膨胀土地区浅埋暗挖隧道初期开挖及支护施工工法中铁九局第四工程有限公司二〇一一年三月膨胀土地区浅埋暗挖隧道初期开挖及支护施工工法中铁九局第四工程有限公司李敬余、阎晓东、李景旺、张超英１前言隧道浅埋暗挖法施工作为城市地铁工程施工中经常运用的一种施工方法，地铁在这方面已有多个成功先例，施工技术也日趋成熟，鉴于每项隧道工程都有自身的特点，仅借鉴以往施工经验组织施工难以满足当前施工发展要求，本工法详细阐述了跨三环暗挖隧道的施工，经过项目认真组织、反复验算、努力研究实践总结出一套实用的施工工艺，便于对日后的类似工程起到借鉴帮助作用。

２工法特点2.1采用CRD法组织施工，减小路面上的动荷载对暗挖隧道的施工影响；2.2隧道拱部采用大管棚配合超前注浆小导管形成最外围整体支护体系；2.3全过程监控量测信息化指导施工，使施工全过程均处于可控状态；2.4采用四步开挖法组织施工，工序简单，容易推广，特殊施工机械需用量小；2.5 通过分部开挖，合理组织施工班组循环作业，节约工期，节省施工费用投入。

3 适用范围本工法适用于城市地铁隧道工程以及具有微膨胀地质的施工地区隧道施工；适用于大断面隧道和需要严格控制洞身变形和地表沉降的类似地下工程；同时该工法特别适用于地表有动荷载或有振动源影响的地区施工。

4 工艺原理本隧道采取的CRD法又称为交叉中隔壁施工法，即在隧道断面中部设置中隔墙和横撑，从而将整个隧道断面分成多个小断面（见图4-1），减小开挖跨度和开挖高度，同时，各个开挖断面间相互错开掘进，尽量降低对围岩的扰动，同时开挖施工中通过超前注浆小导管、网喷砼使其同管棚形成整体支护体系，临时仰拱、拱顶及洞身部分采取分段成环及时封闭的原则，使开挖断面环环相扣，形成全断面初期支护封闭结构。

图4-1部分完成的初支开挖隧道5 暗挖隧道初期开挖及支护施工工艺流程及主要操作要点5.1暗挖隧道初期开挖及支护流程图施工准备超前大管棚、井点降水施工Ⅰ部土方开挖(0.5-1m)支立型钢钢架、超前小导管施工挂网喷射混凝土Ⅱ部开挖支护施工5m支立型钢钢架、超前小导管施工挂网喷射混凝土支立型钢钢架、超前小导管施工挂网喷射混凝土Ⅱ部土方开挖(0.5-1m)Ⅲ部土方开挖(0.5-1m)Ⅲ部开挖5m 支立型钢钢架、超前小导管施工挂网喷射混凝土Ⅳ部土方开挖(0.5-1m)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部贯通Ⅰ部开挖支护施工5m循环循环循环循环监控量测5.2 暗挖隧道初期开挖及支护施工主要操作要点5.2.1 降水施工根据当地地质水文资料以及本工程的施工特殊要求，经详细验算本次施工共需设置10口降水井，降水井布置如图5.2.1-1所示暗挖隧道地面降水井点布置图图5.2.1-1 降水井平面布置图5.2.2超前大管棚施工本暗挖隧道与两侧明挖基坑相接，围岩自稳能力差，在明挖主体结构施工完毕进入暗挖隧道施工前，在隧道拱部120°范围内设φ108mm 大管棚超前支护。

长管棚砼导墙长管棚正面图5.2.2-1 大管棚施工位置布置示意图5.2.3超前小导管施工隧道施工地段为膨胀土地区，该地质遇水后易发生微膨胀，土体容易失稳，随着隧道开挖施工的进行，通过在拱部150°范围内设置小导管并注浆使其在开挖工作面以外形成厚度为0.5～1.0m的加固圈，从而保证开挖工作面的稳定，控制地表沉降，防止工作面坍塌。

