1、城市轨道交通大断面浅埋隧道施工技术摘要城市轨道交通作为一种独立的交通工具，其运量大、速度快、干扰小、能耗低，被誉为现代城市的大动脉。在城市轨道交通工程建设中，不可避免的会出现隧道工程。本文就城市轨道交通大断面浅埋隧道属处的人口密集、建筑物多等环境特点，探讨其综合施工技术，从而达到安全、质量双赢的目的。 关键词城市；轨道交通；隧道；施工技术 中图分类号：U45 文献标识码：A 一、前言 随着城市的飞速发展，城市交通问题的矛盾日益突出，轨道交通的建设成为解决城市交通拥挤的一个重要的方面。目前，在城口密度比较大，城市发展比较快的大城市在逐步完善城市轨道交通的建设。在建设的过程中受到人口密集、地面建筑
2、物的影响，不可避免的会出现隧道施工，在施工的过程中我们要采取相关的工艺措施来保证施工的质量和安全。 二、常用的城市轨道交通施工技术 城市轨道交通常用的施工方法有：暗挖法，包括盾构法、新奥法、矿山法等；明挖法，包括放坡法、地下连续墙法等；盖挖法，包括逆挖法、顺挖法、浅埋暗挖法等；地面施工方法：筑堤法；高架施工方法：高架桥法。 1、暗挖法 地下线路穿越基岩地段，围岩具有一定的自稳能力时，一般采用暗挖施工，即以喷射混凝土、钢筋网、钢架和锚杆作为主要支护手段，充分发挥围岩的自承能力，使其与支护结构成为一个完整的支护体系。 2、明挖法 明挖法是将地面挖开，形成露天的基坑，然后在基坑中修筑隧道衬砌，最后回
3、填土石，恢复地面。 3、筑堤法 地面筑堤法是一种从地面筑起护堤，在堤上铺设道床和轨道的方法。4、高架桥法 高架桥主要是用混凝土建造。 本文主要以暗挖法介绍城市轨道交通浅埋软土隧道的施工技术。 三、浅埋暗挖软土隧道施工原则和注意事项 浅埋隧道宜采用新奥法施工。新奥法基本原理为，采用锚喷初期支护，充分利用围岩的自承能力，以保证隧道的施工安全。施工过程中应按规范及设计要求加强对围岩变形的监测。 在浅埋暗挖软土隧道施工应遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测、速反馈、快处理”24 字方针的施工原则。 在浅埋暗挖软土隧道施工中，应注意以下几个个问题： 1、减小对开挖土体的扰动和对土体的加固
4、是关键。施工中采用大管棚结合小导管注浆加固的方法，能很好地解决扰动土体的加固，保证了隧道的洞身稳定和地面沉降。 2、支护时间要及时。围岩开挖后，地层松动，其承载能力下降，若支护没有及时，则会增加作用在支护结构上的荷载，直至坍塌，早支护不仅能减少支护结构的荷载，还能抑制地层的过大变形。 3、开挖过程中，锁脚锚杆的施设和初期支护背后注浆，对控制变形有很好的作用，施工中应加强这方面质量检查力度。 4、作为初期支护中的喷射混凝土厚度要合理，用增加喷射混凝土的方法来加强支护效果不明显，一般应控制在 2030cm。 5、当隧洞开挖跨度较大、分部较多时，临时钢支撑对隧道的稳定、保证隧道安全十分有利。 四、隧
5、道施工关键技术 1、超前支护 根据城市轨道交通埋深浅、地质条件差、围岩自稳能力差等特点，超前支护宜采用超前小导管及超前管棚等超前支护手段。 (1)超前管棚 超前管棚支护是在拟开挖的隧道开挖外轮廓周边上,间隔一定的间距,沿洞轴以一定的外插角钻孔,安装惯性矩大的钢管,然后进行注浆固结的一种预支护措施。 管棚法的施工工艺流程为:设置管棚基地一水平钻孔一压入钢管(必须严格向钢管内或管周围土体注浆)一管棚支护条件下进行开挖。 工艺流程及工作原理 其工作原理为:通过管棚注浆,使拱顶预先形成加固的保护环。预加固环发挥“承载拱”的作用,承受拱上部的地面荷载和岩层重量,使拱内部围岩仅承受拱部围岩的形变压力,从而
6、创造了理想的开挖条件。当超前管棚沿隧道开挖轮廓周边密布时,加固环的变形变小,传递给隧道支护结构的上部荷载大大减小,同时通过环形固结层与管棚,将拱部围岩的形变应力传递给支撑拱架。由于支撑拱架间的相互连接,形成整体支护,有效地保证了掘进施工和初期支护的安全。 管棚超前支护参数的选择 布设形式的选择 a、扇形布设:用于隧道断面内地层比较稳定,但拱部附近的地层不稳定的场合。此外,在软弱地层中为了控制地表沉降、减小支护结构的受力时,也大多采用此种布设,扇形角度可根据工程类比和具体研究确定,常有120 度和 150 度布设法。 b、半圆形布设:用于隧道下半部分地层稳定,但起拱线以上的地层不稳定的场合。此外
