砂卵石地层浅埋暗挖法仰坡开挖施工关键技术--中国期刊网

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砂卵石地层浅埋暗挖法仰坡开挖施工关键技术

发表时间：2020/6/19 来源：《基层建设》2020年第6期作者：陈悦

[导读] 摘要：北京地铁14号线丰台北路出入口通道穿越砂卵石地层，存在围岩稳定性差，易发生塌落现象。

        中方元建设工程集团有限公司北京 100035
        摘要：北京地铁14号线丰台北路出入口通道穿越砂卵石地层，存在围岩稳定性差，易发生塌落现象。其中，5号、6号出入口存在30°的仰坡段，仰坡通道因场地限制，施工采取由下向上爬坡暗挖施工工法。本文通过数值模拟，改进小导管设计参数，提出卵石层仰坡暗挖施工要点，施工效果较好，总结成一套施工关键技术。
        关键词：砂卵石地层、浅埋暗挖法、仰坡开挖、核心土保护
        一、依托工程情况
        1、工程概况
        北京地铁14号线丰台北路站为三层叠落式车站，位于丰台北路万丰桥北侧，与地铁9号线丰台北路站形成T型换乘。5号、6号出入口分别下穿万丰桥，采用暗挖法施工。暗挖通道为拱顶直墙结构断面。标准段采用暗挖CD法施工，楼扶梯爬坡段结构采用暗挖CRD法施工。
        2、工程地质和水文地质条件（1）地质条件：根据勘测资料，土层自上而下依次为人工堆积层、新近沉积层、第四纪沉积层、第三纪沉积岩层四大类。暗挖通道主要为第四纪沉积层。（2）水文地质条件：暗挖出入口通道最深处底标高24.28m，地下水在通道底板下3.6m，对暗挖施工无影响。（3）周边环境：丰台北路东-西走向为城市快速路；与之相交的万丰路南-北走向，路口南侧交通流量大，路口北侧交通流量一般。
        （4）工程风险1)暗挖通道顶部以卵砾石地层为主，围岩稳定性差，易发生塌落现象。2）结构顶板以上为人工填土与新近沉积层，暗挖通道穿越桥桩区距离较近、风险程度高。 3）暗挖通道斜坡段在砂卵石地层，超前小导管或注浆孔时的成孔难度大，地层成拱性差，超挖量较大，工作面稳定性难以保证。
        二、暗挖通道施工
        1、地面注浆加固施工方法
        根据设计图纸，地面注浆加固主要采用地表垂直后退式注浆，洞内超前深孔注浆采用TGRM前进式注浆工艺，注浆材料为TGRM加固水泥单液浆。地面注浆采用垂直向下后退式注浆，在钻杆顶部连接注浆管，钻杆边向上提升边注浆，直至达到设计注浆厚度。
        2、洞内超前深孔注浆加固施工方法
        本工程实际情况采用TGRM前进式分段深孔注浆工艺，具体过程是：首先采用地质钻机成孔后，安装孔口管，在孔口管内分段向前钻注施工。每一循环进尺控制在2-3m，成孔后退出钻杆，安装法兰盘及注浆管进行注浆，待浆液凝固后拆除法兰盘，再进行钻孔如此循环，直到钻进深度达到设计要求。
        3、暗挖通道施工方法
        暗挖通道采用CD法和CRD法施工，严格执行浅埋暗挖法“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的十八字施工原则外，还应遵循砂卵石地层中十八字施工原则，即“早封面”、“管细短”、“少扰动”、“快凝固”、“固拱脚”、“中拉槽”。
        三、仰坡开挖施工关键技术
        1、CRD工法
        超前深孔注浆加固地层，施作超前小导管。开挖完成后，施作斜坡段衬砌混凝土，完成衬砌作业。施工程序如下：
        第一：1、测量放线。2、超前小导管注浆预加固地层。3、开挖左上洞室，保留核心土.4、架立钢格栅，锁脚锚杆，挂网喷射混凝土。及时进行初衬背后注浆。5、核心土与开挖面距离保持2～3m。
        第二：1、左上洞室超前10-15m时，台阶法开挖左下洞室，留核心土。2、施作初期支护。3、核心土与开挖面距离保持2～3m。
        第三：1、左下洞室超前5-8m时，超前小导管注浆预加固。2、开挖右上洞室，保留核心土。3、架立钢格栅，锁脚锚杆加固，挂网喷射混凝土。4、及时进行初衬背后注浆。5、核心土与开挖面距离保持2～3m。
        第四：1、右上洞室超前10-15m时，台阶法开挖右下洞室，留核心土。2、施作初期支护。3、核心土与开挖面距离保持2～3m。
        第五：根据监测情况，4-6m一段截断临时中隔壁，施作仰拱防水层，浇筑仰拱二衬，预留钢筋、防水板接头。

