城市地铁平顶暗挖技术

朱斌 陈博 安文斌

（中铁一局集团有限公司第三工程分公司，陕西 宝鸡 721000）

一、工程概况

6号出入口：全长78.9m，由明挖段（长18.8m）+暗挖段（长12.658m）+明挖段（47.6m）组成，明挖段主体结构采用单跨矩形断面，全外包防水，围护结构采用地下连续墙+内支撑体系和自然放坡。暗挖段主体结构采用平顶矩形断面形式，拱部超前管棚支护，根据断面大小采用CRD 工法施工，结构由钢架+喷射混凝土的初期支护和钢筋混凝土的二次衬砌构成，两次衬砌之间设柔性防水层。暗挖段覆土厚度6.54m，上部有5000*2000 雨水箱涵，箱涵底部距离暗挖段顶部1.5m.其中西段暗挖接现有主体结构基坑，周边无建筑物，距离万家丽右线桥墩约4.5m 和13.1m。暗挖段处在万家丽桥下部，上部距离开挖面1.5m 有5000*2000 雨水箱涵，雨水箱涵起始段位于车站结构北端40m,雨水箱涵内部积水约0.2m，东段明挖段周边有月畔湾小区住宅和万家丽高架桥，距离月畔湾小区约24.7m，距离万家丽左线高架桥7.3m 和9.8m。

二、工程、水文地质

车站场地无地表水。根据区域水文地质资料、现场调查及勘察资料分析，本场地地貌单元属浏阳河I～II 级阶地，主要含水层为阶地冲洪积卵石层、地下水类型以孔隙潜水为主，水量较大，略具承压性，属强透水性地层；基岩以裂隙水为主，局部为溶洞水，均为承压水，含水量较小，局部溶洞水量较大，总体上基岩属弱透水层。地下水类型:该场地地下水受基底构造、地层岩性和地形、地貌、气象及浏阳河河流等综合因素的影响，水文地质条件较简单。按地下水类型可分为孔隙水及基岩裂隙水。

三、施工重难点及对策

（一）难点分析

月湖公园北站附属结构6 号出入口暗挖段属于地层浅埋地段，上部覆土卵石层松散，且该处上部距离机动车道较近，施工期间行车震动较大，造成施工风险较大。污水管线埋深2.11m，距离地铁出入口暗挖段拱顶1.5m，与施工作业面距离较近，施工中容易对管线造成沉降、位移等干扰，存在安全隐患。

（二）应对措施

1.开工前对管线的具体情况进行核查，对管线渗漏形成的水囊或空洞进行注浆处理，并对渗漏管线做防渗漏处理。2.覆土较浅，支护采用深孔注浆加固，主要对初期支护结构周边围岩进行预注浆加固，形成部分加固圈，降低暗挖风险。3.控制开挖步距，按图纸要求打设小导管。4.通道上台阶型钢落脚处及时打设锁脚锚管并注浆，控制型钢架设后的沉降。5.及时对通道初支背后进行注浆，注浆分两次进行，注浆范围为开挖轮廓线外3m，注浆长度约12.658m，分第一第二循环，每个循环长度8.5m，开挖6.5m，6.针对环境风险工程特点，对可能出现的事故情况进行预判，指定完善的应急预案。

四、平顶暗挖主要方法及技术

（一）暗挖施工面采用CRD 法施工步序

原有地下连续墙开孔（马头门）→全断面注浆加固→大管棚施工→超前小导管施工→钢架的制作、拼装及加工→喷射混凝土→拆除支架及临时支撑

（二）暗挖段土方开挖及初支

1.全断面注浆加固。通道开挖前进行全断面超前预注浆，注浆范围为开挖轮廓线外3m，注浆长度约12.7m，分两个循环，每个循环长度8.5m，开挖6.5m，并保留2m止浆岩盘、第一循环利用明挖段地下连续墙作为止浆墙；第二循环需单独做止浆墙。每开挖完成一段注浆加固区后再进行一次超前注浆加固。注浆扩散半径1.5m，孔间距1m 布置，一循环共设48 个注浆孔。周边孔：纯水泥浆+水玻璃，中央孔：纯水泥浆。第一循环注浆完成后，分部破除洞口段地下连续墙，采取先上后下，先右后左的顺序进行。连续墙破除完成后，在拱部打设双排超前小导管。依次循环进行。

