浅析西安地铁浅埋暗挖隧道施工关键技术

时间：2024-05-17

张涛

（西安市地下铁道有限责任公司，陕西西安 710018）

浅析西安地铁浅埋暗挖隧道施工关键技术

张涛

（西安市地下铁道有限责任公司，陕西西安 710018）

本文通过西安地铁大学城站——疗养院站区间浅埋暗挖法施工关键技术的研究，分析监测情况，对后期浅埋暗挖法隧道设计及施工提供参考。

西安；地铁；浅埋暗挖；施工

1.概况

1.1 工程概况

大学城站——疗养院站暗挖区间为浅埋暗挖隧道，暗挖区间长234.55m，为马蹄形断面隧道，共分4种断面形式，分别为A（13.424*11.275m）、B（12.55*10.853m）、C（10.95*9.893m）、D（11.225*9.959m）。线路沿陕鼓大道地下敷设，洞顶覆土4.4m～8.7m，左右线间距4.2m，线路纵坡2‰平面为直线段。

1.2 工程地质及水文条件

本暗挖区间地貌单元属渭河二级阶地上发育的洪积扇。勘探点地面高程435.11m～437.40m，由上至下地层依次全新统人工填土、素填土（Q4ml）、冲洪积（Q4al+pl）黄土状土、粗角砾土、上更新统残积古土壤（Q3el）、冲积（Q3al）粉质黏土、粗角砾土及中更新统冲积（Q2al）粉质黏土。根据勘察结果，覆盖层为第四系松散层，含水层主要为弱透水的黏性土夹薄层粗角砾土，潜水含水层厚度大于50m。

2.暗挖区间施工方案

2.1 施工方法

本暗挖段采用“双侧壁导坑法”施工，为人工开挖，单循环进尺0.5m。初支采用350mm厚的网喷混凝土+格栅钢架支护形式，拱部150°范围采用Φ108管棚+Φ42超前小导管支护，超前小导管环向0.5m，纵向1.5m布置；二衬采用500mm厚的钢筋混凝土结构，初支与二衬间设置全包防水层。

（1）超前小导管注浆加固地层；先开挖3部土体，施做初期支护及时封闭临时支护Ⅲ（含临时中隔壁Ⅲ、临时仰拱Ⅲ及锁脚锚管等）。

（2）相继开挖1部土体，施做初期支护Ⅰ；弧形导坑5部土体开挖，施做初期支护V（临时仰拱）；开挖2部土体，施做初期支护II；开挖4部土体，施做初期支护IV；开挖6部土体，封闭初期支护VI。根据初支监测情况，结合施工组织，做好二衬施工准备。

2.2 关键工序施工方案

2.2.1 超前支护

为确保开挖稳定，隧道拱部150°范围采用Φ108管棚+Φ42超前小导管支护，大管棚与小导管间隔布置。大管棚采用Φ108×6的无缝钢管，根据断面不同，分段打设。区间设2个管棚工作室，分3次打设完成，环向间距0.5m；超前小导管采用φ42mm钢管，长度3.0m，断面环向间距0.5m，纵向间距1.5m布置，打设角度为22°。注浆为水泥——水玻璃双液浆，体积比为1∶0.25，水泥浆配合比为1∶1。

2.2.2 隧道开挖

隧道采用“双侧壁导坑法”施工，单个导洞采用上下台阶法辅助施工，上下台阶间距错开3m～5m。每一掌子面按照规范纵向应错开一定安全距离，左右侧导洞前后错开距离不应小于15m，相邻同层导洞掌子面前后错开距离不应小于15m，同侧下导洞掌子面距离上导洞下台阶掌子面不应小于5m（且应在临时仰拱混凝土强度达到设计强度70%以上方可开挖）。导洞内出渣采用无轨运输方式，运至洞口端头井底的吊渣斗内，经端头井的垂直提升系统吊运至洞外。在允许外运弃土时间内由3m3装载机配合自卸汽车装运至指定弃渣场。

2.2.3 初期支护

初期支护包括初喷混凝土，安装钢架，注浆锚管施工，锁脚锚管施工，挂网喷锚施工，初支背后注浆等。

（1）初喷。在开挖到位后立即对开挖面进行喷射一层3cm厚早强混凝土，稳定开挖面。

（2）钢拱架施工及注浆锚管施工。注浆锚管直径为Φ42，超前45°打设，间距1.5*1m（纵向*环向）布置，长L=3m，水泥浆填充注浆。注浆锚管采用手风钻造孔，人工安插锚管，浆液在现场拌制，采用注浆机，将水泥浆注入锚管，直至填充满，在水泥浆终凝前不得碰撞锚管。浆液按照设计和试验配比进行拌制，控制注浆压力，保证注浆饱满、充实。锚管到龄期后按规范进行拉拔试验抽检。

