“六导洞十二步”地下空间开挖支护新技术

张鵾 柴继燕 马松岐 金宝

摘 要：目前地下空间的开发大多使用明挖大开挖技术，但是在很多城市建成去只能采用非开挖技术。大跨度的浅埋地下空间结构，在开挖时如何防止地面沉降及其带来的次生灾害，本发明专利独辟蹊径涉及一种新的技术方案“六导洞十二步”地下空间开挖支护新技术，应对周边复杂环境下的浅埋、直墙、平顶、大跨结构的地下空间开挖。通过工程现场实际应用证明了该措施的有效性。

关键词：地下结构;大跨度;开挖支护

目前城市化发展进程中，核心建成区的土地尤为稀缺，地下空间的发展越发迫切。建成区一般地面管线密集，交通流量较大，周边建构筑物较多，能提供的施工空间小不能采用大开挖的方式。并且开挖断面不规则，不易采用标准化机械作业。过街通道、地下停车场、地下人防商场等地下空间发展要提高投资效益，埋置不能太深，开发空间还要大，需要建成浅埋、直墙、平顶、大跨的结构，最终工程建设成败归结于地下空间的开挖支护技术的突破。

一、工程案例简介及难点分析

本案例工程现场车流人流复杂，工程难点可总结为“地下水位高、周边管线杂、跨径尺度大、地面荷载重”，具体情况如下：

（一）工程案例简介

济南穿泺源大街隧道工程为超浅埋暗挖大跨度平顶直墙隧道，隧道位于济南市历下区泉城广场南侧，泺文路北侧，下穿泺源大街，隧道宽23.5米，高4米，主体总长60.7米，整个结构为单层框式钢筋混凝土结构，包括出入口、竖井连接段等结构。

（二）工程难点分析

1、本工程处于泺源大街和泺源路交汇地带，地面车流量、人流量大;

2、隧道覆盖层中，管线错综复杂，有电讯管线、电力管线，混凝土雨污水管线等;

3、隧道属于平顶直墙 结构，且属超浅埋（覆土6m）大跨度（开挖宽度25.2米）暗挖，覆跨比仅为0.24，结构受力非常复杂，难以保证地面行人、行车及地下管线的安全;

4、本地段首地理位置限制，地表不允许交通疏解、地表降水及管线悬吊等地表加固措施。

二、开挖施工过程

（一）开挖施工思路

隧道共计6个洞室，施工顺序为1、3、5#洞开挖，进行1、3、5#洞室衬砌施工，进行2、4、6#洞室的开挖支护、衬砌施工。

1、3、5#洞开挖顺序为，在管棚、超前小导管超前预注浆加固地层施工完毕后，先开挖上导洞，开挖进尺为50cm，及时进行初期支护，至上导洞开挖5米后进行下导洞的开挖初衬。上下导洞错开长度保持在5-6m左右，开挖后及时进行封闭。

上下台阶采用环形开挖预留核心土法，在保证掌子面稳定的前提下，尽可能为后续施工土工场地和便利。上下台阶错开不小于3米，相邻洞室控制在10m左右。开挖完成后及时完成钢拱架等支撑支护。

（二）开挖施工步骤

首先沿结构开挖外轮廓线直墙和平顶位置打设108超前大管棚，注浆后作为地下空间的整体支护。开挖断面根据结构尺寸，一般宽度在24-30米，高度在4-6米时，可分为6个导洞，每个导洞开挖宽度在4-5米，较适合二柱三跨的结构，每个导洞分上下台阶两步开挖，共计六导洞十二步开挖。相邻导洞跳跃开挖，前后错开，先施工1、3、5号导洞，后施工2、4、6导洞。这样将大断面化整为零，减少了掌子面暴露面积，后施工2、4、6导洞，如三块核心土稳定了地面荷载。待1、3、5号导洞闭合成环后沉降稳定后，再开挖2、4、6导洞，相对沉降较少，开挖更加快捷。每个导洞采用微台阶开挖，强支护，速闭合。采用型钢拱架和临时型钢支撑以及喷锚支护体系，使初期支护体系和超前大管棚体系形成整体支护体系。

为保护地下管线实施，放置砂层坍塌及保证施工安全，横通道施工前先对围岩采取超前预支护等辅助措施，在隧道的拱部及边墙采用超前大管棚及小导管注浆，对松散围岩进行加固，从而在土层内形成一个梁和壳效应，以改善围岩的强度。

施工过程中超前支护注意以下三点：

1、大管棚施工

在豎井施工到横通道上台阶顶部标高时，架立三榀并列横向型钢拱架并喷砼继续施工竖井，待竖井施工至横通道管棚钻机平台标高位置时停止施工，架立管棚钻机及管棚导向墙。在横通道开挖轮廓线以上35cm处，按设计放样。采用钻机水平跟管钻进施作Φ108大管棚，管棚环向间距为35cm，外插角0.3°，单节长4m。

2、超前小导管施工

采用?42x3.25小导管超前注浆，L=3.0m，水平间距@350。超前小导管布设过程中考虑到开挖次序，根据实际施工情况合理布置。

3、超前注浆

管棚内注浆采用水泥单液浆，水灰比为0.8 ：l～1：1 ，注浆压力为0.3Mpa--0.5Mpa。管棚施工完毕后在开挖轮廓线与管棚之间用高压风镐打入Φ42@35cm，L=3.5 m的超前小导管，并注压水泥--水玻璃双液浆，注浆压力为0.5Mpa--1.5Mpa。

上下台阶采用环形开挖预留核心土法，在保证掌子面稳定的前提下，尽可能为后续施工土工场地和便利。上下台阶错开不小于3米，相邻洞室控制在10m左右。

三、现场安全措施

（一）大跨度隧道工程施工工艺复杂，必须建立并健全安全管理制度，确保安全技术交底制度、班前检查制度、周一安全活动制度、定期检查与隐患整改制度、管理人员实行年审制度、持证上岗制度、安全培训制度及安全教育制度等得到贯彻落实。

（二）建立并完善应急预案体系，针对现场可能发生情况定制完善可行的应急预案，确保突发情况下能有效降低人员安全施工，减少财产损失。

（三）建立应急物品仓库，应急设施及时检查更新。

四、施工质量控制

（一）相关施工人员严格执行国家、交通部及本公司现行的质量责任制管理规定、制度，贯彻执行谁管生产谁负责质量，谁管技术谁监督质量，谁操作，谁把好质量关的原则，责任落实到人，确保高难度工程的每个细节都有人定，每一个步骤都控制严。

（二）严格把控原材料质量关，从源头控制施工质量。

（三）施工过程中加强监控量测，及时收集处理数据，根据数据回馈情况，及时调整施工工艺和施工方法。

五、结语

（一）施工开挖安全全风险降低

本技术所采用的将大跨径隧道分为六导洞的施工方法，可以缩小单次开挖跨境，增加施工安全系数。该方法在富水及地质不良情况下效果尤其突出。同时配合主体施工前的超前支护措施、施工过程中 “管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的施工方针以及主体完成后完善的监控量测体系，可以高效且系统的将施工过程中的安全风险降到最低。

（二）降低了经济成本提高了工作效率

相较于传统的大开挖方式，在满足安全的前提下，可以有效的减少辅助性措施的经济支出，节约成本。同时，六导洞十二步隧道开挖技术在有效控制人力、物力的情况下，形成有序流水，能使各个步骤衔接流畅，减少不必要的窝工和交叉作业，有效提高工作效率。