7、,即使地层比较稳定,但是地表周围有建筑物、埋深很小时,也大多采用此种布设。 c、全周布设:用于软弱地层或膨胀性、挤出性围岩等极差的场合。但是不提倡采用全周布设,用垂直底部和边墙的锚杆注浆取代,效果更好。d、上部一侧布设:隧道一侧有公路、铁路、重要结构物等需要防护,或斜坡地形可能形成偏压时采用。 e、上部双层布设:用于隧道上部有重要设施,拱部地层是崩塌性的、不稳定的地段,或地铁车站等大断面隧道施工或突水段施工时采用。 f、一字形布设:在铁路、公路正下方施工,或在某些结构物下方施工时采用。 管棚长度的确定 管棚长度的确定,应视隧洞所处地形、地质及地面建(构)筑物状况而定。在地质条件预计比较复杂的情
8、况下,为慎重起见,应该沿着隧道轴向进行试验钻孔,以取得更详细的数据来决定管棚的施工区长度。常用长度为 1035m,由 46m 的无缝钢管采用丝扣连接而成。 钢管的选择 目前的管棚分为 3 大类:a、管径小于 129mm 的为小管棚体系；b、管径为 129299mm 的为中管棚体系；c、管径大于 300mm 的为大管棚。小管棚的作用主要起加固围岩和扩散围岩压力的作用；大管棚可以近似为刚性结构；而中管棚则介于两者之间。 钢管环向布设间距的选择 钢管环向布设间距对防止上方土体塌落及松弛有很大的影响,施工中需综合考虑。一般采用的间距为 2.05.0 倍的钢管直径；在铁路、公路及重要结构物下方时,可采用
9、搭扣或连续布设方式。 管棚施工关键技术 a.施作大管棚导向墙：洞口管棚施工前,应浇筑导向墙,导向墙在初期支护外轮廓线以外施作。导向钢管沿拱圈环向布设间距、位置及方向应准确。严格控制钻孔的平面位置。管棚不得进入隧道开挖线内,相邻钢管不得相撞。 b.根据导向墙中预埋的导向钢管进行钻孔。掌子面必须按要求先喷一层素混凝土作为止浆墙,以确保掌子面在进行压力注浆时不出现漏浆、坍塌。 c.钻孔前先检查钻机机械状况是否正常；钻孔时根据情况确定是否加泥浆或水泥浆钻进,当钻至砂层易塌孔时,应加泥浆护壁方可继续钻进；如不能成孔时,可加套筒或将钻头直接焊接在钢管前端钻进。钻孔速度应保持匀速,特别是钻头遇到夹泥夹沙层时
10、,应控制钻进速度,避免发生夹钻现象。为避免钻杆太长,钻头因自重下垂或遇到孤石钻进方向不易控制等现象,开钻上挑角度控制在 1 3之间, 并随时用测斜仪量测角度和钻进方向。钻孔完结后,先把套管内孔注水清洗洁净,再把钻杆取出。套管仍保留在孔内供护孔作用。 d.管棚安装完毕后,即可注水泥浆,利用浆液的渗透作用,将周围岩体预先加固及堵住围岩裂隙水,既能起到超前预支护的作用,同时又加强了管棚的强度和刚度。 e.每根管的注浆结束与否,应以注浆压力来控制,当注浆压力持续升高,接近或达到注浆预定压力时,该管注浆才可结束。 （2）超前小导管 小导管常与钢架共同组成支护系统，小导管起双重作用：一是起超前管棚作用，二
11、是起注浆管的作用。 超前小导管法的施工工艺流程为:钻小导管孔一压入小导管一注浆加固一小导管支护条件下进行开挖。其作用机理为:a.小导管管体在拱顶围岩中的锚杆作用和棚架作用。b.小导管预注浆形成加固圈,发挥“承载拱”的作用。 注浆材料 根据不同的注浆目的注浆材料一般分为二类：第一类为注水泥砂浆，其主要作用为增强导管的刚度；第二类为注水泥浆或水泥水玻璃双液浆等化学浆液，其主要作用为： 过浆液的化学作用，将坑道周围喷浆区的松散岩体在短时间凝固并达到一定自稳力，为掘进时的施工安全提供保障； 浆液进入岩（土）体的空隙凝结固化后起防水作用。 水泥水玻璃双液浆的固结时间一般为 4 小时左右，单液水泥浆的固结
12、时间一般为 8 小时左右。 注浆压力 注浆压力是促使浆液在岩体裂隙中流动扩散的一种动力，必须有足够的注浆压力来克服岩体内天然水头压力和地层裂隙阻力才能使浆液充分扩散填充，达到加固堵水的作用。因此，在浆液的粘稠度固定的情况，注浆压力直接与岩体的裂隙宽度和粗糙度、裂隙发育程度、裂隙水头压力有关。压力过高亦会劈裂岩体，因此注浆压力一般控制在0.51.0Mpa。 施工关键控制技术 a.钻孔前，应对不稳定的开挖面进行喷混凝土 510 cm 厚进行封闭。b.钻孔直径应较管径大 20mm 以上，环向间距 40cm ；外插角采用10，纵向搭接长度不小于 1.0 米。 c.小导管插入后外露一定长度，以便连接注浆
