回填土质暗挖隧道施工技术_暗挖隧道施工技术措施
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回填土质暗挖隧道施工技术
摘要：回填土质地层是暗挖隧道施工中一种较难处理的特殊情况，施工过程中存在较大的风险。本文用某轨道交通工程施工实例针对回填土质暗挖隧道的施工技术进行了分析总结，可供以后类似回填土质隧道工程参考。
关键词：回填土；暗挖隧道；施工技术；施工方法
Abstract:Backfill soil stratum is a special case that is difficult to deal with in the construction of underground tunnel.There is a great risk in the construction proce.This article analyzes and summarizes the construction technology of the backfill soil tunnel by using some rail transit project construction,for zhe following similar backfill soil tunnel engineering reference.Keywords:Backfill soil;Underground tunnel;Construction technology;Construction methods
一、引言
为解决城市发展与土地资源不足的矛盾，缓解城市交通阻塞，修建城市轨道交通日益受到我国重视。由于受环境的限制，轨道交通要在各种复杂的环境下修建大量隧道，隧道不可避免的存在要穿越城市发展过程中形成的回填土质地层。因此，研究回填土地质暗挖隧道施工技术有着重要意义。
二、工程概况
某轨道交通区间隧道全长1450.8m（K0+000~K0+1450.8）,其中区间隧道穿越回填土段及过渡段里程为：右线K0+638.1～K0+906.5（长268.4m），左线K0+637.5～K0+891.8（长254.3m）。隧道为单洞单线隧道，按新奥法原理设计，采用曲墙拱形结构（衬砌结构断面见图1），钻爆法施工，穿越回填土段及过渡段隧道主要围岩等级为Ⅵ级。回填土段素填土为人工填土，该土层广泛分布于沿线地表，主要由城区开发建设回填形成，抛填，堆填时间5～10年，填土厚度最厚达61.70m，大部分未经夯实、碾压处理，主要由砂岩、泥岩块碎石及黏性土组成，骨架颗粒粒径30～500mm，含量约20%～50%，结构松散～稍密，上部一般呈稍湿状，厚度较大地段的底部含地下水，呈湿润状，其厚度变化大，均匀性差，级配差，对钢结构、混凝土结构、钢筋混凝土结构中钢筋具有微腐蚀性。回填土填方区原始地貌为一冲沟，且汇水面积较大，根据以往经验，在雨季或持续的降雨期间地下水位将大幅上升，水量也十分丰富。该隧道施工区域地面较为平整，地面标高为270.3～277.6m，隧道埋深拱顶以上33.1～39.7m，勘察期间地下水位标高高出拱顶3～8m。
图1：衬砌结构断面
三、施工方案
隧道穿越回填土段及过渡段地层在雨季时存在丰富的地下水，开挖前，采用管井法降水，降水井管直径为300mm，将水位降至隧道底标高以下2.0m。采用φ76自进式管棚、φ42小导管进行超前支护，提高围岩自稳能力，开挖采取保留核心土的短台阶法机械开挖施工，左、右线开挖错开30m以上，以避免相互影响。开挖施工遵循“短台阶、软弱地段预留核心土、强支护、早封闭、勤量测”的施工原则。锚喷支护紧跟开挖工作面，其中过渡段采用型钢钢架初期支护，回填土段采用型钢钢架与格栅拱架双层初期支护，回填土段洞底采用钢管桩加固地基处理。待隧道初期支护的拱顶沉降、水平净空收敛等监测数据稳定后及时施做防水层和二衬衬砌结构。同时，隧道施工过程，施工方监测和第三方监测单位对周围重要的建（构）筑物、地面沉降及结构自身的受力、变形进行跟踪监测，做到信息化施工，根据监测结果对施工步骤及支护参数进行调整，做到安全可靠、防患于未然。
穿越回填土段隧道施工步序为：①、超前管棚、超前小导管施工；②、孤形导坑开挖，施作径向注浆管并注浆，施作第一层初期支护，打设锁脚锚管，施做下台阶超前小导管；③、开+挖下台阶，施作径向注浆管并注浆，施作下台阶第一层初期支护，钢架全环封闭，打设锁脚锚管；架设格栅拱架，施作第二层初期支护；④、施作隧底桩基础；⑤、铺设防水层，施作仰拱；⑥、铺设防水层，施作拱部及曲墙二次衬砌。
