地铁暗挖区间浅覆土、大跨度、多断面施工及控制技术

李春奎

（中铁十八局集团第三工程有限公司，河北涿州 072750）

地铁暗挖区间浅覆土、大跨度、多断面施工，涉及浅埋暗挖、大跨度结构、结构断面变化多等诸多施工及控制技术。本文以长春地铁6号线为例，系统阐述相关施工技术，以期为地铁类似工程施工提供借鉴。

1 工程概况

长春地铁6号线岱山公园站—飞跃广场站区间（以下简称“岱飞区间”），沿飞跃路主干道下方敷设，总长1 066.692 m，其中岱飞区间2号竖井及横通道沿飞跃路路中设置，竖井结构外轮廓尺寸为15.6 m×15.6 m的矩形截面；横通道采用盖挖顺作法施工，盖挖段结构外轮廓尺寸为18.2 m×10.6 m的矩形截面。竖井横通道整体跨度长33.8 m，基坑深19.1 m，顶板覆土仅为4.1 m，埋深较浅；竖井横通道结构主要承担区间左右线（含渡线、停车线）及6号、7号线联络线共计5个断面的暗挖开挖施工任务，沿岱山公园站方向为左线H型与B型6导洞等2处大断面，间距仅4.1 m；沿飞跃广场站方向为右线C型6导洞大断面，以及左线标准断面、联络线断面等3处断面。为典型的浅覆土、大跨度、多断面结构施工。

竖井横通道及暗挖段隧道结构主要位于粉质黏土层，土质为黄褐色～褐黄色，可塑，摇振无反应，稍光滑，干强度和韧性中等。

岱飞区间2号施工竖井及横通道位于飞跃路路中，飞跃路为长春市内主干路，地面交通繁忙，沿线地面建筑物较为密集杂乱，主要建（构）筑物为汽车厂三十三街区居民小区。岱飞区间2号竖井暗挖总平面如图1所示。

2 竖井暗挖主要技术难点

岱飞区间2号竖井及结构内暗挖断面施工主要存在如下技术难点。

（1）暗挖区间大断面结构覆土埋深较浅，其中2号竖井横通道盖板覆土仅4.18 m，暗挖H型双侧壁导坑大断面拱顶覆土仅6 m，并且暗挖区间结构上方为飞跃路主干道，夜间各类重型车辆运输频繁，动载荷影响较大，暗挖风险较高。

（2）岱飞区间左线暗挖H型大断面临近一汽33街区2栋6层桩基础砖混结构居民楼及楼前裙楼商铺，该建筑修建于1985年，地上高度20 m，无地下室，基础型式为桩基础，桩长、桩径由于修建年代较远，资料缺失未知，但桩持力层入砂岩。区间距离建筑物水平距离约为4.15 m及5.86 m，开挖边线与基础水平距离约为13.7 m及12.2 m，存在极大建筑沉降风险。

（3）岱飞区间竖井横通道进暗挖区间共涉及5处大断面结构，相邻断面结构间距较近，同时施工断面多，且B、H断面同为双侧壁导坑法施工，断面跨度大，存在群洞效应风险，同时对竖井自身稳定以及地表、周边建筑物沉降控制提出了更高的要求。岱飞区间2号竖井暗挖区间断面位置纵剖图如图2所示。

3 竖井、暗挖结构施工及控制

3.1 地面、地下处置措施

针对竖井结构进暗挖区间大断面，结构跨度大、埋深覆土浅，路面车辆动载荷影响大的情况，分别采取地面上及地面下相应处置措施。地面下针对大断面洞身开挖，采取打设大管棚及深孔注浆方式进行支护，保障暗挖初期支护结构至路面间土体加固稳定；针对车辆动载荷扰动，相应在结构上方对应路面并排满铺2 cm厚钢板用以均摊分布动载荷，降低车辆运输通行造成的影响。同时在路面地表采取加密布设监测点，暗挖施工中加强监控量测，并根据其反馈信息对支护参数进行调整。措施如下。

