中铁二十局第五工程有限公司,云南 昆明650200
【摘要】本文详细叙述了西安地铁四号线含元路站～大明宫站区间F2浅埋暗挖隧道过地裂缝，在其上部为城市主干道，车流量非常大，施工安全隐患较大的环境下，采用CRD法顺利通过地裂缝的施工技术案例，便于类似工程施工借鉴。
【关键词】地裂缝；施工技术
1.工程概况
含元路站～大明宫站区间隧道穿越地裂缝段采用浅埋暗挖法施工，左右线长度均为167.842m，隧道与地裂缝夹角约66°，设计为马蹄形断面，复合衬砌结构，衬砌之间设柔性防水层，采用CRD法开挖，开挖尺寸为（宽×高）9.0×9.22m。
区间地貌单元为洪积II级台地，地层地表分布有厚薄不均的全新统人工填土（Q4ml），其下为上更新统风积（Q3eol）新黄土及残积（Q3el）古土壤，再下为上更新统洪积（Q3pl）粉质黏土、砂层等，地下潜水稳定水位埋深在5.60～6.80m之间 。
由于地裂缝不能形成自然拱，开挖时容易发生坍塌、冒顶情况，加之地裂缝部位地下水丰富，开挖及初期支护施工风险非常大，很有可能出现初期支护开裂，二衬防水层被破坏，使成型的衬砌结构破坏等现象。
2总体施工原则及施工步骤
2.1施工原则
浅埋暗挖隧道采取“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测”的基本工艺，施工组织和施工工序严格遵守“先排管，后注浆，注浆一段，支护一段，封闭一段”的原则进行。总体施工顺序由竖井横通道向两端正线进行开挖。
2.2施工步骤
施工准备→降水→打超前大管棚及注浆（进正洞处）→打超前小导管及注浆→左上断面开挖支护→左下断面开挖支护→右上断面开挖支护→右下断面开挖支护→初期支护全部完成→初期支护变形趋于稳定后拆除临时拱架→仰拱防水层施工→仰拱二衬施工→拱墙防水层施工→拱墙二衬施工。
3.施工方法
3.1降水
3.1.1降水设计
本工程降水采用管井降水，降水井分三部分设计：
（1）竖井及横通道：竖井西侧布置8口，横通道东侧布置5口，隧道左右线中间布置3口，井深45m。
（2）地裂缝以南：布置42口，井深45m，间距10m。
（3）地裂缝以北：布置6口，井深30m，间距25m。
3.1.2病害处理
正常情况下，在施工质量控制得当、降水效果良好时就能有效起到止水作用。然而在隧道开挖过程中，因地质破碎，地层透水性好，外围降水系统无法完全隔离地裂缝处水流，又或遇到渗透系数较小的粉质粘土层，会形成隔水层，导致隧道内水位无法降低。出现这种情况时，采用洞内引流、抽排等措施。要是在开挖过程中出了现局部渗漏或涌水现象，常规的堵漏方法取决于漏水的速度、水压力的大小、渗漏的部位以及漏水点所处地层等，在补救过程中一定要加强水位和变形监控。以下为具体补救措施：
（1）对于漏水点比较小，渗水速度慢，渗水为清水时，可以直接在洞内进行处理，直接采用速凝型浆体材料以压力方式注入，封堵渗漏点，以便快速起到止水作用。
（2）对于漏水量大，漏水速度快，渗水携带地层颗粒流出的情况时，可在隧道内采用速凝型浆体材料压力注入，封堵渗漏点。当水压较大，难以从隧道内有效封堵时，可利用渗水点外侧已有降水井抽水，进行短期减压，然后在洞内注浆封堵。
3.2横通道进正线管棚施工及马头门破除
3.2.1超前大管棚
正线开挖时通道开洞部位设置L=12m，Φ108大管棚，壁厚8mm，间距400mm，外插角1-2°，管棚最高孔位距离横通道第一道临时仰拱仅2000mm，施工采用简易平台操作，钢管用丝扣连接，管棚注浆采用水泥浆或水泥-水玻璃双液浆，水泥浆液配比为1：0.8～1:1.2，注浆压力控制在0.5～0.8MP。
3.2.2马头门破除