13、管，并封紧孔口。 d.水泥采用新鲜的普通硅酸盐 32.5 或以上等级的水泥；砂采用2.5mm 中细砂。膨胀剂采用微膨胀剂，补偿水泥砂浆硬化收缩量；注浆配合比由试验室选定。注浆设备应性能良好，工作压力应满足注浆压力要求。 e.小导管注浆的孔口最高压力应严格控制在允许范围内，以防压裂开挖面，注浆压力控制在 0.5Mpa1Mpa，止浆塞应能经受注浆压力。 f.小导管注浆扩散半径为 0.5 米。充填率考虑为 20%，作为计算一个眼的注浆量。 g.控制注浆量，即每根导管内已达到规定的注入量时，就可结束；若孔口压力已达到规定压力值，但注入量仍不足，亦应停止注浆。 g.注浆结束后，应作一定数量的钻孔，检查注
14、浆效果。如未达到要求，应进行补注浆。 2、开挖 浅埋暗挖法的施工方法根据隧道断面设计和地质情况目前有 CRD 法、CD 法、侧洞法等常的几种开法方式。无论何种方法，其主要原则均为减少一次开挖断面、早期支护、减少变形和方便施工。 隧道开挖过程中，严格执行拱部每循环开挖支护进尺不应大于 1 榀钢架间距，边墙每循环开挖支护进尺不得大于 2 榀钢架间距；仰拱开挖前必须完成钢架锁脚锚杆，每循环开挖进尺不得大于 3m；隧道开挖后初期支护应及时封闭成环；围岩封闭位置距离掌子面不得大于 35m。 隧道开挖过程中，爆破时应严格控制装药量，其爆破时的爆破振速控制在 1.0cm/s 以内，以避免对隧道周围结构的损坏
15、。必要时可采用人工配合机械的开法方式，或是采用液压破裂的方式进行开挖。 隧道开挖时必须严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测、速反馈、快处理”的施工原则。 3、初期支护 初期支护在每步开挖后及时进行，主要有初喷、安装钢架、焊接连接钢筋、挂设钢筋网、喷射混凝土等工序。 在施工中的主要关键技术如下： a.掌子面应采用超前洞内排水措施使降水曲面始终处于可控状态,为初期支护的顺利实施创造了有利条件。 b.通过加强初期支护强度和刚度,确保拆除临时支撑后结构安全,有效地减小了地表沉降。 c.初喷作为封闭工作面, 一般喷层厚度 35cm, 在开挖后立即进行。 d.喷射混凝土由下向上分段、分
16、片、分层级旋式喷射。每段长度按循环进尺。 e.必须对超挖或不可抗拒的空洞采用喷射混凝土等措施回填密实。 f.初期支护背后注浆 喷射混凝土与围岩之间是具体一定的粘结强度的，只有喷射混凝土与围岩之岩真正形成整体受力结构才能确保初期支护背后岩体稳定。 但在实际施工中由于喷射混凝土下坠、混凝土收缩等原因, 造成拱顶开挖面与初期支护混凝土之间有一定的空隙，为了保证拱顶部位密实, 必需在初期支护后及时进行拱背回填注浆。初期支护在拱背每隔 2m 安装足够数的注浆管,环向间距 1m 。回填注浆为水泥浆, 水灰比宜为0.51.0。 4、监控量测 (1)监控量测项目 监控量测项目及频率 项目名称 方法及工具 布置
17、 量测时间间隔 115 天 16 天 1 个月 13 个月 3 个月以上 必测项目 地质和初期支护状况观察 岩性、结构面产状及支护裂隙观察和描述、地质罗盘等 开挖后及初期支护后进行 每次爆破后进行 地表沉降观测 精密水准仪、钢尺 每 520m 一个断面、每断面35 对测点 12 次/天 1 次/2 天 12 次/周 13 次/月 内空收敛 水平收敛 收敛计 每 530m 一个断面、每断面 13 对测点 12 次/天 1 次/2 天 12 次/周 13 次/月 拱顶位移 水平仪、水准尺、钢尺或卷尺 每 530m 一个断面、每断面 13 对测点 12 次/天 1 次/2 天 12 次/周 13 次/月 爆破振动 振动传感器，记录仪 结合地表沉降点布设 与爆破频繁一致 选测项目 围岩内部位移（洞内设点） 洞内钻孔中安设单点、多点杆式或钢式位移计 每 30100m 一个断面、每断面 211 个测点 12 次/天 1 次/2 天 12 次/周 13 次/月 支护、衬砌内应力，便面应力及裂隙 混凝土内应变计、应力计、测缝计及表面应力解除法 代表性地段量测，每断面宜为 1012 个测点 1 次/天 1 次/2 天 12 次/周 13 次/月