5.3 暗挖隧道开挖施工施工步序：开挖Ⅰ部并支护→滞后于Ⅰ部5～7m开挖Ⅱ部并支护→滞后于Ⅱ部5～7m开挖Ⅲ部并支护→滞后于Ⅲ部5～7 m后开挖Ⅳ部并支护。

以上步序完成后，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ部开挖支护作业平行进行。

隧道开挖采用人工，小型运输机械配合运土。

如图5.3-1所示，隧道分4个洞室进行开挖，上洞室分台阶法开挖，预留核心土，台阶长度2～3m。

左右相应洞室错开10m的距离，同侧上下台阶距离5～7m；开挖循环进尺为0.6m；开挖下部两个洞室的开挖采用全断面开挖。

开挖时上台阶预留核心土，以不影响安装钢架、喷射砼等工序为宜，宽度约在1.0m 左右。

核心土长度0.5m左右，坡度1：0.5左右。

下台阶土体留1：0.5左右坡度，掏槽开挖，支护该处侧墙，随后开挖剩余土体，支护成环。

图5.3-1暗挖隧道施工工序图5.3.1土方开挖施工步骤5.3.2施工排水：暗挖隧道Ⅲ、Ⅳ部开挖时在在隧道仰拱两侧挖出300(宽)*300(深)mm的排水沟，排水沟纵向坡度为3‰；在隧道主洞内每20m设置一个1500×1500×1000mm集水坑洞门处设置两个2000×2000×1500mm的集水坑，用40m扬程水泵将水抽到沉淀池内，经沉淀后排入市政雨水排水系统。

5.3.3 施工通风：为了保证操作工人的作业环境，在每个工作面设置轴流风机进行送排风。

5.4 型钢钢架制安及网喷砼施工5.4.1型钢钢架制安施工型钢钢架在1∶1样台上加工制作，初支环向钢架按照下图所示的分成10个单元采用冷弯分段制作（见图5.4.1-1），试拼装成功后再拆卸运至现场安装，钢架制作沿隧道周边轮廓误差小于3cm 。

型钢钢架利用锁脚锚杆和定位系筋定位，定位系筋采用φ22钢筋，每根长2m ，共设7处，每处2根；钢架内、外侧有不小于4cm 的喷射砼，将钢架置于原状土体上，在软弱地段，采用拱脚下垫钢板的方法。

钢架与封闭砼之间紧贴，在安设过程中，当钢架和喷层之间有较大间隙时应设骑马垫块，垫块按每单元3处计。

中隔壁的施工紧随每部的开挖工作进行。

每部开挖后，及时施做连接钢筋及喷射砼，及时进行顶部中隔壁钢架的接长，中隔壁采用I22a 工字钢与主体钢架用螺栓连接，钢筋网片采用双层φ8间距150×150mm ，喷射砼采用C25,S 6早强砼，喷射厚度350mm 。

中隔壁底部及时与仰拱连接。

I 22a工字钢拱架接头A接头A接头A接头A接头C接头A接头A接头A图5.4.1-1 型钢拱架制作安装示意图5.4.2挂网喷射砼施工站台隧道初支喷射砼为350mm厚C25，S6早强砼；采用湿喷工艺进行初支的喷射砼，湿喷砼具有粉尘少、回弹少，等优点。

5.5 施工监测5.5.1施工监测的标准隧道监控量测控制标准如表5.5.1-1所示：监测控制标准表表5.5.1-1隧道监控量测测点布置及监测频率如表5.5.1-2所示：测点布置及监测频率表表5.5.1-25.5.2监控量测的主要项目1.地表沉降监测暗挖隧道开挖后，地层中的应力扰动区延伸至地表，使地表产生沉降。

尤其是对于城市地下工程，必须对地表沉降情况进行严格的监测和控制。

沿暗挖隧道轴线按10m间距布设地表沉降断面，每个主断面9个测点，测点间距2.5～4m。

监测断面及监测点的布置见图5.5.2-1所示。

地表沉降观测点拱顶下沉水平收敛水平支撑应力测试图5.5.2-3拱顶下沉量测原理图图5.5.2-1地表沉降监测点布置断面图2.暗挖隧道拱顶下沉 1）监测点布置拱顶下沉的监测点布置见图5.5.2-2拱顶下沉、水平收敛以及水平支撑监测点布置示意图所示。

图5.5.2-2拱顶下沉及水平收敛监测点布置图2）拱顶下沉量测方法在量测断面的拱顶埋设测点，用精密水准仪进行观测，通过详细计算求出连续两次量测的拱顶高程，将前后两次量测的数据相减得拱顶下沉值。