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        第六：根据施工监测，4-6m一段截断剩余中隔壁和临时仰拱，施作拱部、边墙防水层，浇筑二衬结构，封闭成环，及时进行二次衬砌背后注浆。
        2、超前深孔注浆技术
        通过数值模拟，为保证掌子面稳定，对上半掌子面侧墙和拱顶外侧采用前进式深孔注浆，注浆超前长度14m。当开挖面至注浆体端部2m时封闭掌子面，再次进行超前深孔注浆，如此递进，直至整个通道贯通。
        3、超前小导管施工工艺
        换乘通道仰挖段主要处在砂卵石地层，在仰挖隧道时，为保证掌子面的稳定，拱顶超前预加固采用双排注浆小导管支护，小导管采用Φ25mm热轧钢管L=2.0m，钢管前端呈尖锥状，中间梅花形布置Ф8mm溢浆孔，间距100~200mm，末端焊Ф6环形箍筋。小导管沿拱部环向布置，钢管与衬砌中心线平行以10°~15°外插角环向间距300mm打入顶部土体（每间隔一排小导管角度以30°~45°打入），搭接长度为1.0m。每打完一排钢管后，立即注浆。
        4、核心土保护
        经过方案比对，采用洞内台阶法开挖，预留核心土，核心土的尺寸为2m×2m×2m，并在下台阶正面增设临时钢板作为挡板抑制其下滑。在CRD洞室内采用留设核心土并在下台阶正面增加临时钢板。挡板的两端固定在已经完成的初衬上，形成稳定的支撑体系。
        5、初期支护
        （1）格栅钢架安装：格栅钢架挂网安装在开挖后及时进行，用角钢螺栓连接，格栅间Φ22纵向连接筋相连，内外环向间距为1m，形成纵向连接体系，格栅钢架、钢筋网片与锁脚锚管连成一个整体。
        （2）钢筋网安装：钢筋网采用φ8的钢筋在场外加工成片状，网格间距150mm，搭接长度150mm。
        （3）喷射混凝土施工：喷射混凝土采用干喷工艺。严格控制配比，分段、分层由下而上依次进行，每次喷射厚度为50～100mm，保证初衬厚度。
        （4）锁脚锚管施工：在拱脚打入锁脚锚管，有效减少初衬拱顶下沉，减小地表沉降量。锁脚锚管采用φ32钢管，长度3m。用锚管钻机成孔后将锚管插入锚孔，注浆泵通过锚管注浆；
        6、初衬背后注浆：为减小地表沉降，及时对初衬背后采用Ф32钢管进行注浆。注浆管在拱顶和两侧墙各设一根，采用水泥浆分两次进行，第一次注浆压力0.2 MPa，稳压10min后停止；二次补浆稳压压力达到0.3 MPa，保证填充效果。
        7、衬砌施工：由于通道断面大，二衬施工前要拆除中隔壁和中隔板，会造成应力重新分布。先拆除下部中隔壁，施作防水层，并构筑二次衬砌，拆除进尺不大于5m。然后拆除上部中隔壁和中隔板，施作防水层，构筑二次衬砌。当二次衬砌强度达到80%后，拆除模板。
        8、施工效果分析
        （1）双排注浆小导管技术比单排注浆小导管加固效果更明显，可以加强预支护的效果，
        （2）大角度仰坡开挖，对核心土的保护至关重要。本工程采用在下台阶处增设挡板的措施，保护台阶和核心土，施工安全系数高，土层沉降数值小。
        （3）在拱脚部位打入两根锚管并注浆，有效减少拱顶下沉和净空收敛，从而减小地表沉降量。
        （4）通过监测数据，仰挖通道施工时，地表沉降最大值为9.27mm，未超过控制值25mm，沉降增长速率未超过控制值2.0mm/d；通道拱顶下沉最大值为8.21mm，未超过控制值10mm。净空收敛最大值为10.4mm,均未超过控制值15mm。
        四、结论
        本文针对暗挖隧道大角度仰坡开挖施工技术研究，实现了综合创新，总结出一套适于砂卵石地层仰坡暗挖施工关键技术。这项技术满足安全、快速、经济的目标。
        参考文献
        [1]刘明.砂卵石地层浅埋暗挖地铁隧道施工关键技术 [J].市政技术,2011,29(2):82-83,86.
        [2] 刘魁刚,王文正,裴书锋.砂卵石地层浅埋暗挖法快速施工技术[J].现代隧道技术, 2011,48(5):115-120.
        作者简介：陈悦(1973.1-),男,汉族,北京,大学专科,助理工程师,研究方向：隧道施工、市政工程。