浅谈砂砾地层下城市地铁浅埋暗挖施工方法

潘润瑞

摘要：兰州地铁是地下浅埋的区间隧道，其中包含盾构法与矿山法暗挖。矿山暗挖法的主要施工原理为“新奥法”即利用支护、锚喷方式，借助自然地理因素中岩石强度和岩石的承载能力来达到隧道的施工强度要求。地铁浅埋暗挖隧道以上下台阶开挖为主，加宽断面辅以CRD、双侧壁导坑法等多种施工方法，以保证施工以及周边环境安全。

关键词：城市地铁；浅埋暗挖；施工方法；砂砾地层；区间隧道 文献标识码：A

中图分类号：U455 文章编号：1009-2374（2017）06-0108-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.06.055

1 工程简介

浅埋暗挖法施工城市地铁已经在全国各地地铁施工中广泛被应用，由我单位承建的兰州轨道交通一号线TJⅢ-16区间隧道工程，工程场地在勘测45.0m范围内的地层主要为第四系全新统人工填土（Q4ml）、冲击黄土状土（Q4al）、卵石及第三系古-始新统（E1-2）砂岩组成。兰州地铁地质情况较为复杂，其中隧道拱腰以下地层多为富水砂砾层，拱顶为湿陷性黄土地质，人工杂填土中埋置各类老旧管线，对隧道施工有一定的影响，因此采用不同的断面形式，可以满足在不同的地层下进行安全快速施工，由于断面较多、尺寸不同，施工方法具体分为上下台阶法、CRD法及双侧壁导坑法，具体划分如表1所示：

2 工程参数

暗挖隧道分焦～东区间隧道和后配线隧道工程。

焦～东区间暗挖隧道为双向分离式，标准段洞高6.720m，洞宽6.580m。

东岗站后配线段为单线隧道，洞净高9.993m，洞净宽12.924m。

暗挖区间标准断面为拱形断面，主要分A1、A2、A3、人防段、渡线段B1断面超前支护采用：Φ42普通钢管，壁厚3.5mm，L=2.5m，拱部150°布设，环向间距0.3m，纵向间距1m，外插角10°左右。格栅钢架间距0.5m，钢筋网Φ6.5@150*150钢筋网，全断面双层布设，喷射混凝土采用：C25喷射早强混凝土，厚度350mm。衬砌采用：C45防水钢筋混凝土，抗渗等级P12，厚350mm。渡线段B2断面超前支护采用：Φ108+Φ42小导管，小导管L=2.0m，壁厚3.5mm，L=2.5m，拱部150°布设，环向间距0.3m，纵向间距0.5m，外插角10°左右，管棚L=40m，t=6mm，环向间距0.4m。格栅钢架间距0.5m，钢筋网Φ6.5@150*150钢筋网，全断面双层布设，喷射混凝土采用：C25噴射早强混凝土，厚度350mm。衬砌采用：C45防水钢筋混凝土，抗渗等级P12，厚350mm。

后配线暗挖区间标准断面为拱形断面，断面尺寸为：12.924×9.993m。超前支护采用：Φ89管棚+Φ42小导管，L=2.0m，拱部180°布设，环向间距0.4m，纵向间距5m，外插角10°左右，管棚L=12m，t=6mm，环向间距0.4m，纵向间距9m。喷射混凝土采用：C25喷射早强混凝土，厚度350mm，全断面支护。钢筋网：全断面设双层钢筋网，环纵向筋均为Φ6.5钢筋；初喷350mm厚混凝土，挂钢筋网，网距150*150mm。衬砌采用：C45防水钢筋混凝土，抗渗等级P12，厚600mm。施工过程中，每侧拱脚（墙脚）均设2根锁脚锚管，锁脚锚管采用Φ42mm钢管，L=3m。注水泥水玻璃双浆液。纵向连接筋：Φ22螺纹钢，初期支护结构纵向连接筋每榀设置，全断面设置内外双层梅花型布置，环向间距1.0mm。

3 台阶法施工

区间单线单洞标准断面（A1、A2、A3）采取台阶法环形开挖施工，开挖断面分上下两个台阶进行开挖，开挖每循环进尺为0.5m，上台阶开挖留核心土，其正面投影面积不少于上台阶开挖面积的一半，纵向长度以2.5m为宜。上台阶人工开挖，每一开挖循环长度不大于0.5m，比下台阶超前不小于3m，下台阶根据实际情况选择机械或人工开挖。

开挖施工预留围岩变形量为50mm，在施工过程中通过施工监测及时加以调整此值。严格控制隧道施工引起的地面变形，保证邻近建（构）筑物、管线的安全和正常使用以及道路车辆的安全通行。

3.1 台阶法初期支护施工工艺流程

台阶法初期支护施工工艺流程如图1所示：

3.2 台阶法开挖施工步骤

台阶法开挖施工步骤如下：

步骤一：打设拱部超前小导管注浆加固地层。

步骤二：台阶法开挖洞室①（预留核心土），架设隧道钢格栅，打设锁脚锚管，进行初期支护，台阶长度≥3m。

步骤三：台阶法开挖洞室②，施作初期支护。

4 CRD法施工

CRD施工法又称为交叉中隔墙法，在一些自然条件因素比较差的环境下进行隧道施工比较适用。一般在软土地基上利用交叉中隔墙法能够有效地提升隧道的强度，尤其在一些地基存在下陷趋势的环境下进行隧道施工，能够取得不错的效果。但是由于其造价高，故在山岭隧道中较少采用，但是在特殊情况下，也可以采用，如膨胀土地层。

