分步施工隧道拱部大管棚、超前小导管和地层注浆。

（2）首先开挖③号导坑，其超前8 m后施工下部⑧ 号导坑；导坑超前5 m后，分别开挖两侧①号、⑤ 号导坑，在上导坑超前8 m后，再分别开挖两侧⑥号、⑩ 号导坑。

（3）⑥号、⑧号、⑩号导坑每施工10 m后，及时施工8 m长的仰拱结构（含回填）；⑧号导坑仰拱施工完成后，逐段凿除③号、⑧号导坑间水平撑混凝土，间隔保留工字钢横撑预防中导坑水平收敛变形。隧道按6  m 1 个循环进行隧道中墙和拱顶二次衬砌施工。

（4）隧道中墙结构施工12 m（2个循环）后，分别开挖施工中墙两侧的②号、④号导坑，其超前8 m后，开挖施工⑦号、⑨号导坑；在⑦号、⑨号导坑开挖超过10 m后，及时施工其仰拱结构（含回填）。

（5）待⑦号、⑨号导坑贯通后，先对洞口段4 m范围的临时中壁和临时水平支撑按拆一留二的要求进行拆除，在拆除过程中，加强对隧道拱顶沉降、水平收敛的监测；在监测2天变形稳定后，按拆一留一的要求进行拆除，再继续监测2天变形稳定后，拆除该范围剩余钢架，进行隧道拱部及边墙二次衬砌的施工；连拱隧道两侧拱墙分别不同步施工。

（6）待隧道洞口3 m二次衬砌施工完成并达到受力要求后，隧道洞身按6 m一个循环进行隧道二次衬砌施工；二次衬砌施工过程中，临时支撑按2次分步分段拆除。

4 主要施工技术

隧道两端均为明挖框架结构，待明挖段主体结构达到受力要求后再施工暗挖段结构，在暗挖隧道开挖施工前，应先施工超前大管棚、小导管和洞口段的地面注浆。施工严格遵守“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则。主要技术要求如下。

4.1 大管棚施工

φ133大管棚长36 m，共计76根，南北两端对打，接头采用丝扣连接，丝扣螺纹段长15 cm。在端墙预埋φ159、壁厚6 mm、长1.5 m管棚导向管；钻孔采用定向钻进方式，施工误差控制在径向不大于20 cm，相邻不大于10 cm。棚管打设完成后，封闭管棚周边与预埋管之间的间隙，向管棚注水泥浆，水灰比1：1，根据单孔孔内情况灵活控制泵压，当排气孔流出浆液后，关闭排气孔，继续注浆，孔内压力保持在1～1.5 MPa范围内，稳定3～5 min后停止注浆，注浆浆液必须充满钢管及周围的空隙并密实。

4.2 洞身开挖及初期支护

隧道开挖及初期支护顺序如下：隧道开挖→铺设第1层钢筋网并初喷4 cm混凝土→架设型钢钢架→打设边墙锚管、与钢架焊接并灌浆、预埋拱部初期支护背后注浆管→复喷混凝土20 cm左右→铺设第2层钢筋网并与钢架的翼缘焊接→喷射混凝土到设计厚度→根据沉降情况及时进行初期支护背后注浆。各步序施工主要技术及要求如下。

（1）隧道洞身采用人工配合机械开挖，以控制超挖和减轻对地层的扰动，开挖轮廓线圆顺，人工修边；严格按要求留置核心土，保持掌子面土体的稳定。

（2）及时进行第1层钢筋网铺设和初喷混凝土，型钢钢架与初喷混凝土之间常有空隙，是造成地面沉降的重要因素，应重点关注。喷混凝土应从多角度喷射，刚开始应特别斜向型钢钢架背后喷射，以便回填空隙；预埋初期支护背后注浆管应在型钢钢架背后空隙位置开孔，便于对型钢背后空隙进行回填灌浆。

（3）设置锁脚锚杆和钢架底贯通槽钢，加强对型钢钢架拱脚的处理。钢架拱脚处理不好，也是造成沉降的重要因素，钢架安装前应清除拱脚下的虚碴，超挖部分用混凝土块垫实；两接头必须采用螺栓连接牢固，当个别螺栓孔连接困难时，应通过现场增设钢板钢筋等焊接牢固。

