地铁富水砂层大断面隧道施工技术
摘 要 介绍了沈阳地铁一号线保 ～ 铁区间大断面隧道的施工方法，通过技术论证和采用了一系列技术措施，保证了开挖安全，在取得了良好经济效益的同时，保证了工程质量。
关键词 富水砂层 大断面隧道 施工技术
1 工程概况
沈阳地铁一号线保 ～ 铁区间全长 1 247 双线米，采用复合式衬砌结构，结构断面形式多，有渡线、停车线及与五号线相接的联络线。标准断面跨度为6． 32 m，渡线处单洞断面跨度达 14． 24 m，三连拱断面跨度为 22． 17 m。涉及到的施工工法有短台阶法、交叉中隔壁法、双侧壁导坑法及侧洞法。其中大断面施工长度 450 m。
本区间地下水丰富，地质以砂层为主。区间结构基本处于中粗砂层中。地下水位为地面下 7． 5 m处。周围环境复杂，地下管线有污水、上水、电力电缆、通信光缆及燃气管道，地铁线路沿线为交通相当繁忙的建设中路，道路两侧为多层及高层建筑群，线路距最近建筑物 5 m。
2 区间特点
( 1) 区间大断面长度为 450 m，占区间长度的20% ，为区间施工的重点。
( 2) 隧道拱部均处于中粗砂层中，局部地区拱顶下部较近处有一层 3 ～ 4 m 厚的粉细黏土层，土层起伏分布，含有大量的残留水，隧道开挖时易塌方。
( 3) 地表污水管线及 2 根Ф1． 2 m 新建排水管线渗漏水，对隧道开挖施工安全存在很大隐患。
( 4) 隧道结构断面尺寸大: 宽14．24 m、高11.078 m，采用双侧壁导坑法施工。区间线路设渡线、停车线及联络线，隧道断面变换频繁，跨度大。
3 现状调查
( 1) 由于隧道拱部均处于中粗砂层中、局部有大量的残留水; 地表污水管和新建排水管有渗漏水; 隧道周围环境复杂，道路两侧为多层及高层建筑群，线路距最近建筑 5 m。施工初期注浆效果不理想，掌子面偶尔会出现掉落砂土的现象，存在安全隐患。急需改进注浆工艺，加强超前注浆加固的效果，保证开挖安全。
( 2) 区间隧道断面变换频繁，跨度大。大断面单洞最大跨度 14． 24 m。三联拱跨度 22． 17 m。大断面开挖施工方法有交叉中隔壁法、双侧壁导洞法、三联拱的侧洞法。施工初期根据监控量测数据发现地表沉降数据起伏较大并且接近预警值，为确保大断面开挖安全和质量受控，需要确定合理的大断面开挖施工方法以及技术控制指标。
4 制定对策及措施
( 1) 优化导管参数
根据导管打设角度、搭接长度、管尾预留长度计算导管长度。导管打设角度根据格栅的步距及初支厚度计算，现场制作角板尺量测。孔眼大小、孔眼间距及布置形式满足注浆量及压力要求。
( 2) 优化固砂剂配合比
根据砂层地质情况，选用 3∶ 1、4∶ 1、5∶ 1、6∶ 1的配合比进行试验，选用满足施工的最优配合比。
( 3) 根据本标段的地质情况确定注浆量
改进注浆机械，根据地层情况以 9 根小导管分批试验，确定每根小导管的注浆次数及注浆量。
( 4) 编制指导书及加强现场监控
①确定各导洞的开挖步序及步距，1 号导洞比 3号导洞步距超前 15 m，1 号导洞比 5 号导洞超前25 m，1 号导洞比 2 号导洞、3 号导洞比 4 号导洞、5号导洞比 6 号导洞超前 4 m。避免群洞效应，减少沉降。
②1 号导洞、3 号导洞、5 号导洞成环及时背后回填注浆，回填注浆减少砂层空隙，保证初支与围岩成为整体共同受力。
③打设超前探测管，探测前方是否有水囊，判断管线是否漏水。加强此部位的注浆，保证掌子面的开挖安全。
④各导洞的格栅按统一步距安装，保证各导洞整体成环时连接部位安装的整体性及强度。
5 对策及措施的实施
5． 1 超前导管的参数选择
( 1) 小导管打设角度确定开挖步距 0． 5 m，钢格栅: 高度 × 宽度 =0． 27 m× 0． 25 m
