17地铁大断面单洞重叠浅埋暗挖隧道开挖施工技术.docx

地铁大断面单洞重叠浅埋暗挖隧道开挖施工技术
作者：周军
盾构分公司
摘要：大断面浅埋暗挖单洞重叠隧道在国内尚属罕见，本文通过广州轨道交通五 号线动物园站暗挖隧道开挖实例，对大断面浅埋暗挖单洞重叠隧道开挖施工技术 做以介绍，以资借鉴。
关键词：浅埋暗挖 单洞重叠 隧道 开挖一、工程概况
本工程暗挖隧道位于广州市交通主干道环市东路下，道路南边为16层的国际高 尔夫大厦、25层的东兴大厦，北边为广州动物园，西边为8层的广州地质调查 局等，东边为内环路高架，地面交通繁忙。隧道起点里程为YDK12+682.889,终 点里程为YDK12+812. 189,总长129. 3m。详见图1：
1. 地质及水文地质情况
根据勘察揭露的地层按时代、成因和岩性总体上为二元地层，即上部为冲- 洪积和风化残积地层，下部为白垩系陆相沉积的以红色为主的泥质粉砂岩和砾岩 组成的基岩层。由上而下，岩土分层特征分述如下：人工填土层〈1＞、冲一洪积 粘性土层＜4-1＞,塑状残积土粉质粘土V5T＞、硬塑〜坚塑状风化残积岩粉质粘 土层＜5-2＞.岩石全风化带＜6＞、岩石强风化带＜7＞、岩石中等风化带＜8＞、岩 石微风化带＜9＞
由于本场地的地貌单元属珠江三角洲冲〜洪积地带，地势较平坦，本场地的 稳定地下水位埋深总体变化不大，水位埋深处于1.6^4. Im之间，地下水类型主 要为上层滞水和基岩裂隙水，根据前期施工情况揭露，基岩裂隙水比较发育。
2. 设计情况
暗挖隧道工程主要包括II、III号施工竖井、两个横通道、主隧道和东端风道, 暗挖主体隧道左右线叠加布置，为一单洞隧道，左线在上右线在下，隧道标准断 面开挖跨度11.2m,开挖高度17. 905m,最大开挖跨度为13.4m,最大开挖高度 为18. 652n)o横通道开挖跨度9. 2m,开挖高度21. 74m。
隧道设计采用CRD法分8部开挖施工，超前支护采用4)108大管棚和642 小导管超前注浆，初期支护采用642锚管(。22砂浆锚杆)、格栅钢架、和C25、1、破除III号导洞初支，喷筑加强环 梁⑦，架设稳定撑⑧，同步骤2。
1、破除IV号导洞初支，喷筑加强环 梁⑨（含牛腿），架设稳定撑⑩，同 步骤2。
2、完成步骤5后可上断面破进主隧 道，迅速与主隧道临时横撑，中隔壁 通过纵向连接筋网喷成整体后，可开 挖另一侧主隧道。
1、按CD法分别破除V、VI导洞初支, 施工加强环梁和稳定撑，完成横通道 进主隧道的施工转换。
2.洞身开挖施工本隧道拱部以下2.0田为〈5-2＞粘土层，密实无水，自稳性好，下部为强风化、 中风化至微风化岩层，地质情况较好。根据本隧道的结构尺寸及地质情况，在保 证安全质量的前提下，为加快施工进度，变更原设计CRD法8部开挖，临时仰拱 及中隔壁紧跟开挖面为8部台阶法开挖，临时仰拱紧跟开挖面，中隔壁相对滞后 5-6m,满足机械施工要求，开挖步骤见图5：