待正线管棚及横通道二衬施工完成后开始破除马头门，马头门破除搭设简易脚手架，先破除左上方洞室部位，后续密排依次架设三榀格栅，三榀格栅支护完毕后，扩大马头门破除范围，左上方洞室继续向前开挖支护。在左上方洞室台阶进尺5m后，自上而下破除左下方洞室范围内初支，并预留U型槽，使左侧上下洞室初支封闭成环。左下方洞室进尺5m后破除右上方洞室马头门部分，相继按照左侧上下洞室施工步骤开挖。
3.3 超前小导管
为改良工作面前方地层，必须保持开挖工作面的稳定，隧道开挖时必须采用超前小导管注浆加固地层。超前注浆小导管采用双层φ42钢管，t=3.5mm，L=3.5m，纵向间距2m，外插角10°和30°左右，环向间距300mm，拱部150°范围布设，注水泥浆或水泥-水玻璃双液浆。小导管前端制成尖头，尾端设加强箍，管身布设泄浆孔。
小导管采用风镐顶入，导管尾部外露足够长度，与格栅钢架焊接在一起，安设后对其注水泥-水玻璃双液浆以加固，封堵孔隙止水。注浆由两侧对称向中间、自下而上逐孔注入，一旦有窜浆或跑浆时，间隔注浆，再用塑胶泥封堵孔。
3.4开挖及运土
隧道导洞内采用CRD法施工，为保证二衬结构净空，预防累计沉降，开挖断面外扩10-15cm。挖土由人工直接装土到小型三轮车运输到洞口，通过竖井提升架吊装到地面，集中清运。隧道开挖，每循环进尺以0.5m为宜，不超过1m，各工作面宜错开3～5m距离，开挖后应及时进行施工支护。如果断面变化点、工序转换处或工序中断时，必须采用挂网喷混凝土封闭整个工作面，同时还应根据地质情况适时缩短开挖步距，减少掌子面封闭时间。
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3.5初期支护
隧道采用锚、网、喷支护及拱墙格栅钢架并辅以拱部超前锚杆预支护；钢筋格栅钢架、钢筋网提前分节分片加工，由竖井吊装运至支护工作面拼装安设。喷射混凝土料采用现场地面拌制运至工作面。
3.5.1钢筋格栅钢架加工及安装
钢筋格栅钢架在硬化平整的地面加工，根据隧道断面要求，采用全站仪在地面放样出尺寸，然后绘出钢架加工线型，打设定位钢筋，标示出节点位置，进行试加工，成型后进行试拼装，检测拼装后的钢架尺寸，满足设计要求后方可批量加工。
格栅钢架应分部分片安装，先喷射混凝土5cm封闭支护，然后安装格栅钢架。为了使左右侧支护上部拱架便于与下部连接，安装拱部格栅钢架时在拱脚处垫上垫板和砂垫层并用锁脚锚管锁固，防止格栅钢架下沉。当格栅钢架和初喷面之间有较大间隙时应设置混凝土垫块，格栅钢架与围岩之间的间距不应大于5cm。格栅钢架安设好后应尽快喷混凝土，并将其全部覆盖，使格栅钢架与喷混凝土共同受力。
3.5.2钢筋网加工及安装
钢筋网按φ6.5@150mm×150mm的规格加工成0.8×2m的钢筋网片，利用施作好的锚杆尾部作为固定点（与锚杆尾部焊接）进行钢筋网的铺装，钢筋网安装时搭接长度不小于一个网格，并贴近岩面。
3.5.3喷射混凝土
喷射混凝土由现场拌料，采用湿喷机喷射。喷射混凝土前，用高压风将掌子面进行清洗。喷射作业分段、分片、由下而上顺序进行，严格按照喷射混凝土的施工规范进行混凝土的喷射。
喷射砼技术要求：
（1）初喷混凝土紧跟掌子面，复喷前先按设计要求完成超前小导管，钢筋网、格栅拱的安装工作。喷射混凝土分层喷射，一次喷射厚度根据喷射部位确定，拱部为5～6cm，边墙为7～10cm。后一层喷射在前一层砼终凝后进行，若终凝后1h以上再次喷射砼时，受喷面应用风、水清洗。
（2）喷射施工前先进行试喷，试喷合格后再投入喷射施工，并按规定喷射大板，制作检验试件。
（3）每次喷砼完毕后，及时检查厚度，若厚度不够需进行补喷达到设计厚度。