2.大管棚施工。（1）大管棚按以下顺序组织施工：导向墙施工→钻孔→管棚钢管安装→注浆。（2）导向墙施工。出入口暗挖段管棚施工前，需设置一道1m×1m的导向墙，用于保证大管棚打设精度，导向墙采用C20 混凝土浇筑而成，在导向墙内设置2 榀I18 轻型工字钢架，钢架外沿设置A140，壁厚5mm 的导向管，钢管与钢架焊接。钢架各单元由连接板焊接成型，单元间由螺栓连接，接头处焊缝高度：腹板h[f]=9mm，翼缘h[f]=12mm。（3）钻孔。钻孔从两侧间隔钻孔，首次只钻奇数孔，每钻完一个孔及时用管棚钻机顶进去一根钢花管，钢花管每节4m，保证接头部位错开1 米以上，接头部位使用丝扣连接牢固，钢花管顶进完毕后，开始统一自下而上统一注浆。（4）管棚钢管安装。管棚钢管由钻机顶进，钢管节段间用丝扣连接（φ108 钢管，壁厚6mm，车150mm 长外丝扣，用Ф114mm、长300mm，车内丝扣的连接钢管连接，注浆孔径10～16mm，孔间距11cm，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段110cm），顶进时一节最常采用4m 管节。管棚顶到位后,钢管与导向管间隙用速凝水泥或其他材料堵塞严密,以防浆液冒出。堵塞时设置进浆孔和排气孔。相邻管棚接头必须错开,可增加2m 长管节来错开管棚接头。在钢花管内装入钢筋笼。钢筋笼由4 根φ18 螺纹钢筋均匀固定焊接在φ42mm 长50mm 的固定环上,每节钢筋笼按6m 加工制作,两节钢筋笼连接处接头相互错开。（5）注浆。①安装好有孔钢花管、放入钢筋笼后即对孔内注浆,浆液由ZJ-400 高速制浆机拌制。②注浆材料:注浆材料为C30 水泥净浆。③采用注浆机将砂浆注入管棚钢管内,初压0.5～1.0MPa,终压2MPa,持压15min后停止注浆。④注浆量应满足设计要求,一般为钻孔圆柱体的1.5倍;若注浆量超限,未达到压力要求,应调整浆液浓度继续注浆,确保钻孔周围岩体与钢管周围孔隙充填饱满。注浆时先灌注“单”号孔,再灌注“双”号孔。⑤注浆结束后用M10 水泥砂浆充填钢管，以增强管棚强度。

3.超前小导管施工。大管棚施工完成后，小导管按照间距0.3m 穿插在大管棚之间，人工采用风钻沿隧道开挖线在隧道拱部钻小导管孔，小导管孔的孔径、孔深、外插角必须符合设计要求。将小导管打入孔内，在小导管端头连接孔口阀及管路，和注浆机相连，对小导管进行注浆。注浆材料采用水泥浆。注浆结束后把小导管和钢架焊接连接在一起，然后进行下道隧道施工工序。（1）小导管的制作。小导管采用Φ42，壁厚3.5mm 的无缝钢管加工而成，长度3.5m。小导管前端加工成锥形，以便插打，并防止浆液前冲。小导管中间部位钻Ф8mm 溢浆孔，呈梅花形布置(防止注浆出现死角)，间距15cm，尾部1m 范围内不钻孔防止漏浆，末端焊Ф6 环形箍筋，以防打设小导管时端部开裂，影响注浆管连接。（2）小导管的钻孔、安装。①测量放样，在设计孔位上做好标记，用凿岩机钻孔，孔径较设计导管管径大10mm 以上，孔深、外插角必须符合设计要求。外插角取值应考虑小导管的长度和钢架的间距、钢架的截面高度，设计外插角10°，可根据实际情况调整。②超前小导管沿隧道拱部及侧墙开挖线均匀布设，间距应根据开挖工作面前方的地质条件和自稳能力确定，设计间距为横向间距0.3m，纵向每隔一榀沿拱顶范围打设。③成孔后，将小导管按设计要求插入孔中，或风钻直接将小导管从型钢钢架上部、中部打入孔内，并将管口四周密封。小导管打入后，先采用吹管法清孔。然后将注浆泵的高压胶管与管口联通，并且用棉纱、锚固剂等将管口处的缝隙塞紧，以保证注浆时不至于渗漏浆液。管路接通后先要压水检查密封性，达到要求后方可注浆。小导管外露30cm，在注浆结束后和钢架焊接连接，支撑于开挖面后方的钢架上或与钢架共同组成预支护体系。④安装注浆阀门和管路。⑤小导管施工其纵向搭接长度不小于0.5m。

（3）注浆。①注浆材料及浆液配比。注浆材料：水泥采用Po42.5普通硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为1 ∶1，卵石层为防止跑浆可掺入部分速凝剂；