图5隧道台阶法施工示意图
首先按台阶法进行①、②号台阶开挖，台阶错开2〜3m,①、②号台阶开挖 到底后，再按上述方法分别进行③④、⑤⑥、⑦⑧号台阶开挖。循环进尺控制为 0. 5田。
开挖采用小型挖掘机进行，上部粘土层处采用人工刷帮，下部岩石采用微震 动爆破技术开挖。施工中要充分利用围岩的自稳时间，快速开挖、快速封闭，确保 隧道安全,掌子面开挖后，及时进行掌子面初支面初喷税和排水，避免岩石风化、 潮解而降低强度，初支结构及时封闭，根据监控量测情况，台阶及时设立临时仰拱, 控制变形发展。爆破施工，要进行爆破参数以及爆破振动效应试验进行爆破噪声 监测,根据实际情况不断调整钻爆参数。
磕土采用小型农用车水平运输至竖井，井架电动葫芦垂直提升卸至硝池。
3. 隧道超前支护
本隧道超前支护采用拱部6 108注浆管棚，长度分别为22m和50m。隧道拱、 边墙采用巾42超前注浆小导管。管棚施工采用进口设备，在洞口处一次完成， 洞内不再设工作室。
1）超前管棚施工：6108注浆管棚布置在拱部，环向间距为0. 5m,外插脚 1° ,采用4）108X8mm热轧无缝钢管，管棚分节安装，两节之间采用丝扣连接， 丝扣螺纹长度大于150mm,相邻两根钢管的接头要错开，其错开&度不小于1.0m。 沿管壁钻。10压浆孔@200,梅花型布置。钢管前导端加工成尖形，以利于入孔; 后部孔口端2m范围不钻注浆眼，以利于封闭孔口进行压浆。采用标号32. 5水泥, 按水灰比0.6： 1〜1： 1配制纯水泥浆。浆液固结体抗压强度为M20。注浆压力 为 0. 6~1. 5Mpa
2）642小导管超前注浆：超前小导管采用42无缝钢管，管长3. 5m ,搭 接1. 0m ,外插角12° ,注浆管一端做成尖形，另一端焊上铁箍（＜1）6钢筋）， 沿管壁钻。8压浆孔@150,梅花型布置，钢管前导端加工成尖形，以利于入孔； 后部孔口端1.5m范围不钻注浆眼，以利于封闭孔口进行压浆。地层松软用游锤 或手持风钻直接将小导管打入，岩层较硬时先钻孔，后用风镐顶进。喷5cm厚混 凝土封闭掌子面，后冲清洗管内积物再注浆,注浆顺序由下向上，注浆采用水泥 一水玻璃双液浆，注浆压力为0. 5〜1. 2MPa,先施工单序号孔，后施工双序号孔, 当注浆压力增加比较快，且〉1. 2MPa时,或注浆量达到设计注浆量的1. 2倍时, 结束注浆。
4. 隧道系统支护
1）格栅钢拱架安设。暗挖隧道格栅钢架统一采用主筋为4 025的钢筋格 栅钢架，首棉格栅钢拱架加工后进行试拼，经检验合格后进行批量生产，开挖轮廓 检查无误后，对开挖面进行初喷5cni厚建封闭岩层，拱架底脚处虚硒清理完毕，用 喷浆料调平后，开始安装钢拱架。钢筋格栅组装后应在同一平面内，并垂直线路 中线，钢筋格栅与壁面应楔紧,每片钢筋格栅节点及相邻格栅纵向必须分别连接 牢固。
2）暗挖隧道拱部采用系统注浆锚管，长3. 5m,间距为1.2 XI. 2m梅花 形布置，注浆采用水泥一水玻璃双液浆，施工工艺同超前小导管注浆。
边墙部分采用。22砂浆锚杆锚杆长为3. 5m,间距1.0 Xl.Om,锚杆按设 计要求提前加工，根据设计位置布眼、钻孔，加工好的锚杆及锚杆孔要符合规范 要求。采用YT-28风钻成孔，成孔后用高压水将钻孔内石粉冲洗干净，然后注浆 机注砂浆,将锚杆用风钻杆顶进（用去掉回转轮的凿岩机配特制锤头打入）、锚固。
(3)喷射混凝土施工。隧道内喷建采用分两次施工，第一次先初喷5cm,封 闭开挖面，拱架安装后，侧向锚杆安设完毕后，再复喷至设计厚度。喷彼采用校喷 射机进行喷射作业，滚筒式搅拌机拌制混合料。喷射作业分段、分片、分层，由下 而上，依次进行。
5. 临时支撑架设
为确保重叠隧道开挖初支阶段侧墙的稳定，暗挖隧道共设置三道横向支撑, 支撑采用I22b工字钢，支撑间设纵向连接筋和钢筋网，并喷25cm厚C25校， 其起到临时横向支撑及临时仰拱作用；每道支撑均采用螺栓与格栅钢架上垫钢板 进行连接，保证下台阶施工时，初支受力良好，避免初支处于悬空状态，防止初支 下沉过大。
6. 隧道施工运输
暗挖隧道通过两个施工竖井进行施工，竖井提升系统采用井架，配备2个 10t电动葫芦提升吊斗转载出磕及材料运输。
隧道洞内出渣采用无轨运输，配备2台小型机动运输车水平运输至竖井底 料斗，再由井架垂直吊运土斗至临时谴土集中外弃。
其他施工材料通过燧井口电动葫芦吊运至各施工台阶层，人工运至工作地 点,喷浆料通过输料管输送至运输车内，然后再运至施工地点。
三、目前施工进展及施工监测情况
目前主要在进行横通道和隧道的开挖支护，2个横通道己完成了上半断面的 开挖，主隧道正在进行1、2号台阶的开挖。
拱顶最大沉降量为25. Imm,收敛最大为6. 8顾，均在设计规范允许内，施工 处于安全可控状态。从监测结果分析，拱顶下沉最大时，发生在A型格栅架设后 B型格栅架及临时仰拱架设前，在B型格栅及临时仰拱架设后沉降速率明显变慢， 成收敛趋势；隧道周边收敛没有明显变化。各项监测指标均未超出设计及规范要 求，监测图表见下图。
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2号、3号横通道拱顶下沉曲线图
♦ 3ShK0+005.15
・ 3ShK0t009. 09
▲ 2ShK0t004.72ShK0+007. 5
x 3ShKO+O13. 9
• 2ShKO+15. 3—多项式(2ShK0+004. 7) —多项式(3ShK0+009. 09)
2、3号横通道收敛曲线图

