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地铁车站超浅埋大跨度暗挖隧道的施工技术研究
李广
【期刊名称】《工程机械与维修》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】简述超浅埋大跨度暗挖隧道开挖工程的施工特点和地铁车站工程概况,阐述了超浅埋大跨度暗挖隧道开挖在施工准备、超前支护、分层开挖等方面的施工技术,通过测量地表沉降值和隧道围岩水平位移值检验暗挖隧道的施工效果,得出本文所述超浅埋大跨度暗挖隧道施工的地表沉降值和隧道围岩水平位移值,均符合相关规范规定的质量要求。
【总页数】3页(P155-157)
【作者】李广
【作者单位】中铁十九局集团轨道交通工程有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U45
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大跨隧道洞口浅埋段工法转换的探索研究摘要：本文以马鞍山、井沟岭两座三车道大跨隧道洞口浅埋段的施工为工程背景，系统地阐述了在超前大管棚预支护下，采用双侧壁导坑法进洞，因相关条件而转换为单侧壁、台阶法等施工的过程。
分析比较双侧壁导坑法、单侧壁导坑法、台阶法优缺点,总结灵活采用台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法成功穿越洞口超浅埋段的成功经验。
结果表明：工程造价略有节省，隧道的施工进度则有较大的提高。
关键词：大跨隧道；浅埋段；超前支护；施工工法；转换；一、工程概况马鞍山、井沟岭两座隧道是青兰高速邯涉段的控制性工程，其中马鞍山隧道全长超过4300m，井沟岭隧道全长超过3000m，均为标准分离式三车道隧道。
隧道建筑限界宽度14m,高度为5m，洞口段（v 级加强）开挖宽度16.81m，开挖高度11.75m。
隧址区地震动反应谱特征周期为0. 35~0. 40s,地震动峰值加速度为0. 10~0. 15g,对应抗震设防烈度为ⅶ度。
二、工程地质条件马鞍山隧道出口段上部为第四系山前冲洪积亚粘土及碎石组成，下部为强风化页岩，洞口围岩稳定性较差，埋设较浅，属于软弱围岩大跨隧道浅埋段。
井沟岭隧道进口洞口段为第四系山前冲洪积亚粘土及碎石组成，亚粘土呈硬塑性～坚硬状，碎石成分为石灰岩，含量60～70%，土质不均，上部具湿陷性。
洞口围岩稳定性差，埋设浅，属于典型的软弱围岩大跨隧道浅埋段。
三、进洞方案大跨浅埋软弱围岩隧道施工，安全进洞犹为重要，稍有不慎可能会造成塌方、冒顶等灾害。
此段施工时迫近冬季寒冷天气,如11月份不能顺利进洞,面临着冬季被迫停工的局面。
根据洞口土石方开挖所暴露出的围岩情况，均采用双侧壁导坑法进洞。
1、超前支护超前支护采用40mφ108大管棚。
热轧无缝钢管外径108mm，内径8mm，采用15cm丝扣连接，管内设钢筋笼。
注浆采用水泥浆+水玻璃双液浆，二者体积之比为1：0.05，水泥浆水灰比1：1，水玻璃浓度：35be，模数为2.4，注浆压力为初压0.5～1mpa，终压为2.0mpa。
第26卷 增1岩石力学与工程学报 V ol.26 Supp.12007年7月 Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering July ，2007收稿日期：2007–04–18；修回日期：2007–05–23基金项目：国家自然科学基金重点项目(50379052)；国家自然科学基金面上项目(50574053)作者简介：李利平(1981–)，男，2006年于山东大学土建与水利学院岩土工程专业获硕士学位，现为博士研究生，主要从事岩体突水机制及现场监测等方面的研究工作。
E-mail ：yuliyangfan@浅埋大跨隧道现场试验研究李利平1，李术才1，张庆松1，刘 涛2(1. 山东大学 岩土与结构工程研究中心，山东 济南 250061； 2. 中铁十三局集团有限责任公司，吉林 长春 130033)摘要：分岔隧道施工时常遇到浅埋大跨段山体稳定、支护参数优选和地表震害控制等技术难题。
结合庙垭分岔隧道，详述其浅埋大跨段支护体系实时监控的内容、方法及监测结果，并基于锚杆应力、衬砌应力、爆破振速等监测数据的系统分析，研究隧道支护体系的施工力学状态及浅埋地表震动的爆破动力特性，判定浅埋山体的稳定性及支护参数选取的合理性，可为日后同类工程的设计、施工和监测提供有益的借鉴。
