浅谈某地铁出入口浅埋暗挖通道穿越复杂地层超前预支护技术

孙 荣

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙）

传统的地铁出入口通道采用明挖施工方式，必然会造成对道路交通的影响，在交通繁忙的交通路口显然存在一定的局限性，为了不影响道路正常的交通通行，可采用浅埋暗挖的方式完成通道施工。本暗挖通道处于富水圆砾层中，同时下穿众多管线，超前支护控制重点为超前大管棚精度控制、超前大管棚钻孔易坍孔问题的解决及超前帷幕注浆对圆砾层加固效果的控制等。

1 工程概况

1.1 出入口概况

农科院农大站位于人民东路与红旗路交叉十字路口，沿东西向布置。3 号出入口位于车站北侧，结构顶板覆土厚度约0.4～7.2 m，采用明挖+暗挖法施工，其中出入口横穿人民东路段采用暗挖法施工。暗挖段全长49.434 m，暗挖通道覆土厚度为7.4 m～8.6 m，开挖断面宽8.2 m，高5.92 m。暗挖通道设计见图1。

图1 出入口暗挖段横断面形式

1.2 工程地质、水文条件

1.2.1 工程地质条件

农科院农大站3 号出入口隧道断面地层自上而下依次为素填土层、粉质黏土层、细粉砂层、圆砾、中风化泥质粉砂岩。本工程隧道开挖拱顶部分位于圆砾层内，边墙部分位于圆砾层中，隧道底部位于中风化泥质粉砂岩。

1.2.2 工程水文条件

（1） 地表水

地表水主要为位于车站北段的圭塘河、浏阳河，圭塘河是浏阳河的支流，全长32.2 km，圭塘河历史最高洪水位约40 m。

（2） 地下水

本站地下水分为上层滞水、第四系松散岩类孔隙水。其中，上层滞水基本赋存于人工填土中，受地表水及大气降水补给，同时接收附近地下水系及人工用水补给，通常水量较小。而第四系松散层孔隙水主要赋存于第四系含水层砂卵石中，具有微承压性。

长沙地区每年4 月至9 月份为雨季，地下水水位明显上升；10 月至第二年3 月为枯水期，地下水位下降，历年水位变化最大幅度2～4 m。

1.3 周边环境

1.3.1 周边构建筑物

站位周边主要为居住用地、农业用地。车站所处路口的西北象限现状为大汉建材批发城，东北象限为湖南农产品加工研究所，西南、东南象限为农科院农田。

1.3.2 周边管线情况

3 号出入口通道下穿直径1 200 mm 的雨水、直径600 mm 的给水、直径600 mm 的污水、直径300 mm 的雨水、直径1 500 mm 的雨水、800 mm×800 mm 的电力等管线。详见表1。

表1 管线现状情况

1.4 设计概况

暗挖通道以喷锚构筑法设计，采用复合式衬砌结构。初支结构由型钢钢架、钢筋网、喷射混凝土、系统锚杆等支护型式组合而成，二衬结构采用模筑钢筋混凝土，初支与二衬之间铺设防水层。

本工程超前预支护设计内容分别为超前大管棚、超前帷幕注浆、超前注浆小导管。具体超前支护参数见表2。

表2 超前支护参数

2 超前支护施工

2.1 超前大管棚

本工程超前大管棚穿越地层均为富水圆砾层，管棚钻孔过程中易产生塌孔、卡钻等现象，故选用跟管工艺，该工艺能实现管棚成孔施工，然而原管棚材料Φ108 钢管强度不足，跟管过程中易出现拧断、滑丝现象，严重制约了本工程施工进度，无法满足施工需要。后采用Φ89 钻杆（9.38 mm）替代Φ108 无缝钢管（壁厚8 mm）作为管棚材料，利用钻杆充当管棚用钢管，可有效解决地质原因造成的施工困难。本工程管棚布置示意见图2。调整施工方案后，超前大管棚施工工艺流程：钻机就位→钻孔→钻孔完成→清孔→注浆。

图2 出入口暗挖段管棚布置示意

2.1.1 钻机就位

工作井开挖至最下排管棚下方约1.5 m 处时停止开挖，对开挖面进行整平并铺设路基箱、钢板形成管棚钻机操作平台，平台下方地基应稳固。钻机与已设定好的孔口管方向平行，必须精确核定钻机位置[1]。

2.1.2 钻孔

开钻初期应采用低速低压钻进，成孔长度大于10 m 且地质情况稳定时，可逐渐提升钻速及风压[1]。

管棚下穿众多重要管线，确保管棚钻孔精度极为重要。钻孔精度控制措施如下：

（1） 钻进时通过钢管注入润滑液或清水，钢管尾部安装测量软管，任意时间都可以通过停止注入润滑液后静止1 min，观察润滑液在测量软管的页面高度，与空口水位对比，直观测量成孔坡度。

