摘要：在城市地铁暗挖施工过程中，为了有效保障施工现场地面交通和周边建筑物的安全，本文以北京地铁五号线雍和宫车站工程为例，通过对超前大管棚和超前导管支护施工技术进行的超前预支护论述，得出该技术的应用能够有效控制地表沉降问题，最大限度地保障工程施工安全。
关键词：地铁；加固；管棚；沉降
一、工程概况
1.概况
北京地铁五号线雍和宫车站坐落于北二环路雍和宫立交桥南侧，雍和宫大街北端。整个车站结构为地下四跨三层岛式结构，全长121.2米，宽度30.45你，埋深距离22.79m，建筑面积将近为13000平方米。
2.水文地质条件
该工程地质条件为第四纪地层，土质为中细砂和粉质粘土，地面标高为44.30米，整个土层自上而下由人工填土层、粘质粉土、砂质粉土、粉质粘土、分细砂、中砂、粉质粘土粘质粉土层、粉细砂、粉质粘土粉质粉土、中粗砂、卵石层叠加而成，而地下水是储存于第四纪地层的上层滞水、潜水和承压水，根据实际测量结果显示，该区域水头标高为24.17米-26.73米。
3.工程施工重点及难点
该车站设有2个风道，5个出入口，其中北京地铁五号线雍和宫车站东北出入口从雍和宫古建筑群东北角附近穿过，东南出入口距雍和宫围墙仅有2米距离，而北侧风口与环线车站换乘点交界，可以说，该工程所处位置交通便利，环境极其复杂，况且它还紧靠雍和宫古建筑群，地下管线错综复杂，因此，该工程施工的难点就在于如何在施工过程中控制周围环境的变形及如何确保地下结构的安全性和稳定性。
二、施工方案的选择
为了有效保障地面、房屋管线和道路行车的安全，就必须对地层进行超前支护加固，通过多种施工方案的比对分析，再结合该工程实际，我们在进行车站进行出入口的暗挖施工时选择超前大管棚和超前导管支护施工技术，该项技术的应用是合理利用管棚棚架和注浆后形成的固结拱圈所起的支承作用，以保证整个工程施工安全。具体来讲，就是在风道和出入口暗挖施工过程中，在顶部、边墙采用大管棚和超前小导管支护技术。
三、施工方法
1.大管棚施工
1.1施工流程（如图1所示）
图1超前大管棚施工工艺流程图
1.2开挖管棚工作室
1）管棚工作室长6米，跨度达到8米，在软弱围岩中开挖时，必须要及时施作初期支护。为了方便架设钻机，安设钢管，工作室应设于马头门轮廓线0.8米外的位置。
2）导向管是控制成孔方向出现偏斜的重要举措，导向管的至少得2米以上，且用127mm无缝钢管加工而成，经精准测量后，将其焊接在钢拱架上并喷上混凝土予以固定。
3）由于长度不是很大，管棚的选择是由地质钻机改装的管棚机。每一排大管棚长15.5米-23米，不等，具体施工顺序如下：管棚工作室施工-管棚架设-注浆-开挖。
1.3大管棚施工
1）在开孔前认真检查设备完好状况，检查其组合钻具丝扣是否连接紧密。在计算管棚搭设的仰角及外插角时，应考虑到钻孔时钻具下沉等因素。
2）为确保钻机钻孔精度符合标准，开孔段钻进是最为关键的工序。钻进前10m时，要对钻机位置进行多次调整，并及时用罗盘及挂丝进行检测，确认毫无漏洞时再继续钻进；管棚入孔前，要做配管工作，确保管棚的同心度符合要求；钻进至钢套末端距离导向管口30cm左右距离立即停钻，将钻机反转、卸杆，动力头后退至末端加接钻杆或钢管套管，代拧紧钻杆后，再紧固连接套管。
3）浆液选择
为加强管棚刚度，确保支护结构的稳定性，必须在管棚内采用水泥砂浆注浆。
4）注浆工艺
注浆套管要与管棚钢管用套丝进行连接，注浆套管上还必须备用排气管与进浆管，并安装用阀门进行控制，接着，安装上直径为20mm的塑料软管作为排气管，并采用锚固剂封闭掌子面与管棚间的间隙，以防止漏气，同时利用注浆泵进行管路压水试验，如果发现泄漏现象，要及时检修。注浆时，要用低压力中流量注入，在注浆过程中逐步提升压力，而流量则要适当减少，当压力上升到注浆终压时，需要继续压注10分钟后停止注浆。
2.超前小导管施工
2.1小导管注浆施工工艺流程
超前小导管注浆施工内容较多，主要包括封闭工作面、钻孔、安设小导管、注浆、效果检验等工序。
2.2注浆加固范围及小导管布设区间