♦ 3k0+003.0
■ 3k0+01l,8
2k0+006. 2
x 2k0+013.7 ,多项式
多项式 多项式 多项式
(3k0+0()3. 0) (3k0+011.8) (2k0+006. 2) (2k0+013.7)
时间

时间
四、结束语
城市地铁单洞双层重叠隧道，设计和施工在国内尚属罕见，同单线隧道的施工 相比,其砌衬施工、防水施工、监控量测等工艺都更为复杂，由于施工进度原因， 目前仅进行了少部分隧道开挖，在此仅讨论了开挖阶段的施工工艺。前期隧道开 挖施工的顺利进行，为后期隧道施工提供了依据，也对今后同类隧道设计、施工 提供了范例，具有一定的参考价值。
S6喷射混凝土联合支护; 隧道标准断面图见图2。

二次衬砌采用600mm厚C30、S10聚合物钢筋混凝土。

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①22砂浆锚杆，L=3. 5m
横竖间距@=1.0m,梅花形布置
懈的1C8大管瞅a注浆加固.L=50m,环向间距0.5m
时2小导融部超市就，L=3.5m、咐间距0.3m,级向服1.5mM2 ■管注柴,L 一 3.5m, V 向何距
机堆钢筋网08,@l5OX15Ornm，割做ft内外各一层格物钢架,何距500mm
022级向连鼬，桐瞰1 .dm,㈱钢架内捌设混喷典•臆土 C25
苏水层，（无笏布+四。板+无坊布）全新细布置聚合锹修豚蹒土 C30
图2暗挖主体隧道标准断面图
隧道设三道临时横向支撑和一•道竖向中隔壁，间距0.5m,临时支撑及中隔 壁均采用I22b工字钢，双层钢筋网片，喷设25cm厚C25、S6位。
3.施工重点及难点
1）隧道埋深浅，开挖高度高、跨度大，且地层岩性上软下硬，开挖施工难 度大。
2）工序转换频繁，由燧井转横通道、横通道转正洞的转换施工是一个受力 复杂的转化体系，是本工程施工的一个控制难点。
3）明挖基坑与暗挖主体隧道间距小，且隧道先于明挖基坑施工，待明挖基 坑施工时，势必将对围岩造成二次扰动，应力将重新分布，施工安全风险大。
4）隧道临时支撑复杂，确定分区破除支护，加强监测，完成二衬施工，是 确保施工和结构安全的技术难点之一。
5）结构复杂，防水板接头、各水平、纵向施工缝多，临时中间立柱与主体 结构的防水，主体结构与附属结构接门的防水，如何保证车站的防水质量是本工 程的另一技术难点。
7）隧道位于环市东路下面，交通繁忙，且周边建筑较多，隧道施工控制地 表沉降、保证周边建筑物的安全是本工程的施工技术难点之一。
8）本工程招标开工日期为2005年3月1日，竣工日期为2007年9月1日， 关键工期为2007年1月15 B,完成暗挖隧道二衬满足盾构过站要求。由于场地 移交问题，工程实际开工日期为2005年8月10日，推迟开工时间5个半月，工 期压力非常大。
二、隧道施工方案
按新奥法原则并结合采用浅埋暗挖法组织施工，并认真研究本工程所处的 特殊周边环境，及地质、水文条件，针对性地采取可靠的技术措施以控制地下水流 失和地层变形。
1.竖井转横通道、横通道转主隧道施工
竖井进横通道、横通道进主隧道均存在破除原有支护体系建立新的受力体系 的转换过程，施工中均设置马头门，为确保施工安全，在施工中采取如下措施：
（1）结构上加强处理
竖井进横通道马头门采用加密格栅，破除竖井围护桩时预留钢筋，横通道格 栅与桩的预留钢筋焊接牢固，保证结构受力安全。
横通道进主隧道马头门均采用暗梁，横通道开挖时，在与主隧道连接位置外 扩600mm,格栅架立时，在外扩范围内设置弧形纵向连接筋并加密，喷射趋后形 成第一道临时暗梁，尺寸为350*400mmo隧道管棚和小导管施工完成后，施工管 棚连接梁，将单根管棚连接成整体，对隧道洞门进行加强，保证隧道洞门破除时 结构安全稳定。测量拱部暗环梁的结构位置，不拆除横通道中隔壁、临时仰拱， 在主隧道洞门处开槽，自上而下按CRD法施工450*500mm的加强环梁，与临时横 撑连接形成封闭环，对洞门进行加强，保证结构安全可靠。
（2）预做超前支护和预加固马头门围岩
竖井进横通道马头门：先破除横通道超前大管棚施工范围内围护桩，按设计 和规范要求做好大管棚和小导管的施工，加固地层，保证破口安全。
横通道进主隧道马头门：在施工临时暗环梁时预埋超前管棚套管，破除横通 道初支前按设计和规范要求做好大管棚和小导管的施工，加固地层，保证破口安 全。
（3）开口施工化大为小，环行开挖，快速封闭
在横通道马头门破口时，按照台阶工法要求的施工顺序，分块破口施工，分 块掘进，并迅速破除开口部分初期支护，掘进3〜4米后，开始下一块破口施工。
主隧道马头门破口时，上部按CRD法进行施工，下部按台阶法施工，横通道 两侧主隧道洞门按先后顺迅分开进行施工，一侧主隧道进洞8'Om后，主隧道上 断面有连续6棉以上初支封闭旦破洞处沉降稳定后，方可再进行另一侧主隧道洞 门的施工，保证结构安全。
（4）破口过程中加强监测，在马头门处埋设拱顶下沉、周边收敛及钢筋计, 加强监控量测，确保施工安全。
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施工步骤及技术措施
1

