富水砂层大断面暗挖隧道施工技术

富水砂层大断面暗挖隧道施工技术

1张锐 2张磊 3陈鑫

1 北京住总集团有限责任公司轨道交通市政工程总承包部 100020

2东方慧博人力资源有限公司 100020

摘要：浅埋暗挖法在地铁隧道工程施工中应用，工作人员需要根据其实际概况，全面检查工程现场的地质条件、水文条件、周边环境信息，明确工程施工要求，获取精准的隧道暗挖支护参数，形成完善工程施工规划。考虑到城市市政道路路网的总体布局，下穿市政道路段的隧道多为浅埋暗挖隧道，隧道施工过程中不可避免地会引起地表沉降，从而对既有道路造成不利影响。因此，分析施工过程中隧道自身安全，探寻地表沉降规律，研究有效的施工时序及方案[2-3]是保证隧道施工及既有道路正常运营的必要手段。

关键词：富水砂层；暗挖隧道；施工技术

引言

对于施工环境复杂的暗挖隧道工程，科学合理掌握施工地层演化过程是安全施工的前提。对于施工环境复杂的暗挖隧道工程，科学合理掌握施工地层演化过程是安全施工的前提。

1、工程概况

某庚城存在高层写字楼、民用住宅和企事业单位等建筑，本区间管线较为复杂密集，其中隧道横跨海拉尔大街时，距离大桥桥墩和涵洞距离你别仅为 3.15m 和 1.44m。暗挖隧道断面选用马蹄形断面，高度和跨度分别为 6.60m 和 6.55m。采用四导洞断面 CRD 法，暗挖段覆土为 4.56 ～ 6.05m，暗挖区间总长为 1125.32m。钻探揭露的场地地下水属潜水类型，钻孔内量测的稳定水位埋深7.4～8.5m，相应标高1053.26～1054.18m，高差 0.92m，水位年变幅 1.5 ～ 3.0m。本场地各含水层多为强透水层，下部的隔水层多不连续且不完整，地下水相互渗透。

2、浅埋暗挖技术原理

隧道采用浅埋施工技术时，节理基岩的自然应力以相对平衡的方式重新分布，不影响隧道两侧墙。变形和围岩受稳定性保护。一般情况下，地表沉降受以下因素影响：(1)在实际开挖过程中，土体中会产生恒定的拉力，引起地表移动。（2）当建造者敲响封闭的支撑结构时，问题会使地面沉到更高，从而形成整体支撑结构。（3）支撑架变形是由建造者在拆下中央隔板时引起的。浅埋葬和隐蔽钻探技术基于新奥地利方法的构造原理，引入了信息设计方案和构造技术，可在构造的关键阶段实现实时测量和控制要求。在城市的工程隧道建设中，实际使用的是挖浅土的技术。主载荷同时由原始支座和复合衬砌结构承受，辅助衬砌结构用作安全储备，并施加特殊的加载力。从最初的支持和辅助衬砌结构。衬里的二级结构是分开的。另外，在浅埋葬和基坑开挖技术的实践和应用中，采用了各种辅助施工方法和先进的辅助技术来加强围岩结构的加固，为围岩结构本身提供足够的承载力。结合施工现场的实际情况。充分利用各种土木工程技术，与现有的周围石材结构合作，形成完整的下部结构，确保现场的平稳运行和施工期间的安全。如今许多工程实践，例如地下钻探，地下停车场的建设以及地下综合管线，已经在浅埋和埋藏钻探技术中得到了广泛的应用和试验，从而获得了广泛的应用经验。

3、富水砂层大断面暗挖隧道施工分析

3.1、地下水位观测

地下水位观测采用井点管作为观测井。抽水开始时，每隔4~6小时观察一次，评价整个降水系统的功能。3d后若降水达到接近预定标高，每日观测1～2次。当水位降到预期标高后，可3日或一周观测一次。每逢降雨时，应加密观测。仰拱端头降水井和已施做好仰拱填充面处的降水井深入基底以下均为1.0m。以洞外与洞内降水试验总结，坚持以洞内降水为主，洞内降水坚持以启动洞口方向的2个降水井为主，启动仰拱端头以外2m处的降水井为辅，以有效降低地下水位，保持仰拱基底开挖面干燥、无水。

