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粉砂岩地层双联拱暗挖地铁隧道三导洞机械开挖施工技术

范文

鲁晓明沈红良林映汤宇童昌

摘要：以长沙地铁五号线毛竹塘站存车线暗挖隧道开挖施工为例，本文简要介绍了三导洞机械开挖在中风化泥质粉砂岩双联拱暗挖地铁隧道施工中的实际应用，总结了市政轨道交通工程双联拱暗挖隧道机械开挖施工的控制要点及风险应对措施，这对以后类似工程施工具有一定的参考借鉴意义。

关键词：粉砂岩;双联拱;暗挖;地铁隧道;三导洞;机械开挖

中图分类号：U231.3;U455.4文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2020）02-0101-03

Abstract： Taking the excavation of the underground tunnel of Maozhutang Station of Changsha Subway Line 5 as an example， this paper briefly introduced the practical application of the three guide tunnel mechanical excavation in the construction of a double-arch underground tunnel with moderate weathered muddy siltstone， summarized the control points and risk countermeasures for the mechanical excavation of double-arch underground tunnels in municipal rail transit projects， which had certain reference significance for similar construction in the future.

Keywords： siltstone;double arch;concealed excavation;subway tunnel;three guide tunnels;mechanical excavation

毛竹塘站存车线暗挖隧道为长沙地铁5号线1期工程南端第一个站存车线暗挖区间。区间位于时代阳光大道与万家丽路交叉口南侧，沿万家丽南路铺设，采取矿山法施工，风井、盾构井采取明挖法施工，暗挖隧道从存车线风井北端开始掘进，长度约为225.27 m。存车线纵断面为2‰的人字坡形式，断面形式设计为双联拱，断面宽度达到23 m。毛竹塘站存车线与远期四线并行，主要穿行于中风化泥质粉砂岩，线路轨面埋深为13～15 m，其上部为市政主要干道万家丽路，交通流量大，且地处繁华市区，严禁采用传统爆破开挖施工方法。

1 工程重难点及风险

暗挖隧道上方为万家丽路，交通流量大，无法中断交通，如何控制好地面沉降，保证地面交通通行的安全与洞内开挖施工的安全是本工程的重点。隧道下穿较多市政管线，其中主要有DN400自来水管、DN800排水管、De200燃气管、军用光缆（3×2+1×2）孔、电力3×2孔等高风险控制性管线。如何做好管线的保护是本工程的难点。

隧道东北侧为一高边坡，坡顶与坡脚高差约为22 m，距离隧道结构边线约为10 m，对隧道产生偏压。在施工过程中，受边坡坡脚扰动的影响，高边坡有发生变形破坏的风险。如何保证施工过程中的边坡稳定性，是本工程的难点。隧道断面跨度较大（22.6 m），埋深较浅（局部13 m），主要位于中风化泥质粉砂岩层，初支结构存在较大的变形、失稳风险。

2 总体施工方案

暗挖隧道从存车线竖井北端掘进，采用人工配合炮机及风镐进行开挖;装载机装碴，桁吊吊碴，自卸汽车运碴;中隔墙采用厂制定型穿销式组合钢模板，混凝土一次性浇筑;隧道主洞二次衬砌采用9 m自行式液压钢模衬砌台车立模，混凝土采用商品砼，砼运输车运送，混凝土输送泵泵送入模，边拱墙全断面衬砌。

3 施工方法

中导洞超前施工流程如下：左右两侧导洞同步施工，较中导洞滞后50～70 m;侧中洞待中导洞贯通，区段内的中隔墙混凝土强度达到设计要求后方可同步施工;在主洞开挖、初期支护和仰拱施工完成后，用整体式衬砌台车进行全断面二次衬砌[1]。三导洞断面示意图如图1所示。

3.1 第一阶段

围岩开挖、支护顺序如下：先期进行中导洞初支施工，待中导洞掘进50 m以上，同时进行两侧侧洞施工。中导洞施工步骤如图2所示，侧导洞施工步骤如图3、图4所示。

中洞Ⅰ第一步为：开展中洞拱部超前小导管施工，预注浆加固地层;开挖拱部土体1，上台阶高度约为6.5 m;依靠简易台架进行初期支护。

中洞Ⅰ第二步为：1部洞室超前2部洞室3～5 m后，采用台阶法开挖2部土体，并浇筑中洞边墙，使底部初期支护封闭成环。

侧洞Ⅱ第一步为：开展侧边洞拱部超前小导管施工，预注浆加固地层;开挖拱部土体1，上台阶高度约为6.8 m;依靠简易台架进行初期支护。

侧洞Ⅱ第二步为：1部洞室超前2部洞室3～5 m后，采用台阶法开挖2部土体，并浇筑侧边洞边墙，使底部初期支护封闭成环。

3.2 第二阶段

围岩开挖、支护顺序如下：继续进行剩余侧洞初支施工，第二阶段浇筑中隔墙，待中隔墙达到100%强度后，同时进行两侧中洞施工。中隔墙施工与侧中洞上台阶开挖示意图如图5所示。