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(1) 开挖竖井、依次施工混凝土环 撑，至第三道支撑；
(2) 测量、放线，破除管棚、小导 管施工范围内的围护桩。
(3) 施工横通道超前管棚和小导管。
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(1) 测量、放线，破除1号台阶位 置的围护桩(预留20cm长的钢筋)， 密排架设3棉格栅，格栅与预留钢筋 焊接，挂网喷射混凝土。
(2) 开挖1号台阶，每循环0.5m, 及时支护。
竖井转横通道施工程序图图3

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(1) 1号台阶开挖2〜3m后，测量、 放线，破除2号台阶位置的围护桩， 密排3棉格栅、临时型钢支撑，喷射 混凝土，封闭成环。
(2) 开挖2号台阶，与1号台阶保 持2〜3m的距离，及时支护，保证结 构安全
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(1) 1、2号台阶开挖完成后，开挖 竖井土方至3号台阶位置；
(2) 破除3号台阶内的围护桩，架 设3根格栅，喷射混凝土，及时封闭 成环。
(3) 开挖3号台阶，预留核心土， 先架设两侧的格栅，每循环0.5m。
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(1) 3号台阶开挖2〜3m后，开挖 竖井土方至4号台阶位置，测量、放 线，开挖4号台阶马头门，密排3根 格栅、临时型钢支撑，喷射混凝土， 封闭成环。
(2) 开挖4号台阶，与3号台阶保 持2〜3m的距离，及时支护，保证结 构安全
(1)同理，依次进行竖井开挖和横
通道开挖，完成横通道马头门施工。
横通道转主隧道施工程序图
序号
图
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施工步骤及技术措施

1.在横通道开主隧道范围内，变更初衬曲墙形

式为直墙形式。首先将横通道拱部及下部仰拱开

挖外扩600mm,拱部A型格栅孤度略做调整，下部

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B~F型格栅采用22b工字钢。
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2.横通道开挖时，沿主隧道开挖轮廓外400mm范

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困内的格栅处加密纵向连接筋，并采用宜径10mm

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钢筋作为箍筋，与格栅-同喷射酷，以随横通道

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开挖逐渐在主隧道开挖范围外形成第一道暗梁。

暗梁内预埋150mrn大管棚孔口管。
做好破洞前的准备：
1、横通道上断面第一、二层临时横 撑、中隔壁支撑到位，横撑及中隔壁 纵向连接筋到位，网喷成平台。
2、所有加密注浆、锁脚锚杆、大管 棚打设注浆充分。
3、管棚连接梁施工完成。
1、破除I号导洞初支，喷筑加强环 梁①,留设接驳钢筋，打设纵向45度 锁脚锚杆；
2、架设稳定撑2122b工字钢②、③, 并与横通道第一层临时横撑焊接网 喷成工作平台
1、破除II号导洞初支，喷筑加强环 梁④（含牛腿），架设稳定撑⑤⑥， 同步骤2O