浅埋暗挖隧道穿越软流塑地层施工技术探讨

　　摘要：南京地铁鼓楼站～玄武门站区间隧道采用浅埋暗挖法施工，隧道穿越软～流塑地质段，该段土层具有高压缩性、高灵敏度、强度低，易产生蠕动现象，开挖后自稳能力极差，易坍塌，地面沉降难以控制。施工中采用大管棚结合小导管超前预注浆和掌子面注浆施工方案，顺利的完成了隧道的施工，确保了周边建(构) 筑物的安全。

　　关键词： 隧道工程;浅埋暗挖;大管棚;小导管;施工技术

　　南京地铁鼓楼站～玄武门站区间隧道是南京地铁一期工程的控制性工程，地处南京市政治、经济和文化中心。工程环境极其复杂，隧道北端隧道穿过地层为软流塑状淤泥质粉质黏土，隧道上方地面有多幢2-7层建筑物。南京地铁鼓楼站～玄武门站区间隧道采用浅埋暗挖法施工，隧道穿越软～流塑地质段，该段土层具有高压缩性、高灵敏度、强度低，易产生蠕动现象，开挖后自稳能力极差，易坍塌，地面沉降难以控制。经多方论证比较，采用大管棚结合小导管超前预注浆和掌子面注浆施工方案，其施工方法简单，方便快捷，投资少，顺利的完成了隧道开挖的施工，为后续主体结构的施工争取了时间，论文详细介绍了该工程的施工。

　　1 工程概况

　　南京地铁南北线一期工程鼓楼站～玄武门站区间隧道为矿山法施工区间，从鼓楼站北端K10+337.7起，沿中央路西侧向北，在傅厚岗附近穿过中央路，再沿中央路东侧向北至玄武门站南端K11+401.3止，区间隧道右线全长1063.6m;左线隧道全长1064.094m双洞单线，线间距17.2～13.0m。区间隧道穿越Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类围岩，其中Ⅰ类围岩段中部分地段穿越软～流朔状粉质粘土层，施工较为困难。区间南端设有停车线，该段结构断面大，变化多，工序复杂，施工困难。工程具有如下特点：

　　(1)地质条件差，流塑状淤泥质粘土地层，具有高压缩性、高灵敏度、低强度、易产生蠕动，间夹薄层粉土及粉细砂透镜体，含水丰富;I、II类围岩道长度占95.33%;地下水位浅，局部丰富;覆盖层薄，隧道埋深8—17m;

　　(2)断面复杂，双洞单线，在停车线区段，形成了单线隧道、双线隧道和三线隧道不同断面大小的隧道，各种断面交错布置，转换频繁，开挖断面从6.2×6.32m2到17.438×11.271m2，其最大断面积为159.46m2，它是目前粉质粘土地层中国内最大跨地铁隧道断面。渡线区段多洞室构成的洞群，断面转换次数达22次。两洞室最小净间距为0.348m。

　　(3)本区段的地质条件复杂，主要是软～流塑粉质粘土层，土层压缩性高、灵敏性高、强度低，易产生蠕动现象，层间夹的薄层粉土～粉细砂构成地下水的水平通道，使该层含有较多地下水，开挖后自稳能力极差，易坍塌，地面沉降难以控制。

　　2 软流塑地层浅埋暗挖隧道施工技术

　　2.1 整体施工方案

　　隧道开挖施工时采用台阶分步法开挖，长管棚结合小导管注浆和掌子面超前预注浆法，是在隧道拱部打设长管棚和小导管注浆，对拱部进行加固和超前支护，并对隧道掌子面的地层进行注浆改良，然后在管棚和加固拱圈的保护下进行开挖、支护与衬砌，该方法在软弱地层浅埋隧道施工中能有效地控制地面沉降。然后在管棚和加固拱圈的保护下进行开挖、支护，该方法在软弱地层浅埋隧道施工中能有效地控制地面沉降。

　　2.2 施工技术及施工要点

　　拱部150°范围设立管棚支护，注浆加固范围1.5m，大管棚采用35m长φ108钢管，钢管打孔注浆，浆液采用水泥—水玻璃双液浆，大管棚搭接长度3m，环向间距0.35m。短导管3m长φ32普通水煤气管，搭接长度1.5m，环向间距0.35m。掌子面采用13m长、直径φ42PVC劈裂注浆管，搭接长度4m，间距0. 5×0. 5m。下台阶施工时，对上部钢架拱脚处，应采用跳槽开挖，及时支撑开挖后的拱脚，先开挖一侧设置2根φ32普通水煤气管长2.5m锁脚锚杆，锁脚锚杆置入角度60°。其施工工艺流程见图1所示。

