饱和软黄土浅埋大坡度暗挖施工工法研究

王正伟

中铁四局集团有限公司第七工程分公司

饱和软黄土浅埋大坡度暗挖施工工法研究

王正伟

中铁四局集团有限公司第七工程分公司

随着国民经济建设的迅速发展，我国的许多大城市在修建地铁中有成功超前浅埋下穿既有市政构筑物的工程实例，但像西安地铁隧道在湿陷性黄土地层环境下的浅埋、大坡度的施工还无类似施工技术可工参考。本文对传统的开挖方法进行的深入的研究与探索，经过试验及总结，初步形成了饱和软黄土浅埋大坡度暗挖CRD六部法施工工法，有效地控制了变形，安全地下穿既有构筑物，该施工技术可为类似工程施工提供参考。

软弱地层；浅埋暗挖；工法研究

1 工程概述

西安地铁3号线咸宁路车站1、2号出入口过街暗挖通道所处地层主要为湿陷性黄土层，1、2号出入口敞口段基坑长度47.48米，过街通道及桥下暗挖段长度54.75米。出入口敞口段明挖下坡，暗挖通道呈现近30度的爬坡才能与车站主体相连，覆土厚度2.6米～17.7米。通道下穿咸宁路桥及市政管道，施工期间需保证行车正常通行。由此，如何保证暗挖通道安全快速开挖支护完成，且沉降控制得当，对咸宁路桥、市政管线不造成过大影响是关键技术点。

出入口过街通道断面示意图

2 工程重难点分析

⑴ 该段为黄土地质，综合围岩等级为Ⅵ级，采用矿山法开挖，难免会对上部结构及地面行人产生影响。

⑵ 地质较复杂，地下水位相对较高、通道开挖、降水引起地表不均匀沉降超标、管线渗漏、沿线建构筑物保护难度大；

⑶ 暗挖通道需要通过30度坡率的爬升段才能与车站主体相连，最浅段覆土仅2.6米，如何在保证路面行车的情况下，安全开挖是一个关键点，必须确保安全。

⑷ 隧道紧临市政DN2200污水管及DN1200排水管，最小距离1.7米，传统的开挖方法难以确保管线的沉降控制在安全范围内。

3 施工工法实验分析

根据地铁设计规范、设计图纸中并结合相关产权单位的要求，地表沉降需控制11mm以内，城市立交桥桥墩差异沉降值控制在5mm以内。但通常情况下施工过程中的地表沉降的控制值是30mm。结合该地区地铁的施工类似工程的施工经验，并根据隧道设计的跨度、净空、埋深等条件，笔者提出了CRD四部法与CRD六部法两种可能满足要求的方法进行试验。

⑴ CRD四部法施工分析

以本项目延兴门站-咸宁路站区间隧道在埋深约17米时采用CRD四部法施工的监测结果为例。采用ANSYS建立模型，划分网格后导入FLAC，周围土体采用FLAC命令流建立模型方式进行试验。

根据试验结果，地铁隧道采用CRD四部工法施工完成后引起的地层竖向位移云图沿两隧道的对称中心线基本对称分布。地表最大沉降值发生在两隧道洞室的顶部，最大沉降量为20.2mm。隧道左线拱顶最大沉降为41.5mm，右线拱顶最大沉降为38.6mm。该工法不能满足沉降控制的要求，该方法不可行。

⑵ CRD六部法施工分析

CRD六部法施工试验在1号出入口进行。通过一周时间对地表沉降、拱顶沉降、桥墩差异沉降，CRD六部法施工工法对地层沉降影响最小，地表沉降控制在11mm以内，桥墩差异沉降控制在5mm以内，各项数据均满足控制要求。

⑶ 对比结论

六部法施工时，有效减少了开挖断面，通过分割出的六个小掌子面，并分段开挖的方式，有效控制沉降；通过分阶段降水的方式，有效控制了水对黄土隧道的影响，并利用分阶段的方式，又有效控制了地层沉降。

施工中通过旋喷加固地层的方式，对超浅埋段的提前预加固，既能确保隧道开挖过程中安全，且能对隧道二衬施工前的拆除初支支撑的安全有所保障。

4 施工工法应用

通过多种开挖方法的试验，最终选择了CRD六部法施工工艺。其特点是在既能保证隧道断面需求，隧道自身安全，并对地表沉降控制、既有构筑物沉降控制满足要求。

⑴ 施工步骤

CRD六部法施工工艺为：左侧导上半部开挖支护→右侧上半部开挖及支护→左侧下半部开挖及支护→右侧下半部开挖及支护→仰拱施工→二衬施工。

各部之间的单循环进尺控制在0.5米左右，开挖步距控制在3-5米左右，待1、2、3、4部完成后再行开挖5、6部。1、3部台阶采用预留核心土人工开挖。

⑵ 浅埋段进洞措施

施工前先进行施工降水作业，并对浅埋隧道四周土体进行旋喷加固，减少开挖作业对围岩的扰动。暗挖通道采用从车站内破除围护结构，在车站围护桩范围布设2榀钢架，超前支护采用双排直径42注浆小导管，钢架及双层超前注浆小导管需与围护桩钢筋进行有效联结。掘进按照CRD六部法进行作业。

5 施工效果

西安地铁三号线咸宁路站1、2号出入口过街通道暗挖施工采用CRD六部法工法，并在本工程中综合运用控制沉降技术，采用降水、旋喷加固、双排超前注浆小导管等措施，实现了对饱和软黄土地质下大坡度超浅埋暗挖隧道的开挖，最大限度的确保市政设施的安全。施工监测结果如下：

⑴ 拱顶下沉：隧道拱顶下沉监测断面共有5个断面，15个监测点，累计沉降最大值为：10.7mm，小于控制值11mm；

⑵ 水平收敛：水平收敛共有监测断面5个监测点，累计变化最大值为：12.31mm，小于控制值14mm；

⑶ 构筑物沉降监测：构筑物监测共有8处，8个监测点，桥墩差异沉降最大值4.5mm；

⑷ 监测管线2条，合计沉降监测点10个，累计变化最大值9.92mm，小于控制值15mm，且经巡查管线无异常。

6 总结

⑶ 掘进支护参数

拱部180度双排φ42小导管，环向间距0.3米，纵向间距0.5米，长度1.5米； 格栅钢架间距0.5米，6榀连排，每榀钢架采用8根φ42锁脚锚管加强，有效控制格栅钢架的下沉。

开挖设临时混凝土横撑、中壁临时支护，厚度26cm；钢筋网采用150×150mmΦ8钢筋网，初期支护采用C25喷射早强砼厚度35cm。

本工程中，在通常开挖工法难以满足沉降控制的情况下，选择CRD六部法施工方法，并结合降水控制、沉降辅助控制措施，经过现场监测和相关测算，该方法达到了预期的效果，最大限度地保障了安全、成本和进度比较合理的平衡，经使用，顺利完成了咸宁路站1、2号出入口超浅埋大坡度暗挖施工。在西安地铁3号线施工中，通过采用科学合理的施工方法，积极探索、大胆尝试采用新工艺新材料，精心施工，严格控制了既有结构的沉降和变形，成功地完成了咸宁路站1、2号出入口超浅埋大坡度暗挖施工，为今后类似工程提供借鉴。

[1]魏新江,魏纲,丁智.城市隧道工程施工技术[M],化学工业出版社,2011.

[2]赵勇.黄土隧道工程[M]，中国铁道出版社,2011.

[3]孔恒,城市地下工程邻近施工关键技术与应用[M],人民交通出版社,2013.