（2） 针对轴线方向偏差的测量，是通过一定距离(3～5 m)内，孔内送入激光笔等光源，钻机侧架设经纬仪对光源的方位进行测量并与隧道轴线对比。

2.1.3 清孔验孔

（1） 采用高压风清理钻渣[2]。

（2） 采用测量仪器检测孔深、外插角、倾角[2]。

2.1.4 注浆

（1） 放置管棚钢管后即对孔内注浆，浆液拌制采用高速制浆机。

（2） 注浆材料：采用水泥液浆，水灰比1：1。

（3） 向管棚钢管内注入水泥浆，注浆压力为0.5 MPa～2 MPa，稳压15 min 后即可停止注浆。

（4） 注浆量应符合设计要求，若注浆量超限后仍未达到注浆终压，则调整浆液浓度并持续注浆，直至注浆压力达到设计终压，以确保周围岩体与钢管孔隙间填充密实。

（5） 各管棚孔之间跳孔施工。

（6） 为避免注浆过程中串浆，每有一个管棚成孔完成，应随即安设该管棚钢管并注浆，随后跳孔进行下一管棚钻孔施工。

（7） 注浆结束后采用M10 水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。

2.2 超前帷幕注浆

本暗挖通道拱部采取超前帷幕注浆的方式形成止水帷幕，同时起到加固圆砾层的目的，确保在开挖过程中的稳定，避免开挖过程中出现坍塌现象。超前帷幕注浆孔位设计见图3。

图3 超前帷幕注浆孔位布置示意

施工措施如下：帷幕注浆采用钻注一体、后退式注浆工艺，注浆孔孔径为76 mm，孔间距约0.9～1 m。注浆孔扩散半径0.75 m，注浆压力0.4～1.2 MPa，注浆压力从0.4 MPa 逐步提高，达到终压1.2 MPa，并持续注浆10 min 以上。注浆浆液为水泥水玻璃双液浆，水泥浆与水玻璃溶液的体积比为1：1，水玻璃采用40Be' 水玻璃原液，按1:1 体积比添加水配置取得20Be'的水玻璃溶液。水玻璃溶液中，按溶液体积的1%～2%添加磷酸，添加磷酸后的改性浆液凝结时间可控制在10～15 s。钻孔和注浆顺序先外围，后内部，从外围进行围、堵、截，内部进行填、压，同一排间隔施工。帷幕注浆孔按不同的外插角打设，使各个注浆孔的浆液扩散范围互相重叠，实现整体固结，不留死角。

2.3 超前注浆小导管

按照设计要求超前小导管外插角按5°～8°打设，将会出现小导管侵限现象，造成下榀型钢拱架无法正常安装。为了确保小导管不侵限，外插角须调整至20°左右，此时3.5 m 的小导管深入圆砾层，往往会成为上层透水层的引水通道，从而对隧道开挖产生不利影响。经与参建各方沟通，由设计将超前小导管长度调整为2 m，纵向间距调整为0.5 m，外插角度调整为20°。小导管布置示意见图4。

图4 超前小导管布置示意

超前小导管施工工艺流程：小导管制作→小导管安装→注浆浆液配制→注浆。

2.3.1 小导管的制作

前端为锥形并封闭，以便顺利插入导管引孔，尾端焊接Φ6 钢筋加劲箍，防止施工时导管尾端变形[3]。

2.3.2 小导管钻孔及安装

（1） 采用风钻开孔，开孔直径Φ50 mm。钻孔完成后采用吹管吹出砂石，风压控制在0.5～0.6 MPa。

（2） 采用风钻将小导管顶入引孔中，随后检查管内是否清洁。

（3） 采用塑胶泥封堵导管周围及孔口。

（4） 管端外露30 cm，以便安装注浆管路。

2.3.3 注浆浆液配制

（1） 水泥浆搅拌在拌合机内进行，根据拌合机容量大小，严格按要求投料，水泥浆浓度控制在1：1。

（2） 搅拌水泥浆的投料顺序为：在加水的同时将缓凝剂一并加入并搅拌，待水量加够后继续搅拌1 min，最后将水泥投入并搅拌3 min。

2.3.4 注浆

（1） 小导管注浆采用水泥浆，注浆压力拟采用0.5 MPa～1.0 MPa。

（2） 注浆流速不宜过快，一般控制流速在30 L/min 以内。

（3） 导管注浆采用定量注浆，即每根锚管内注入一定量浆液后即结束注浆。若压力逐渐上升，流量逐渐减少，虽然未注入一定量浆液，但注浆压力达到1.0 MPa 时也应结束注浆。

3 结论

农科院农大站3 出入口通道采用浅埋暗挖法施工，拱顶部分位于富水圆砾层内，地层岩性较差，围岩自承能力较差。采用超前大管棚、超前帷幕注浆及超前小导管等超前预支护技术，确保开挖前的地层稳定，实现了暗挖隧道的正常开挖及支护，为后续类似地层的浅埋暗挖超前预支护工程积累了丰富的施工经验，对今后的地铁暗挖施工具有一定的参考价值。