（1）洞内暗挖B、C、H型大断面初期支护（以下简称“初支”）由深孔注浆+超前小导管+大管棚+钢格栅+喷射混凝土组成。拱部150 °范围内采用超前小导管注浆加固+大管棚超前支护，小导管+大管棚，每隔1 榀打设小导管，长度2.5 m，小导管+大管棚环向间距均为400 mm，大管棚采用φ108 mm，壁厚6 mm钢管注浆加固，环向间距为400 mm；初支厚度为350 mm，格栅钢架间距 0.5 m。岱飞区间暗挖双侧壁大断面初支如图3所示。

（2）深孔注浆范围。初支外轮廓线外1.5 m、内0.5 m，共2 m，深孔注浆浆液采用水泥浆，根据实际注浆效果，可适当掺入水玻璃，注浆扩散半径需在施工试验后确定，注浆孔布置由工作面向开挖方向呈辐射状，现场可适当调整，以保证注浆充分，以不留死角为原则。岱飞区间暗挖双侧壁大断面深孔注浆示意图如图 4所示。

（3）深孔注浆的初压为0.7～1.0 MPa，终压一般为1.5 MPa（根据地面监测情况，进行调整），在终压状态下当进浆量小于3 L/min或注浆压力在终压状态逐步升高可停止注浆。注浆后土体无侧限抗压强度不低于0.5 MPa，渗透系数不大于1×10-6cm/s，若注浆不理想，应及时补充注浆，确保施工安全。

（4）深孔注浆前需提前设置止浆墙，厚度为300 mm，采用C25喷射混凝土，并设双层φ6 mm@150 mm×150 mm钢筋网，并按照1 m×1 m梅花形布置长度约2 m的φ22 mm挂网钢筋，长度可根据现场止浆墙效果进行调整。注浆后至少等8 min方可以开挖，开挖长度按循环进尺规定，以保留一定长度的掌子面止浆加固岩盘。

（5）施工过程中密切关注掌子面地层情况，加强监控量测，并根据其反馈信息对支护参数进行调整。

（6）由于断面覆土较浅，风险较大，在路面采取20 mm厚钢板铺装措施，严禁在区间上方堆载。

3.2 结构加强

针对岱飞区间左线暗挖H型大断面临近一汽33街区2 栋6层桩基础砖混结构居民楼及楼前裙楼商铺，存在极大建筑沉降风险，采取端头注浆+竖井周边打设隔离桩、旋喷桩以及加强基坑内部钢支撑体系，增强结构稳定性。采取措施如下。

（1）区间H大断面与房屋邻近处设置φ1 000 mm@1 600 mm的钻孔隔离桩，共计27根，并对桩间采用φ800 mm@400 mm三重旋喷桩进行旋喷加固，如图5所示，隔离桩、冠梁采用C30混凝土，隔离桩最外层钢筋保护层厚度为70 mm，冠梁最外层钢筋保护层厚度为35 mm。

（2）在临近建筑物侧打设双排三重管旋喷桩进行加固、隔离，打设长度为20 m，打设深度为20.888 m和20.088 m。

（3）对变形敏感的部位加强支撑体系刚度、控制基坑变形，基坑支撑设计为3道内支撑+1道换撑，其中第2道、第3道支撑为φ800 mm厚16 mm钢管撑，以增强支撑稳定性。

（4）右线区间靠近建筑物部分，结构拱部及临时建筑侧采取深孔注浆措施。

（5）及时跟进初支背后以及二衬与初支间空隙的填充注浆，保证浆液能均匀地填充初支背后以及初支与二衬间的空隙。

（6）加强对基坑周边沉降地表沉降、地下水、竖井收敛等监控量测工作，加强对周边建筑沉降和差异沉降的观测，如发现沉降或收敛速度偏大或异常，应立即停止开挖及时注浆，对建筑物基础底部进行跟踪，确保建筑物安全。

3.3 控制措施

针对竖井横通道大断面设置集中，断面跨度大，为避免暗挖进洞施工群洞效应风险，采取如下控制措施。

（1）严格控制各断面施工工序，先行施工右线B断面初支及二衬结构，后再施工左线暗挖初支结构。

（2）暗挖进洞各大断面采用深孔注浆+打设大管棚支护方式。双侧壁导坑法各小导洞开挖支护，严格遵循浅埋暗挖法的“十八字方针”，做好超前支护措施，导洞内分台阶开挖，上部各导洞各层台阶拱脚处均打设2 根锁脚锚管；全长压注水泥浆，保障初支结构稳定。开挖时预埋初支背后的回填注浆管，完成3～5 m时应及时进行回填注浆；做好注浆记录，并按双指标控制注浆压力和注浆量；确保回填密实和上方管线安全，进一步控制地表、管线和洞内沉降变形。