（3）挂网喷锚施工。初期支护钢筋网采用的钢筋焊接网，R=8@150* 150，喷射混凝土为C25混凝土，厚度为350mm。临时中隔壁挂Φ6.5@150* 150mm双层钢筋网片，喷射混凝土280mm。

喷混凝土作业沿岩面自下而上喷射，边墙按层厚7cm～10cm厚分层施喷，顶拱按5cm～6cm厚分层施喷，喷射作业参数通过生产试验确定，以保证喷混凝土密实度。喷嘴与喷涂面尽量保持垂直，喷嘴与受喷面的距离宜为1.5m～2.0m，喷射混凝土终凝后及时喷涂混凝土养护剂进行养护。

2.2.4 钢拱架加工及安装

（1）钢格栅拱架制作。钢格栅拱架在加工场进行冷弯制作，按1∶1比例放样，设立1∶1胎模的工作台，钢拱架分段制作，按单元拼焊，其制作要求如下：（a）加工做到尺寸准确，弧形圆顺，钢筋焊接满足规范要求；焊接成型时，沿钢拱架两侧对称进行，两段钢拱架连接钢板处的主筋中线应重合，连接孔位置准确。（b）钢格栅拱架加工应先试拼并检查无扭曲现象后方可焊接，做到相同段拱架的连接接头每榀之间可以互换。

（2）钢拱架安装。首先依据测量人员放出的隧洞中线及其高程，用φ48钢管作为钢拱架的临时支撑架，以便钢拱架的定位。在两段拱架连接处用螺栓连接牢固，采用M24×80螺栓连接，螺栓孔眼Φ26。每个拱脚设置两根锁角锚管，并用φ20“U”型筋固定，每两架之间用Φ20螺纹钢筋内外双层单面搭接焊，焊缝高度不小于8mm，连接筋长度0.6m，环距1m。喷射混凝土至终凝后再拆除支撑钢拱架的临时支撑进入下一循环。

钢拱架安装时，其高程位置应比设计高程高150mm，以预留沉降量。钢拱架须与岩面紧贴，当钢拱架与岩面之间有较大间隙时应安设垫块。对于开挖后不稳定的围岩，应及时初喷20mm～50mm厚的早强混凝土后，再安装钢拱架并使之紧贴初喷砂浆面。安装拱架时，为减少拱架的下沉量，在拱架拱脚底部垫一块钢板，每榀的位置定位准确，允许偏差为：拱架架立应垂直于隧道中线，沿钢拱架周边轮廓拼装偏差不应大于±30mm；钢拱架平放时平面翘曲应小于±20mm；钢拱架倾斜度不大于2°，钢拱架的任何部位偏离铅垂而不宜大于±50mm。

2.2.5 断面变化处开挖支护施工

由于本暗挖区间断面形式多且变化较为频繁，在断面变化处尤其要注意开挖支护的即时性和完整性。

（1）在大断面变化为小断面时，大断面的最后一榀拱架支护喷砼完毕后再向前挖一个循环并立即架设拱架并喷砼封闭成环。

（2）在小断面变化为大断面时，在小断面的最后一榀拱架支护喷砼完毕后撑子面停止开挖，在紧靠着小断面的最后一榀拱架处将大断面的轮廓挖出，并立即架设一榀大断面拱架并与小断面最后一榀拱架用纵向连接筋连接牢固，然后挂网喷砼封闭开挖面。

3.施工监测及情况分析

3.1 区间隧道施工监测

为了解土体稳定性，同时做好隧道的安全状况间接判断，施工中主要对地表沉降、拱顶下沉和洞内收敛进行监测。地表沉降是监控隧道周围土体的位移，拱顶下沉、洞内收敛监测数据则直接反应初期支护结构和围岩的变形特征，观测隧道施工过程中拱顶的沉降和净空的收敛情况，以判定隧道施工的安全性。

沉降监测点在施工影响范围内的地表布置，根据规范和设计要求，在隧道中线顶部每5m布设沉降点并每30m设一断面；拱顶下沉、洞内收敛每5m～10m设一断面。

3.2 监测情况分析

在隧道施工期间内各监测项目日变化速率均没有超出《城市轨道交通工程监测技术规范》GB50911-2013要求。地表沉降最大累计沉降量为-12.68mm，小于规范要求的控制值+10mm～-30mm。拱顶沉降最大累计沉降量为18.8mm，小于规范要求的控制值30mm。净空收敛最大累计值为6.98mm，小于规范要求的控制值10mm。