　　2.2.1超前预支护大管棚施工

　　超前预支护采用Φ108大管棚，长40米，环向间距0.35m,拱部150O范围内布设，管棚搭接3~4m，管棚采用花管注浆，浆液采用水泥—水玻璃双浆。

　　1)开挖管棚工作室：在软弱围岩中开挖工作室,要加强支护,进行混凝土衬砌;管棚工作室长6m。为便于架设钻机，安设钢管，工作室应挖至隧道开挖线以外0.8m。由于I类围岩段隧道较长且为弧线，根据现有水平孔钻进技术条件，隧道分段施作管棚。首先施工第一段管棚工作室，施作第一段管棚，注浆后进行隧道掘进。第一段管棚段开挖31.6m后，进行第二段管棚工作室施工及钻孔，纵向管棚搭接长度3.0m。以此类推，完成管棚超前支护施工。

　　2)搭设平台、安装钻机、测定孔位(见图1所示)：开孔前必须检查设备，保证设备状况良好，对组合好的钻具要检查丝扣联接是否紧密。按管棚孔设计方位要求固定钻机，跟管钻进放入管棚钢管。为了保证钻孔精度，开孔段钻进是关键。钻进前10～20m时，要反复校核钻杆方向，调整钻机位置，并用罗盘及挂线检测偏斜无问题后方可继续钻进。管棚管下入孔内前要先配管，保证管棚管的同心度。

　　3) 注浆：注浆采用前进式注浆，利用自制的注浆套管与管棚用套丝连接，注浆套管上准备由出气管与进浆管，由阀门来控制开关，如图5-6所示。然后安装20mm塑料管作为排气管，连接注浆管等各种管路，利用锚固剂加固掌子面与管碰见的孔隙，防止漏浆。注浆水泥采用32.5#普硅水泥，水玻璃模数2.6，25～35BeO，水灰比0.6~0.8，水泥水玻璃体积比1：1，注浆压力0.8～1.5MPa。注浆时，采取低压力中流量注入，注浆过程中压力逐步上升，流量逐渐减少，当压力升至注浆终压时，继续压注10分钟，才结束注浆。注浆效果检查采用分析法，注(压)水试验，开挖取样等方法进行，达不到结束标准，应补充重新注浆直到满足要求为止。

　　2.2.2 超前预支护小导管施工

　　1)小导管制作：超前小导管采用φ32×3.25mm普通钢管，管长4.0m，注浆管一端做成尖形，另一端焊接上铁箍，在距铁箍端1.0～1.5m处开始钻孔，钻孔沿管壁间隔200mm，呈梅花型布设，孔位互成90°，孔径8～10mm。

　　2)小导管施工：通过在隧道拱部超前打入带孔眼的导管，并注浆。小导管采用3.0m长φ32普通水煤气管，搭接长度2.0m，环向间距0.30m，浆液采用HC- T凝胶时间可调注浆材料(超细)单液浆或水泥—水玻璃双浆液。小导管采用不开孔直接顶入地层施工。

　　3)小导管超前注浆：水泥采用32.5#普硅水泥，水玻璃模数2.6，25～35BeO，水泥浆水玻璃浆液体积比1：1，水灰比0.6~0.8，注浆压力0.8～1.5MPa。

　　2.2.3 掌子面加固施工

　　掌子面采用L=10m小导管进行注浆加固，掌子面注浆加固如图7所示，导管间距1.0×0.75m,梅花型布置，小导管为Φ42PVC劈裂注浆管,采用水泥—水玻璃双浆液劈裂注浆，注浆参数如下：(1)水泥采用32.5#普硅水泥;(2)水玻璃模数2.6，25～35BeO ，水泥浆水玻璃浆液体积比1：1;(3)水灰比0.6~0.8，注浆压力0.5～1.0MPa;(4)止浆墙为25cm厚C20网喷砼。

　　如注浆效果不理想，我们将采用流动性大、注浆效果较好的新型材料，如HC-T凝结时间可调注浆材料。注浆孔的布置采用等边三角形全断面布置，注浆的先后顺序：先四周，后中间，中间布置一排水孔，以利于软土地层中的滞水在注浆过程中受到挤压时顺利排出。

　　2.2.4 开挖及初期支护

　　为保证施工安全，开挖采用台阶分部法施工。上台阶环形开挖，预留核心土，及时进行挂网初喷，架立格栅钢架，每个拱脚施作两根锁脚锚杆，锁脚锚杆为Φ25中空锚杆，L=2.0m,施作边墙3.5m长、环纵向间距1.0m的置入式中空注浆锚杆、注浆，及时架设I16工字钢临时仰拱。如地质条件不好，开挖时如掌子面不稳，则每次开挖后均采用网喷砼封闭掌子面。喷砼均采用双快(硫铝酸盐)水泥。初期支护施工完成后,立即对初期支护背后进行回填注浆加固。