（4）由于隧道拱顶扁平，初期支护背后拱顶注浆比较关键；初期支护封闭后根据沉降监测及时进行初期支护背后注浆，对钢架背后空隙、地层变形松弛孔隙和地层应力进行补偿；对位移变化较大或渗漏水处，应进行重点注浆。注浆采用纯水泥浆，压力为0.1～0.2 MPa，灵活掌握并调整注浆压力，根据进浆量和压力双控结果决定注浆结束时间。

4.3 二次衬砌施工

二次衬砌的施工关键是临时支撑的拆除。各步序施工主要技术及要求如下。

（1）临时支护分段拆除，不同段落拆除的长度应有区别。洞口先拆除4 m，施工洞口段二次衬砌；一般段按6 m控制，并根据监测情况及时调整。

（2）二次衬砌混凝土采用输送泵灌注，钢模板外挂附着式振捣器进行振捣。混凝土对称分层浇注，每层厚度不超过30～40 cm，混凝土灌注至墙拱交接处，应歇1 h后方可继续灌注。

（3）由于隧道跨度大且受力复杂，应待下一次循环的二次衬砌混凝土浇注完成24 h后才开始拆除前一次循环的二次衬砌模板。连拱隧道两侧的二次衬砌混凝土需错开一环施工，避免横断面方向临空跨度大，但应加强对整体式中墙受到偏载影响的监测和采取相应的加固措施。

（4）隧道拱顶扁平，二次衬砌背后灌浆至关重要。由于每次循环长度不大，采用端头水平灌浆方式，设置3根灌浆管确保拱部混凝土密实；浆液材料采用高强无收缩水泥砂浆，灌浆应连续均匀作业，以防堵塞管路，影响注浆效果；灌浆压力控制在0.1 MPa左右，直到无进浆为止。

5 施工监测及效果

根据浅埋暗挖大跨扁平连拱隧道的特点，采用第三方监测方式对隧道周边地表沉降、拱顶沉降、净空收敛、管线沉降、构筑物变形（地下管线、地面道路、边坡）等多个项目进行监测，并对可能发生危及施工、周边环境安全的隐患或事故及时准确的预报，实行“黄、橙、红”三级预警机制，避免事故的发生。

5.1 监测结果

施工过程中，道路面在市政隧道变形缝位置出现了裂缝，市政隧道由于有变形缝未见结构裂缝，市政管线未出现破坏情况，在隧道二次衬砌施工完成后各变形趋于稳定。详细监测结果详见表1。

表1 隧道施工监测结果

5.2 监测结果分析

隧道施工中未发生涌水、涌泥、涌砂和掌子面失稳现象，周边环境和隧道结构本身安全可控。但隧道在土方开挖卸载过程中对周边环境存在一定影响，尤其是隧道上部影响范围周边地面沉降及构筑物沉降较大，地表最大沉降累计值162.8 mm，构筑物最大沉降累计85.4  mm，在采取加强措施前一直处于下沉状态。根据监控量测数据及现场巡视结果分析如下。

（1）地面加固采用绣花管注浆效果不佳，在部分注浆加固调整为旋喷加固后，对控制地面及构筑物变形加固效果明显。

（2）初期支护喷混凝土厚度较大，前期存在喷锚不够密实，产生较大变形；后续改进施工工艺和加强背后注浆后有明显效果。当初期支护有渗水现象时，应及时进行堵漏及疏导，避免土体长期浸泡，影响初期支护受力。

（3）施工土方开挖过程中受强降雨影响而导致土层内含水量较多，渗漏水带出泥沙，尤其是隧道上部杂填土受裂缝渗漏泥沙及土体浸泡，造成土体失水不均匀沉陷、地面沉降较大而开裂破坏。

6 结论

（1）对处于软弱地层中的浅埋暗挖大跨扁平连拱隧道结构，通过地层注浆、超前管棚等地层加固措施，采用双侧壁+中导坑十步微台阶法施工技术可行，安全可靠。

（2）对于大跨扁平连拱隧道，施工工序转换频繁，各工序需紧跟衔接。尤其应注意长管棚施工精度控制、台阶开挖支护控制、钢架接头连接、钢架拱脚处理、临时支撑拆除、初期支护及二次衬砌背后注浆等关键技术。

（3）对于浅埋软弱地层大跨度隧道，采用多导坑施工时，每个导坑开挖宽度宜控制在5～6 m，上导坑开挖高度宜控制在3～4 m，有利于隧道开挖和钢架架设等施工操作、工序转换、沉降及变形控制、施工组织及安全保障等，能更好确保施工安全和施工工期。