在开挖隧道前的预支护工作采用#32小导管注浆加固地层技术。拱部小导管沿开挖轮廓线从格栅腹部穿过，环向间距35cm，单根长3.0m，仰角及外插角15°。布设位置位在拱顶，纵向每2米距离打设一排小导管，而每两排小导管纵向搭接长度不小于1米。当围岩软弱，且分布于下半断面时，为避免下台阶施工过程中上拱圈下沉，待上台阶格栅架好后，应在拱脚处增加向下向外的#25螺纹钢锁脚锚杆，锚杆斜插角需要保持在30°，管长应在3米左右，每榀格栅拱脚两侧各架设1根。
2.3小导管加工
小导管是由#32普通水煤气管加工而成，而这样做的目的就是方便注浆。为了能够方便插打，小导管前端应加工成锥形。小导管中间部位需钻8mm-10mm溢浆孔，并呈梅花形布置，这样做就是防止注浆时出现死角，间距要在20cm左右，但尾部1米范围内绝不可以钻孔，以防漏浆，末端焊#6环形箍筋，以避免打设小导管时端部开裂，影响到注浆管的连接。
2.4小导管安装
小导管采用电钻钻孔，插孔时用必须用气动锤振入。
2.5浆液配制及注浆
1）浆液的配制。水玻璃浆液是由硫酸与水玻璃配制而成。先将98%的工业浓硫酸稀释成18%-20%的稀硫酸，将其盛放于带标签的容器内备用，再将40Be′的水玻璃稀释成20Be′，同样盛放于容器内待用。待现场地质试验工作完成后，按一定比例将二者进行配置，最后利用双液注浆泵将水泥—水玻璃双浆液注入岩层。
2）注浆参数的选择
浆液配比不能盲目而定，一定要根据现场试验情况确定，通常情况，配比是水玻璃=1∶1-1∶0.8。注浆初始压力为0.3MPa，终压为0.6MPa，绝对不能超过这个压力值，一旦超过，就会造成浆液损失过大，浪费严重。浆液的扩散半径一般是0.3m-0.4m，而凝胶时间则是根据实际情况确定的，通常情况下为8分钟左右。
3）注浆工艺及设备
待连接好注浆管后，先进行压水试验，检测管路是否畅通，然后再将配制好的水泥浆、水玻璃浆液分别倒入双液注浆泵贮浆桶内，通过闸阀使水泥浆与水玻璃浆液在注浆管内混合，最后通过小导管压入围岩。
4）注浆关键技术措施。a.严格控制配合比与凝胶时间，初选配合比后，利用凝胶时间控制调节配合比，并精确测定注浆结实体的强度，选定最佳配合比。b.在注浆过程中，要严格控制注浆压力，注浆终压必须满足施工要求，确保浆液都能渗透到位，防止出现结构变形、串浆现象，避免了地下构筑物、地面建筑物出现异常现象。
四、施工质量控制技术
1）小导管钻孔的外插角应控制在10°左右，且导管插入钻孔后应外露一定长度，这样有助于连接注浆管；
2）超前小导所用的钢管在进场前必须检验其力学性能及工艺性能，检查其质量、品种及规格必须符合国家标准。超前小导管注浆压力应符合设计要求，控制注浆压力及注浆量，同时浆液必须充满钢管及其周围的空隙。超前小导管与支撑结构的连接应符合设计要求。
3）小导管压降的孔口最大压力应当控制在允许限值内，避免压裂工作面；在注浆工作结束后，需要钻取检查孔，通过检查孔来检查小导管注浆效果。对于检查中发现注浆不达标的，应立即采取补注浆措施。在注浆结束后，开始开挖时间可选择8小时；
4）安全注意事项。鉴于超前小导管施工对安全性能要求较高，因此，小导管施工前应完成初期支护，待钢架架设完毕后对开挖掌子面进行混凝土喷射，防止钻孔过程发生掉石及坍塌。控制每环开挖长度，注意控制成形质量，防止超挖引起小导管前端脱落，致使超前预注浆支护失败。每进尺0.67m~1m，应立即架设下一榀钢架。施工人员必须佩带安全帽及防护手套。注浆前检查注浆管路，发现有破损、开裂现象时及时更换，以防注浆时管路破裂伤人。在超前小导管施工作业完成后，在进入下一循环前每开挖一循环要及时施工喷锚支护结构，以增强小导管与初期支护的联合支护能力。注浆所采用的浆液配比保修严格按照试验室签发的配料单配制。
结束语
本文主要探讨了城市地铁站工程中软弱围岩施工中采取的超前小导管支护施工技术，实践表明，通过该支护技术的应用，能够使隧道施工顺利通过浅埋段软弱围岩段，有效保障了施工安全，并缩短了工期，值得大范围推广。
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论文作者:史劲
论文发表刊物:《基层建设》2019年第8期
论文发表时间:2019/6/19
标签：导管论文; 注浆论文; 超前论文; 浆液论文; 水玻璃论文; 钻孔论文; 围岩论文; 《基层建设》2019年第8期论文;