关键词：隧道工程；分岔隧道；浅埋大跨；支护体系；地表震动；监测中图分类号：U 45 文献标识码：A 文章编号：1000–6915(2007)增1–3565–07IN-SITU TESTING STUDY ON SHALLOW-BURIED LARGE-SPAN TUNNELLI Liping 1，LI Shucai 1，ZHANG Qingsong 1，LIU Tao 2(1. Geotechnical and Structural Engineering Research Institute ，Shandong University ，Jinan ，Shandong 250061，China ；2. China Railway 13th Bureau Group Co .，Ltd .，Changchun ，Jilin 130033，China )Abstract ：According to the forked engineering of Miaoya tunnel along Shanghai —Fuzhou expressway ，the contents ，technique and method of monitoring in shallow-buried large-span section of Miaoya forked tunnel are presented. Based on the measured data inside and outside the tunnel ，such as the bolt axial force ，concrete lining stress ，ground vibration velocity and so on ，the deformation and stress properties of surrounding rocks and supporting system are analyzed in addition to the blasting dynamic characteristics of ground. The in-time information is applied to guide tunnel construction and optimize the supporting system ；and monitoring results are discussed in detail. The presented experience and data can provide references to the design ，construction and research of similar tunnel engineering.Key words ：tunneling engineering ；forked tunnel ；shallow-buried larger-span ；supporting system ；ground vibration ；monitoring1 引 言分岔隧道是在我国西部交通建设中涌现出的新式隧道，具有很广的应用前景，由于隧道进出口常为浅埋大跨段[1～8]，地表岩石风化、石质破碎，隧道内施工通常潜在着局部破碎带、交叉横洞和后续连拱开挖诱发的山体稳定问题；隧道大拱部分如果开挖较长，而洞内洞室群附近围岩破碎、支护强度不够，持续开挖将引起山体坡脚的急剧卸荷，严重时导致山体不稳[9～11]；即便洞内围岩坚硬完整，但洞口浅埋段大断面开挖潜在着地表急剧沉降诱发的连锁反应隐患；此外，大跨度开挖的频繁爆破会导致地表积土松散，尤其是对于洞口埋深极浅的隧道，• 3566 • 岩石力学与工程学报 2007年成洞区地表振速进一部放大[12]，即所谓的“空洞效应”，其已开挖洞身的上覆浅层岩体受爆破地震的危害更大。
一般来说，隧道轴线纵断面稳定取决于山体整体力学状态，而开挖横断面的地表沉降和支护体系状态则反应了浅埋段山体局部的稳定状况，显然现场施工监测至关重要。
因此，初期支护结构的力学状态需及时反馈以期调整设计参数，同时必须严格控制地表爆破振速，降低开挖爆破对地表的冲击危害。
本文针对庙垭分岔隧道浅埋大跨段，重点研究了其支护体系的施工力学状态和地表的爆破地震效应，以验证支护体系在设计上的合理性[13]及减震措施的实施效果，确保浅埋大跨段山体的整体稳定。
2 工程背景庙垭分岔隧道位于恩施州野三关镇支井河西岸，隧道地处构造侵蚀峰丛槽谷中山区(如图1所示)，以岩溶槽谷、峰丛地貌为特征，山体总体走向NNE，其大地构造部位处于新华夏系第三隆起带扬子准地台恩施台褶束单元。