小导管注浆参数表表4.2-1

注浆量控制:小导管注浆量可按照下式计算：

Q=π·R2·L·n·K 式中：

R—浆液扩散半径，可按0.3m 考虑

L—小导管长度

n—岩体孔隙率

K—充填系数，根据不同地质条件取值。

②小导管安装完成后，应进行压水试验，压力一般不大于0.5MPa，并根据设计和试验结果确定注浆参数。注浆压力：一般为0.3～0.5MPa。浆液浓度按照设计配制。浆液必须充满钢管及其周围的空隙。③水泥浆液采用专用的浆液拌制机在现场拌制，拌制时用磅称对水泥及用水量进行称量控制。当一盘浆液拌制好后即可将其引流至事先准备好的盛浆容器内，而浆液拌制机可继续拌制浆液，以满足注浆连续性的需要。④注浆顺序为由下至上，浆液先稀后浓、注浆量先大后小，注浆压力由小到大。⑤当发生串孔时，应采用分浆器多孔注浆或堵塞串浆孔隔孔注浆。当注浆压力突然升高时应停机查明原因；当水泥浆进浆压力很大、压力不变时，则应调整浆液浓度及配合比，缩短凝胶时间，采用小流量低压力注浆或间歇式注浆。⑥开挖时间为注浆后8h。

4.钢架的制作、拼装及加工。型钢钢架应按照设计图纸提前制作，在报请监理首件试拼验收通过后，运送至掌子面进行架设。钢架采用Q235 钢材，22a 工字钢和t=10mm 厚钢板焊接而成，。为提高钢架加工精度，需严格控制各构件的下料尺寸，按设计图纸尺寸及规范要求加工钢架。两片钢架间采用4 个M22 螺栓连接牢固，连接角钢预留A26 螺栓孔。

5.喷射混凝土。（1）潮喷砼工艺。潮喷砼就是按照配合比，把喷射砼用的水泥、砂子、石子、速凝剂等原材料利用搅拌机搅拌均匀，然后送入喷射机料斗，喷射机活塞将砼送入混合室，与压缩空气混合后进入喷射管，在喷嘴处加入水，再次混合后的料束从喷嘴射到受喷面。（2）施喷方法。①喷射机安装好后，先注水、通风、清洁管道内杂物。同时用高压风吹扫受喷面，清除受喷面上的尘埃。②采用人工掌握喷头，操作人员必须把防护用品穿戴齐全。③喷射砼的混合料采用砼搅拌机拌和，搅拌时间不少于2min，确保搅拌均匀，同时保证连续供料。④喷射砼的喷射路线应自上而下，呈“S”形运动；喷射时，喷头作连续不断的圆周运动，并形成螺旋状前进，后一圈压前一圈三分之一。⑤喷射机要求风压为0.3～0.5Mpa。⑥喷头与受喷面垂直，如遇受喷面被钢筋网片钢架覆盖时，将喷头偏斜10°～ 20°。（3）注浆工艺。①注浆浆液选择及配合比，背后注浆常采用水泥浆，其配比为：水灰比=1：1。②注浆设备及压力。初支回填注浆采用砂浆泵，回填注浆压力不宜过高，只要能克服管道阻力、初期支护间空隙阻力即可，压力过高易引起初期支护及结构变形。③注浆施工。注浆之前，清理注浆孔，安装好注浆管，保证其畅通；注浆必须连续作业，不得任意停泵，以防浆液沉淀，堵塞管路，影响注浆效果；注浆顺序。注浆应由低处向高处，由无水处向有水处依次压注，以利于充填密实，避免浆液被水稀释离析；注浆时，必须严格控制注浆压力，以防大量跑浆或使结构产生裂缝；注浆结束标准，当注浆压力稳定上升，达到设计压力并持续稳定10 分钟，不进浆或进浆量很少时，即可停止注浆，进行封孔作业；

6.拆撑及结构施工。待开挖及初支全部完成后，以监控量测为依据，初支稳定后进行二衬施工。出入口二衬施工前需拆除临时仰拱及中隔板，暗挖段竖向分两次施工结构，封闭成环；纵向初支按照每流水段分模长度拆除，具体施工步如下：（1）破除临时中隔壁混凝土至底板结构面上20cm。纵向每流水段拆除时两端多拆1m，用于钢筋及防水甩茬。（2）破除侧墙结构1.5m 范围的临时中隔板初支混凝土，保留拱架不割除。（3）基面处理完成后施作底板防水层，浇筑保护层，施作底板结构。（4）割除破除部分的临时仰拱钢钢架及临时中隔壁拱部部分,高度方向保留1～3m 不破除（可根据模架支撑体系微调），基面处理后施工防水层，施工侧墙及拱部结构。（5）待混凝土强度达到设计要求后，拆除模架及剩余部分临时中隔墙及中隔板结构，并进行混凝土养护施工。（6）全部拆除完毕后，进行混凝土养护施工。