采用CRD法预留核心土的方法，将大断面隧道分成4个相对独立的小洞室分部施工。交叉中隔墙施工方式主要以上下台阶、短循环、高效率、强支护为施工原则，通过先上后下，随挖随撑的方式，CRR方式进行隧道的施工建设主要需要重视前期支护的强度，配合岩石层自身的承载能力结合支护的辅助作用能够在很大程度上发挥出CRD施工的优势。在拆除支护的过程中需要根据自上而下的原则，将支护的结构从上向下进行拆除，再进行下一步施工。

一般来说，CRD施工方式对于岩石层的承载强度要求较高，其施工跨度大，通过CRD施工法能够有助于改善岩层的强度，使得施工过程中具备较好的安全保障。

在实际的施工过程中，CRD施工法重视每阶段的支护工作，每开挖一部分就需要进行锚喷支护等并构建临时仰拱，保证所开挖部分的施工强度。首先开挖隧道上部分，等到上半部分的混凝土凝结强度达到70%以上，安装下部分支护，进行下半部分的施工作业。区间渡线段B1、人防段采用CRD法进行施工。

CRD施工开挖工序：

第一，在开挖施工的过程中需要保证各个断面以及纵向间距符合一定标准，轮廓线需要合理规划好，以降低施工过程中出现问题的概率。

第二，断面的开挖长度一般在4m左右，根据具体的开挖情况设置仰拱封闭，在施工的过程中保证较高的施工效率，同时也保证施工的安全性。

第三，中隔墙的应当以弧形临时支护为标准进行设计，并与隧道左右部分的断面临时防护设施应当在同一水平高度，临时防护设施各个节点应当保证一致对齐，为后期的施工奠定良好的基础。

第四，中隔墙的质量以及相关规格应当符合一定设计标准，混凝土的施工强度达到要求，最后在隧道钢筋的连接过程中应当保证连接处的强度符合要求。

第五，为减小支护结构对地基的压力，提高地基的承载能力，对型钢拱架的底部设置40×40×20cm的木制垫块。

第六，侧导洞初期支护钢拱架要在主洞初期支护钢拱架闭合之后方可拆除。

第七，二次襯砌距掌子面最大距离最大不得超过70m。

第八，施工开挖及支护步骤如下：

第一步：沿左上导洞开挖轮廓线打设超前小导管并注浆加固地层。台阶法施工左上导洞，并打设锁脚锚管。

第二步：施工左下导洞，实现隧道左侧导洞封闭成环。

第三步：沿右上导洞开挖轮廓线打设超前小导管并注浆加固地层，台阶法施工右上导洞，并打设锁脚锚管。

第五步：施工右下导洞，实现隧道封闭成环。

5 双侧壁导坑法施工

双侧壁导坑工法是一项边开挖边支护的施工技术。具体的施工原理为利用中隔墙的作用把隧道断面划分为三个部分，左、中、右，在实际的施工过程中首先在左右两边进行施工，结束后将两侧的支护拆除后，再进行中间部分的施工，在一些土质情况较差，土层强度低的断面上能够发挥作用。

双侧壁导坑法开挖适用于围岩较差的Ⅴ级围岩条件下的行车隧道开挖，在浅埋大跨度隧道施工时，采用双侧壁导坑法能够控制地表下沉，保持掌子面的稳定，安全可靠。

根据实际调查研究显示，双侧壁导坑法在施工过程中对地表的影响程度为上下台阶法的一半，双侧壁导坑法在施工过程中有效的保证了地基的强度，但是实际施工的效率受到了一定的影响，需要每一步每一环节都设立临时支护，在一定程度上增加了施工时间，前期的建设成本较高。

双侧壁导坑开挖用于右线东岗站洞门处和后配线段。本段岩性主要为湿陷性黄土，断面较大，围岩无自稳能力。

双侧壁导坑施工开挖工序：

第一，施工过程中应严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早成环、勤量测”的原则。

第二，开挖时，一侧导洞的开挖应滞后另一侧导坑，两侧导洞均采用正台阶法进行施工。

第三，隧道开挖按照支立两榀钢拱架为一循环进尺，初期支护要边开挖边支护。二次衬砌要根据监控量测结果综合分析，适时施工。

第四，侧导洞初期支护钢拱架要在主洞初期支护钢拱架闭合之后方可拆除。

第五，施工时要根据监控量测结果及时调整预留变形量。

第六，二次衬砌距掌子面的距离最大不得超过70m。

第七，施工开挖及支护顺序如下：

第一步：施做拱部超前大管棚+超前小导管注浆加固地层，开挖1部土体，施做初期支护及时封闭临时支护。施前大管棚+超前小导管注浆加固地层仰拱。

第二步：开挖3部土体，施做初期支护，及时封闭临时支护。

第三步：弧形导坑开挖5部土体，施做初期支护及

底座。

第四步：开挖7部土体，施做初期支护，施做临时

仰拱。

第五步：开挖9部土体，施做初期支护。

6 结语

结合兰州地质条件，结合施工具体环境，施工中根据隧道断面、地层分别按照不同的开挖方法进行开挖。

（责任编辑：蒋建华）