（4）坚决禁止将回弹料做为喷射料使用。
（5）坚决实行“四不”制度，即“喷砼工序不完，掌子面不前进；喷砼厚度不够不前进；砼喷射后发现问题未解决不前进；监测结果表明不安全不前进”。
3.5.4初支背后注浆
初期支护超前5～10m后，即可进行拱背后回填注浆，以固结拱背后松散地层及充填可能存在的空隙，并最大限度地减少地层松动和地表沉降。
初支预埋注浆管采用φ42，L=800mm（初支厚度+500），环、纵向间距3.0m，拱部范围梅花形布置，注浆压力控制在0.5Mpa。
3.6二次衬砌
暗挖隧道二次衬砌采用模板台车，二衬砼分两次施工，先浇筑仰拱，然后施工拱墙。作业面按初支基面处理、防水作业、钢筋绑扎、仰拱衬砌、边墙拱部衬砌、砼养护、二衬背后回填注浆，形成流水作业线。二衬砼采用地泵泵送进行砼浇筑作业，每段二衬长度7.5m，地裂缝处按变形缝分开（变形缝间距10m/20m），施工时将特殊变形缝预留，中间采用台车浇筑，其余段从设缝起点开始，按台车长度依次向前浇筑。
3.7特殊变形缝
在地裂缝段结构为了适应变形，设置特殊变形缝，初支变形缝位置与二衬保持一致，采用初衬格栅的纵向连接筋断开处理，使之协调变形，并且每道变形缝接口处局部二衬厚度加大以适应地裂缝较大变形。二衬变形缝宽度为100mm，特殊变形缝左右1m范围二衬待盾构通过后施工。
4.监控量测
4.1目的
监控量测对隧道施工的指导意义非常重大，尤其是在隧道过地裂缝破碎带，地质复杂，极易出现涌水、涌砂及坍塌现象，通过对监测数据的分析处理，来判定地层、结构的安全稳定性，判断施工对周围环境的影响程度，及时反馈信息，修正施工参数，优化施工工艺，改进施工方法。
4.2数据分析和预测
监测工作要分阶段、分工序对量测结果进行总结和分析。
（1）数据处理：将原始数据通过一定方法，用频率分布的形式把数据分布情况显示出来，进行数据的数值特征值计算，舍掉离群数据。
（2）曲线拟合：寻找一种能较好反映数据变化规律和趋势的函数表达式，进行曲线拟合，可对下一阶段的监测数据进行预测。
5.注意事项
（1）确保无水作业是浅埋暗挖隧道开挖的前提条件，但地裂缝破碎带降水引起的沉降再所难免，如何在实施降水的同时有效的控制沉降确保周边建筑物的安全也是需慎重对待的问题，因此暗挖隧道降水须采取分层降水、分层疏干并辅以监控量测、洞内施工压缩循环进尺时间、及时架设格栅喷射砼封闭掌子面等措施。
（2）一旦有穿越地裂缝的隧道结构两端地基承载力明显不足的情况出现，只能通过地基处理的方法来加强，并且在隧道底板上预留注浆孔，如果隧道底部出现漏空并且范围达到一定的界限值时，只能从注浆孔向底部注浆，以便达到充填加固地基的目的。
6.结束语
在西安这个城市修建地铁，碰到地裂缝几率很高。按照上述工艺及措施进行施工，在施工过程中确保水位降到隧道底板以下，开挖前通过打超前探孔充分了解地层及渗水情况，决定是否需要深孔注浆来加固地层，并通过监测数据的信息反馈，为施工提供可靠参数，减少了隧道过地裂缝施工安全风险，为暗挖隧道施工安全顺利的通过地裂缝奠定了基础。
参考文献:
[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论.合肥：安徽教育出版社,2004.12.
[2]北京市城乡建设委员会.地下铁道工程施工及验收规范GB50299-1999)(2003年版)北京：中国计划出版社，2004.04.
论文作者:宁振国
论文发表刊物:《科技新时代》2018年11期
论文发表时间:2019/1/11
标签：隧道论文; 格栅论文; 裂缝论文; 钢架论文; 注浆论文; 地层论文; 混凝土论文; 《科技新时代》2018年11期论文;