侧中洞Ⅳ第一步为：浇筑中隔墙，并施作侧中洞拱部双层超前小导管，预注浆加固地层开挖拱部土体1，上台阶高度约为7.0 m;依靠简易台架进行初期支护。

侧中洞Ⅳ第二步为：1部洞室超前2部洞室3～5 m后，采用臺阶法开挖2部土体，并浇筑边墙，使底部初期支护封闭成环。侧中洞施工步骤如图6所示。

3.3 第三阶段

对于二衬结构Ⅴ来说，利用两台二衬台车，同步对称浇筑左右线隧道二次衬砌结构，并让后浇筑的二衬结构与之前浇筑完成的中隔墙连成整体，形成双联拱结构。

4 施工控制要点

4.1 支护

4.1.1 超前支护。超前支护措施包括大管棚、小导管等，超前支护时要进行注浆作业，确保开挖期间隧道顶部岩体不发生松脱变形[2]。

4.1.2 初期支护。开挖完成后，马上进行初期支护，以限制岩体松脱变形。对于地质不稳定断层或涌水地带，需要通过调整小导管间距和长度、增加连接筋、增加锁脚锚管数量、增加喷射混凝土厚度、增加临时支撑等措施进行加强，同时加强监控量测[3]。

4.2 开挖

一是以隧道开挖炮机为主，人工+风镐配合，开挖进尺每循环1.5 m/3榀，采用装载机装碴，自卸汽车运碴。二是采用微台阶法施工，上台阶超前下台阶3～5 m，下部台阶先不出碴，用挖掘机将上台阶炮碴挖至下台阶，积累一定量后再出碴，节省开挖循环时间，加快开挖进度。采用激光断面仪对开挖断面进行检测，对欠挖部位立即采用风镐处理，对超挖部位采用C25素喷早强混凝土分层回填，确保超挖处密实无空洞。

4.3 中隔墙施工

中导洞贯通后，进行中隔墙模筑混凝土施工，分段长度为9m。中隔墙采用厂制定型穿销式组合钢模板，模板预留浇筑口，混凝土一次性浇筑。预埋的连接钢筋严格按要求施作，在中隔墙底部预留仰拱钢筋接驳器，顶部预留拱部钢筋接驳器[4]。

4.4 临时支护拆除

三导洞法各部开挖支护完毕后，初期支护封闭成环，初期支护体系可以承受围岩的全部应力，观测隧道封闭成环后隧道初期支护体系的变形情况，确定变形情况在正常范围内时，方可进行竖向临时支撑及横向临时仰拱钢架的拆除。

4.5 仰拱施工

主洞初期支护全部完成后，经量测，洞室处于稳定状态，此时二次衬砌及时跟进。为尽快使初期支护封闭成环，首先安排仰拱施工。仰拱施工阶段，联拱隧道处于最不利的受力状态，为防止侧墙受力过大而引起拱圈破坏，仰拱施工要求左、右洞对称进行，施工长度为9 m一段。

4.6 主洞二衬施工

在隧道初期支护形成稳定的闭合环后，立即进行二次衬砌施工。二次衬砌由洞外（进口）逐步向洞内（左、右洞对称）向大里程浇筑，尽量减少中隔墙顶的再一次受力体系变化对中隔墙顶水平推力的影响。二次衬砌采用整体式衬砌台车对称浇筑。

首先认真清理初期支护表面，割除砼表面露头的钢筋、铁丝，凿除砼凸起部分;洞口首段衬砌必须左、右洞对称同时浇筑，防止水平推力过大破坏中隔墙的稳定，浇筑过程中，在中隔墙侧台车与墙体间设置若干木楔，同时通过木楔松紧情况检查、判断台车对墙体产生的水平推力情况，用以控制浇筑速度;当二衬砼浇筑到中隔墙顶面对应标高位置时，二衬拱圈左、右部分应对称交替进行砼浇筑，防止拱圈模板因不均匀受力而发生偏压变形。

5 结语

中风化泥质粉砂岩双联拱暗挖隧道施工采用三导洞机械冷开挖法，在施工时序上，中导洞首先贯通，以便掌握隧道的实际围岩地质情况，为左右两侧导洞开挖施工提供依据。三导洞机械开挖有效解决了软弱岩层大断面浅埋隧道开挖施工过程中存在的安全问题，三导洞开挖断面分区比较多，初期支护全断面闭合成环的时间比较长，但每个导洞都在开挖后立即封闭成环，将开挖施工断面化大为小，尽量减少对围岩的扰动，充分利用和保护围岩的自承能力，提高隧道结构的整体安全度，有效控制了围岩出现较大变形与失稳的风险。三导洞机械开挖施工在各个工作面展开后，各导洞均可以独立进行开挖与支护施工，导洞之间的施工干扰少，同时减少了临时支护拆除的数量，既保证了施工质量和施工进度，又控制了施工安全风险。

参考文献：

[1]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.城市轨道交通工程监测技术规范：GB 50911—2013[S].北京：中国建筑工业出版社，2013.

[2]住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.城市轨道交通地下工程建设风险管理规范：GB 50652—2011[S].北京：中國建筑工业出版社，2011.

[3]住房和城乡建设部，国家市场监督管理总局.地下铁道工程施工及验收规范：GB/T 50299—2018[S].北京：中国建筑工业出版社，2018.

[4]王暖堂，陈瑞阳，谢菁.城市地铁复杂洞群浅埋暗挖法施工技术[J].岩土力学，2002（2）：208-212.

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