导管角度 ￠ = actan( 270/500) =28°( 见图 1)
( 2) 小导管长度确定
导管注浆部位预留 0． 1 m，导管加固掌子面前方土体 1 m( 即搭接长度 1 m)。
导管长度 L = 1． 5 × ( 0． 27/sin 28°) /0． 5 + 0． 1= 1． 8 m
5． 2 优化固砂剂配合比
针对砂层为中粗砂和砂子的孔隙率为 0． 2 ～0. 4的地质情况，分4 种配合比制作试件。( 见图2)
实施后，开挖面土体注浆后强度达到 2． 5 MPa，开挖过程中有自稳能力。
5． 3 每根小导管注浆量控制
( 1) 试验取值。根据砂层的孔隙率及地质为中粗砂情况，按试验要求打设 9 根小导管，每三根为 1组。第1 组每根小导管注浆0． 02 m3，第二组每根小导管 注 浆 0． 03 m3，第 三 组 每 根 小 导 管 注 浆0. 04 m3。
( 2) 试验结果。注浆完成 1 个小时后，挖开注浆砂层。第1 组小导管注浆固结半径为 15 ～25 cm，第二组小导管注浆半径为 20 ～ 30 cm，第三组小导管注浆半径为 20 ～30 cm。注浆量选用 0． 03 m3。
( 3) 确定每根小导管的注浆次数。为了保证注浆量及注浆效果，根据现场试验，每根小导管分四次注浆，效果最佳。
( 4) 对大断面开挖的超前注浆加固效果进行动态记录，部分记录结果见表 1
实施后，注浆后固结体半径为 0． 2 ～0． 3 cm，且固结体比较均匀。
5． 4 大断面开挖施工方法控制
5． 4． 1 确定各导洞开挖步序及步距
( 1) 步序: 先开挖①导洞，再开挖②导洞; 开挖③导洞，再开挖④导洞; 开挖⑤导洞，再开挖⑥导洞。
( 2) 步距: ①导洞比③导洞步距超前 15 m，①导洞比⑤导洞超前 25 m，①导洞比②导洞、③导洞比④导洞、⑤导洞比⑥导洞超前 4 m。
( 3) 各导洞步距按此步距可平行同时施工( 见图 3)。
( 4) 大断面开挖动态监控量测记录，部分记录结果见表 2。
、
实施后，大断面各导洞开挖步序及步距控制合理，避免了群洞效应，各导洞及时封闭成环减少沉降和围岩变形。
5． 4． 2 拱顶各导洞及时回填注浆
1 号导洞、3 号导洞、5 号导洞成环及时背后回填注浆，即 1、3、5 各导洞与其下部导洞成环后即可立即注浆。注浆紧跟掌子面，及时回填减少砂层空隙，保证初支与围岩成为整体共同受力。注浆浆液为水泥 － 水玻璃双液浆，通过压力控制注浆量，压力达0． 5 MPa。初支注浆管埋设纵向间距3 m，每导洞 2 根，长度为 0． 5 m，深入砂层 5 cm( 见图 4) 。
5． 4． 3 打设超前探测管
打设超前探测管，探测前方是否有水囊，判断管线是否漏水。
超前探测管前部 50 cm 打孔，孔距为 3 cm，孔眼尺寸为 3 mm。采用Ф50 钢管，长度为 6 m。
探测到水囊的处理措施
( 1) 加强隧道此部位的注浆和检查，注浆浆液为双液浆，保证掌子面的开挖安全。
( 2) 对隧道此部位上方对应的管线采用二重管双液注浆法在地面注浆及地面检查井导水的配套措施保证掌子面无水作业。
实施后，施工方法和措施合理，保证了大断面施工质量和开挖安全。
6 结束语
在本区间暗挖富水砂层大断面开挖施工中，实现了超前加固注浆效果和大断面开挖沉降的控制，成功地探索出了适合本工程地质情况的大断面开挖的施工方法、导管参数、注浆加固的配合比、单根导管注浆量、相配套的注浆设备，效果显著，保证了在暗挖大断面开挖施工过程中的施工质量和施工安全。
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