3.2、洞口段超前支护

结合本工程隧道洞口40m范围内的级围岩结构，考虑到结构土质较弱，工作人员对洞口进行超前支护作业。在开挖轮廓范围内利用108大管进行超前支护，选择壁厚8mm的热轧无缝钢管沿着隧道拱部开挖轮廓线密实排放。在开挖轮廓线外25m位置布设管件，控制管棚间距参数为40cm；使用小导管注浆方式密实管棚，有效提升隧道洞口拱部的承载力，避免隧道出现围岩变形的情况；在管棚施工环节，工作人员需要关注对关管棚角度、管棚方向。Ⅴ级围岩段超前注浆施工环节，在开挖之前，工作人员在隧道开挖的掌子面内喷施混凝土，沿着隧道方向在围岩内安装带孔小导管，借助小导管向隧道围岩结构中压进注浆液，在注浆液固结之后形成围岩结构为核心的加固圈，为之后的开挖作业提供有效保护。在此过程中，工作人员采用长度4.5m-6m的φ42无缝钢管作为小导管；将小导管的前方做成尖锥形，在导管上交错钻孔，控制孔距约为10cm-20cm，孔径约为6mm-8mm。

3.3、模型建立

数值模拟计算按实际勘察报告将地层分为6层。模型左右在离隧道中心4倍隧道跨度，底部边界距隧道底部宜1.5倍隧道跨度，力学边界条件:模型左右边界限制x方向位移，前后边界限制y方向位移，底部边界限制x、y、z方向位移;流体边界条件:在计算过程中采用各向同性渗流模型，固定边界初始孔压恒定，设置第1层潜水水位以下的土体为饱和状态，初始地下水水面孔压为0，孔压可以自由变化;为实现地下水能从边界流入模型，模拟承压水层对施工隧道的影响，固定承压水层边界孔压;将隧道开挖面及周边节点孔压设置为0，形成透水边界使地下水能够流入隧道。模型土体材料破坏符合Mohr-Coulomb强度准则，根据工程勘察报告，各土层物理力学计算参数。采用Beam单元模拟管棚，初期支护采用实体建模，支护结构采用弹性模型，其中管内注浆混凝土按照等效弹性模量的方法折算给管棚，将格栅钢拱架弹性模量也按该方法进行折算给初期支护喷射混凝土上，支护结构的物理力学计算参数。管棚与小导管注浆区域计算模量、黏聚力、内摩擦角分别提高原来的2.5倍、1.5倍以及1.1倍进行计算。按照现场实际施工方法使用fish语言的编制循环函数。

3.4、模拟与实测数据对比

模拟过程中取最大沉降点数据，绘制模拟点沉降曲线图，实测数据点取DBC10-06，绘制实测数据沉降曲线图。实际工程中复工日期为2018年11月，所取数据为该日期之后。对比分析两图曲线走势基本相同，都有一段急速下降区域，并最终趋于平缓。两图的区别主要表现在实测数据下降趋急与缓之分，甚至部分时间还会有凸起。这主要是由于该段区域穿越断层破碎带，造成部分阶段的急速沉降，并在之后的支护过程中，注浆过量便会造成沉降数据不降反升。这些现象在模拟曲线中不会出现。由图可知模拟过程中的沉降总量约为16mm，而实际测量沉降总量约为33mm，主要原因是断层破碎带造成的过量沉降没有在施工模拟过程中考虑。但两图的曲线走势几乎相同，因此该模拟过程可以作为实际工程中理论分析所用。

结束语

所以施工过程中应加强隧道拱顶部位的回填注浆，掌子面处需要注意大量地下水从隧道拱顶、未注浆位置以及承压水地层涌入隧道的现象发生。这样，浅埋地下建筑在城市隧道施工中的应用范围就很广，实用效果也很理想。该技术本身具有巨大的价值，但也必须严格遵守构造要求和工程参数。

参考文献：

[1]姜平伟.城市地铁富水砂层大断面暗挖隧道施工地层损失体系研究[D].安徽理工大学,2020.

[2]杨旆.考虑水泥浆液析水效应的富水砂层渗透注浆加固效果研究[D].山东大学,2020.

[3]赵颂.WSS注浆在隧道工程施工中应用[J].甘肃科技,2020,36(22):113-114+144.

[4]赵秋华.富水砂层中浅埋偏压大断面暗挖车站隧道方案适应性研究[J].建筑技术,2020,51(11):1365-1367.