　　2.2.5 基底加固

　　在进行仰拱初期支护喷砼之前，打设Φ42钢管，钢管间距50×50cm,待施作完初期支护喷砼之后，进行劈裂注浆加固。浆液为水泥—水玻璃双浆液，注浆参数如下：(1)水泥采用32.5#普硅水泥;(2)水玻璃模数2.6，25～35BeO ，水泥浆水玻璃浆液体积比1：1;(3)水灰比0.6~0.8，注浆压力1.0～1.5Mpa。

　　2.2.5 防水与二次衬砌

　　防水层和二次衬砌施工在开挖完成，初期支护结构稳定后施工。施工先施工仰拱，边墙和拱部一次浇筑成型，混凝土采用商品混凝土。

　　2.3 施工技术体会

　　根据多年软弱地层中的施工经验，隧道开挖一次支护应从上而下，衬砌结构应从下而上。其关键是如何控制拱部、掌子面的稳定及落拱封闭前的下沉。其各工序施工控制点如下：

　　1)大管棚应采用顶入法施工，避免钻孔难于成孔和塌孔现象的发生，同时减少了地面沉降。对掌子面进行PVC管后退式全断面注浆加固，注浆顺序从周边向内圈依次注浆，压力控制在0.8-1.0Gpa，并喷20cm厚C20混凝土封闭，很好的解决了软流塑掌子面不稳定现象。

　　2)施工中要重视开挖过程中的时空效应，就是开挖弧形导坑和架设格栅拱、喷混凝土要快，连续作业，一般应控制在最短时间(7~8h)内完成。

　　3)软流塑施工中钢格栅拱脚下铺设钢板，钢板宽度与钢拱架匹配，纵向长度50cm，并架设临时仰拱，拱部格栅与临时仰拱应连接牢固。临时仰拱喷砼封闭，形成整体刚度。

　　4)上台阶开挖时，拱脚应高出台阶10～20cm，避免积水。对初期支护背后应及时进行充填注浆，以充填初期支护背后空隙，防止下沉。浆液采用1：0.5～1：1水泥砂浆填充，压力0.2～0.3MPa。上台阶长度应控制在一倍洞径(5～6m)，充分发挥掌子面的空间效应。

　　5)整个施工过程应严格按照动态设计、动态施工、动态管理，要及时进行信息量测与反馈，及时测量，及时处理。更要突出快的决策、机制，这是安全通过的重要条件。

　　6)加强初期支护喷射混凝土施工缝处的处理，必须做到无污泥、浮碴，以免初支闭合后出现渗漏水。房屋出现裂缝的加固处理采用灌注环氧沙浆和粘贴玻璃纤维补强，很好的解决了因地面沉降造成的房屋裂缝。针对地面及房屋的沉降控制标准应该视现场情况具体分析，不能一概而论不超过30mm。

　　3 施工安全措施及效益分析

　　3.1安全防范的要点

　　建立健全安全生产保证体系，成立安全工作领导小组，项目经理为安全生产第一责任人，主管安全施工生产的项目副经理为安全生产的直接责任人，项目总工程师全质量室，各班组设安全员，配齐配强专业技术为劳动保护和安全生产的技术负责人。经理部设安全质量部，各施工队设安人员。其工程要点如下：

　　1)加强全过程的开挖、支护工作，做好监控量测，控制地表沉降，避免隧道塌方。

　　2) 加强对既有建筑物的保护，避免出现变形、开裂、倒塌事故，重点防护右线K11+225~K11+401.3段地面建筑物和地下污水管线。

　　3) 防止机械伤害、触电、高处坠落事故。注意交通安全，避免交通事故。

　　3.2 效益分析

　　采用本施工技术，施工环境好，施工造成的污染小，采用的措施保证了建筑物和地下管线安全，对周围环境影响小;保证了建筑物和地下管线安全，施工对周围居民和企事业单位生活生产无影响;保证了工期，保证了地铁的按期运营。同时降低了工程成本，提高了工效，和原定的冻结法方案相比，减少了投入。

　　4 结论

　　南京地铁南北线一期工程鼓楼站～玄武门站区间隧道为浅埋暗挖法施工，区间隧道右线全长1063.6m;左线隧道全长1064.094m双洞单线，线间距17.2～13.0m，埋深约8m。采用采用大管棚结合小导管超前预注浆和掌子面注浆施工方案，克服了上述不利条件，保证了施工进度和安全。通过本工程的施工总结了一套浅埋暗挖地铁隧道穿越软～流塑地层的施工工艺，积累了施工经验。顺利的完成了隧道的施工，确保了周边建(构) 筑物的安全，取得了良好的经济效益。

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