（3）暗挖左、右线大断面间距较近，采用在大断面侧壁打设长3 m DN32小导管，间距1 m×1 m梅花形布设，进行大断面径向土体注浆加固，以保障后开挖断面结构稳定。大断面径向土体注浆加固示意图如图6所示。

（4）加强暗挖初支洞室内收敛及沉降监测控制。加大监控量测频率，每日监测至少2次。

3.4 深孔注浆及旋喷加固效果

3.4.1 深孔注浆效果

岱飞区间暗挖段粉质黏土地层大断面开挖后，进行全断面深孔注浆，以满足强度、初凝时间、流动度条件的要求。注浆中，采用 HC-P超细灌浆材料，水灰比0.6，水玻璃加量1%～5%，其28天强度15.5 MPa，初凝时间40 min，流动度20.0 cm。注浆后，进行目测观察注浆加固范围，开挖到止浆岩盘量测加固体的直径。从掌子面开挖效果看，劈裂注浆起到了加固土体的效果，浆脉分布明显，注浆孔周围有明显的挤密浆体，如图7所示，注浆效果如图8所示。

3.4.2 旋喷桩试桩及效果

岱飞区间2号竖井横通道三重旋喷桩试桩里程为K15+940，试桩平均桩长20 m，根据1:1水灰比要求，最少需要水泥 360袋（50 kg/袋）；三重旋喷桩试桩直径φ800 mm，旋喷咬合250 mm；三重旋喷桩参数为，喷浆压力20 MPa，浆液选用42.5级以上普通硅酸盐水泥，每延米桩身水泥用量300 kg，注浆压力25 MPa左右，钻杆提升速度控制在15～25 cm/min并渐渐向上提升；喷浆提升时，启动旋喷桩机及拉紧链条装置， 边喷浆搅拌边提升钻杆，使浆液和土体充分拌和直至将搅拌钻头提升出地面；施工过程技术人员定时检查浆液初凝时间、喷浆流量、压力、旋转提升速度等参数是否与拟定的设计参数吻合，并随时做好记录。三重旋喷桩试桩数据如表1所示。

表1 三重旋喷桩试桩数据

根据旋喷桩试桩数据，现场取样28天无侧限抗压强度标准值不小于1.0 MPa，满足设计要求范围；三重旋喷桩全部打设完成后，岱飞区间侧向基本无明显渗漏水。

3.4.3 地表及周边建筑沉降监测

岱飞区间经过采取全断面深孔注浆及三重旋喷加固一系列措施后，区间暗挖施工临近建筑物的沉降及差异沉降控制方面得到了很大的提高，根据专业检测人员的数据分析，皆在规范控制值之内，数据监测超限值为0 个，合格率达到100%。岱飞区间开挖施工平稳有序，每天完成3个循环，安全质量控制良好的情况下完成74.5 m开挖掘进。岱飞区间周边建筑物沉降监测结果如表2 所示。

表2 岱飞区间周边建筑物沉降监测结果 mm

4 结论及建议

（1）地铁暗挖区间竖井及横通道位于城市核心区域时，特别是旧城区，应加强周边环境调查，并适当加密施工范围地质勘查点，明确竖井、暗挖隧道结构与周边建(构)筑物的几何关系和所处地质水文情况。工程邻近老城区楼房、地下管线众多时，应采取必要的安全措施，如旋喷止水、注浆加固、超前大管棚等，这对于沉降控制、周边环境保护及防止坍塌效果显著。

（2）长春地铁6号线岱飞区间2号竖井及其暗挖各断面施工时的各项沉降监测数据表明，所采取的施工技术及控制措施有效地保证了竖井及暗挖隧道的施工质量和施工安全，为以后地铁竖井及暗挖隧道施工积累了较丰富的施工经验。