从而可以得出累计沉降、单次沉降等曲线，并可对其进行拟合，进而可以对其最终沉降做出预测，来指导施工，拱顶下沉的量测原理如右图5.5.2-3 。

3.暗挖隧道水平收敛收敛监测采用数显式SWJ-IV收敛计进行量测，测量时将收敛计一端连接挂钩与测点锚栓上不锈钢环（钩）相连，展开钢尺使挂钩与另一测点的锚栓相连，在弹簧拉力作用下钢尺固紧，高精度的百分表测出细调值。

在实施中，隧道开挖后及时埋置监测挂钩，测量初始值，然后根据施工进程监测收敛值，直到稳定为止。

将量测结果进行分析，可得出累计洞周净空收敛与时间的关系曲线，对曲线进行拟合分析，对隧道的变形进行预测，从而达到指导施工的目的。

6 暗挖隧道施工投入主要设备、人力、仪器配备6.1 设备投入6.2 人力投入6.3监测仪器设备投入7 质量控制措施7.1 现场施工质量控制措施7.1.1本工法的实施严格执行《地下铁道工程施工及验收规范》、《铁路隧道施工规范》、《铁路隧道喷锚构筑法技术规范》，做到规范操作。

同时，建立完善的质量保证体系，配备高素质的项目管理和质量管理人员，强化“项目管理，以人为本”对隧道初期支护分部工程进行统一管理，并随时受到业主，监理的监督管理，确保施工工程质量。

7.1.2隧道喷射混凝土的设计强度和厚度必须保证，钢架要安装垂直，连接牢固，每次安装钢架拱脚处采用锁脚锚杆加固。

7.1.3钢筋网片及钢架施工具体质量要求：1. 钢筋网片加工允许偏差为：钢筋间距±10㎜；钢筋搭接长度±15㎜；并与钢架或锚杆连接牢固。

钢筋网间应搭接牢固，且搭接长度不应小于200㎜。

2．型钢钢架安装应符合下列规定：1）型钢钢架应垂直线路中线，允许偏差为：横向＋30㎜，纵向±50㎜，高程＋30㎜，垂直度5‰；2）钢架与壁面应楔紧，每片钢架格栅节点及相邻格栅纵向必须分别连接牢固，与纵向连接钢筋应焊接可靠；7.1.7锚杆施工要求：1.锚杆孔位允许偏差：孔位±150㎜，孔深±150㎜；2.锚杆杆体应除锈、除油，锚杆外露长度不大于100㎜。

7.2 喷射砼质量控制措施影响隧道施工喷射砼质量的主要因素有：拌制砼原材料的质量，砼配合比，砼拌合运输、喷射工艺、施工环境等，项目部在组织措施上、施工技术管理上及原材料使用上给予充分的保证，确保达到设计要求。

喷射混凝土应密实、平整、无裂缝、脱落、漏喷、漏筋、空鼓、渗漏水等现象。

平整度允许偏差为30㎜，且矢弦比不应大于1/6。

7.3暗挖隧道施工监测质量控制措施7.3.1本次施工监测主要分为应力监测与变形监测，监测的主要项目有：地表沉降监测、隧道周边水平收敛监测、拱顶下沉监测、地表沉降监测、围岩内部位移监测、模筑衬砌钢筋应力、围岩压力及层间支护压力监测、钢架内力监测等。

7.3.2严格按照设计要求项目、频率相关规范在施工过程中跟踪监测，组织强有力的监测组，派选业务水平高、责任心强、工作认真负责的人员担任监测组长。

监测组的其它管理人员、操作人员具有相应的管理水平和技术操作能力。

8 安全控制措施8.1现场管理安全控制措施8.1.1坚决贯彻“安全第一,预防为主”的方针，隧道施工严格遵守国家相关的法律法规。

8.1.2隧道开挖作业时必须戴安全帽，随时注意周围土体变化，如发现有异常情况，及时撤离并采取相应措施，同时上报上级部门。

8.1.3隧道施工现场除设置安全宣传标语牌外，危险地段必须悬挂按照GB2893—82《安全色》和GB2894—82《安全标志》规定的标牌，主要作业场所和安全疏散通道设立24小时的36伏安全照明，夜间有人经过的坑洞等设红灯示警。