浅埋大跨段围岩以Ⅲ，Ⅳ类为主，多分布微晶灰岩夹薄层页岩，薄～中厚层状，局部夹泥，主要矿物成分为方解石、微晶结构、块状结构。
岩层多为单斜构造，岩层倾角为10°～30°，可爆性较好，岩石节理裂隙发育，岩溶发育形态多为洼地、落水洞及溶洞。
地下水类型以构造裂隙水、岩溶水为主，岩溶发育不均，以垂向型岩溶为主，浅部岩溶裂隙连通性好，深部则随岩溶带的发育部分赋存。
由于岩溶垂直、水平管道发育、导水性强，隧道水文地质条件极为复杂，地面各种岩溶形态可迅速将地面汇水排泄地下，沿岩溶管道向深部区运移，危害隧道施工安全。
图1 山坡地形和结构模块图Fig.1 Slope landform and structure moduli浅埋大跨段长57 m，最大开挖宽度23.9 m，高11.9 m，上覆岩石厚度不均，洞口段边、仰坡表层覆盖土厚度仅为0.5 m。
由于洞口地势险峻，施工场地狭小，为打开洞口桥梁和机械运输通道，采用先行贯通中导坑分步开挖的方法。
隧道上断面采用矩形直眼掏槽的掘进爆破方法，而下断面采用水平孔拉槽爆破，预留核心土则采用松动爆破法最后挖除，以最大限度降低爆破对上断面混凝土衬砌及地表的危害。
洞身开挖按新奥法进行支护设计，进洞前20 m采用长6 m的R32N型自进式锚杆超前支护，全段采用20工字钢，拱架间距100 cm，双层φ8 mm 钢筋网加喷25 cm厚的C20混凝土，长为6 m的φ25 mm预应力锚杆、φ22 mm钢筋径向锚杆长短结合布置，锚杆的尾端与钢拱架连成整体以增强联合支护的效果，必要时对地表注浆加固以稳固松散碎石及表层积土，确保隧道上覆岩石的稳定。
3 监测设计3.1支护体系应力监测隧道支护结构的应力、变形状况是隧道稳定的直接表现[14]。
由于浅埋大跨段施工采用分步开挖方法，后续连拱及右侧横洞的施工加剧了该段支护体系力学状态的复杂性，主要表现在锚杆、钢支撑和衬砌的应力变化上。
因此，在钢拱架内、外侧及衬砌上布置有大量GGBJ型振弦式钢结构应变计和GH型振弦式压力盒(横式弦结构)，通过GSJ–2A 型便携式多功能电脑检测仪将力学性态数字化，量测支护体系随开挖掘进的受力变化。
主要布置在包括锚杆、钢拱架的初期支护及二次衬砌上。
支护体系测点布置如图2所示。
图2 支护体系测点布置图Fig.2 Layout of measuring points of supporting system点1点2点3第26卷 增1 李利平，等. 浅埋大跨隧道现场试验研究 • 3567 •3.2 浅埋地表爆破振动监测现场爆破振动测试选取庙垭分岔隧道浅埋大跨段，最大开挖跨度26 m ，开挖高度13 m ，其中洞口段埋深仅3 m 。
浅埋覆岩比较完整，多分布微晶灰岩夹薄层页岩，薄～中厚层状，局部夹泥。
岩层为单斜构造，岩层倾角为10°～30°，可爆性较好。
地表存在一定厚度的碎石积土，由于成洞区改变了隧道上覆岩石的结构，使得开挖爆破时浅埋地表的振速进一步被放大。
隧道上断面采用矩形直眼掏槽的掘进爆破方法，而下断面则采用水平孔拉槽爆破以降低爆破对上断面混凝土衬砌及地表的危害。
为控制爆破震害，了解浅埋地表的爆破动力特性，以成洞区及掌子面正上方附近振速为监测重点，现场测试以爆破掌子面为交叉中心，在地表沿隧道轴线及其垂直方向布置测点，共布置9个，间距为3 m ，其布置形式如图3所示。
图3 地表振速测点布置图Fig.3 Layout of measuring points on ground surface forvibration velocity4 监测结果分析4.1 围岩接触应力分析在围岩和喷射混凝土之间及初支和二次衬砌之间埋设压力盒以量测支护、衬砌与围岩之间的接触应力。
图4为洞室群附近围岩与混凝土之间接触应力变化曲线。
图4 接触围岩应力变化曲线Fig.4 Variation curves of contact stress of surrounding rock围岩接触压力随施工工序进展而不断调整，洞室群附近的围岩接触压力变化具有普遍性，由于横洞及连拱开挖的分载作用，隧道围岩整体上呈现“卸荷”现象，但时间较短。
随着开挖的深入及拱顶围岩的持续沉降，初支结构开始承载，围岩接触压力大部分时间呈稳步增长趋势。
大约30 d 后，围岩压力变化进入平缓期，但右边墙压力力盒12102应力号测点则急剧上升，最大值达到0.36 MPa ，经横洞口交叉部位初支补强，与横洞边墙封闭为一体后，迅速进入稳定期。
一般而言，虽然岩质较好的浅埋隧道仍具有一定的“承载拱”能力，但由于洞室群的大面积开挖，其自承能力进一步降低，围岩接触应力分布也因多断面开挖而不断调整。