四、施工方法
（1）地表管井法降水。
管井法降水属于强制式降水，降水井布置沿线路走向在直接穿越填方区适当外延，即在K0+645.5～K0+855.5段进行布置，横向上则在隧道开挖轮廓线外侧12.0m布置。降水井的布置范围构成一个长条矩形，其长度为210.0m，宽度为46.0m，降水井布置示意图见图2。每口降水井采用内径为300mm外径为316mm的钢管井管（每根井管长度均为2.5m），井管采用丝扣连接。每口井的底部设置2.5m长的沉沙管，以保证抽水效果。其上设3根缠丝过滤管（缠丝条缝钢管、其缠丝间距3mm），长7.50m，剩余部分均为光壁管。另外，为了方便测量井内水位，在每口井的外侧布置直径为60mm的铝合金测管。降水范围内填方厚度36.20～61.7m，下伏基岩面沿轨道走向形成锅底状，设计将水位降至隧道底标高以下2.0m，即降至221.50m。抽水设备选用流量50m3/h、扬程不小于80m的潜水泵，泵头下置深度距井底约0.5～1.5m。降水采用管道排水，排水管采用φ100mm钢管直接从降水井排入沉淀池，每个沉淀池采用红砖砌筑，内外面1:2水泥砂浆抹面。沉淀池长4.5m，宽2.0m，深度1.2m，沿长度方向分隔成三个沉淀区，抽出来的水经三级沉淀后采用φ500mm钢塑复合管通过场区东侧的检查井排入管涵中。降水井采用GQ-15回旋工程钻机，泥浆护壁，回旋钻进成孔，施工工步骤共分为：钻孔→下井管→下测量管→回填砂砾→回填井口粘土→安装水泵及管道。降水井施工完成后，根据工期安排，为确保隧道施工时作业面呈疏干状态，应提前于隧道开挖前7～10天完成地表降水工作，达到降水目的，且必须保证抽水的连续性，不得长时间停顿。隧道全面贯通且二衬砼强度达到设计要求且建设各方书面同意后，方能停止降水。抽水过程中，做好抽水前后的水位、水量观测记录，同时注意对周边地面沉降变形的监测。
图2：降水井布置示意图（2）洞内桩基施工
隧道穿越回填段根据现场地质情况，采用桩基加固地基础处理。桩基为φ502mm钢管桩，钢管壁厚6mm，钢管四周留有φ100mm开孔，间距750mm，梅花形布置，内设6 22钢筋笼，钢管桩嵌岩深度为3m，桩基混凝土采用C40水下钢筋混凝土。桩基施工完成后，每根桩采用低应变法检测桩身完整性。
受隧道施工条件限制，根据隧道监控量测数据分析，在确保隧道安全的前提下，沿隧道里程方向以每节段10.4延米划分一个桩基施工区，每个施工区配制两台GQ-15工程钻机同时施工，每个机位一次性成桩，为防止破坏或扰动邻近桩基，采用隔桩施工方式。桩基隔桩施工布置图见图3。每根桩基施工工艺为：施工准备→测量放线→钻机就位→备制泥浆→钻进成孔→清孔验收→吊接钢管、钢筋笼→下导管→二次清孔→灌注水下混凝土→砼待强→成桩检测。每根桩基均埋设有φ57mm，壁厚为3mm的声测管，结合衬仰拱、拱墙施工条件，一般桩基混凝土待强14天后，检测桩身完整性。
图3:桩基隔桩施工布置图
(3)超前管棚
超前管棚采用T76自进式管棚（L=15m），每断面22根，环距0.6m，纵向10m一环。施工工艺流程：施工准备→测量放点→设备就位→安装自进式管棚→钻进→停钻接长管棚→继续钻进→管棚到位→撤掉钻机→注浆。管棚在洞内施工，为提供足够的操作空间，需要预留管棚工作室。采取提前爬高的方式开挖工作室，工作室比正常开挖断面扩大550mm，长度为5m，在二衬浇注时采用同标号砼回填工作室。钻进是自进式管棚施工的关键环节，能否保证钻进质量，直接影响的管棚的施工精度，导致管棚下沉侵限或交叉。钻机钻头直径为115mm，钻进方法及顺序如下：
1、钻进前，精确测定孔的平面位置、倾角、外插角，并对每个孔进行编号，经方向仪量测，钻进方向和角度满足设计要求后方可开钻；
2、先低速低压，待钻孔进入3米后，再加速加压钻进；
3、钻进过程中要根据钻机定位定下基线，随时检查管棚方向和角度的变化，并要保证钻机不移位；
4、钻进过程中根据地质情况选择不同的钻头，普通稍软弱土层时可采用合金钻头钻进，根据钻进速度、司钻压力等情况判断所钻孔管段的地质情况，并作好施工记录，钻机钻进过程中如遇障碍物等异常情况，及时向技术人员反映，研究、制定处理措施；
5、管棚接长：15m长的管棚由3根4m和一节3m连接而成。在第一节管棚钻到位后，使用自进式管棚专用连接套连接第二节管棚，以此为循环继续完成钻进。管棚钻进到位后，锁紧卡钎器，反转钻机，将管棚从钻机连接套卸下，移开钻机，继续钻进安装下根管棚。管棚全部完成后，采用注浆机注浆填充钢管及钢管与孔壁间间隙，增加管棚的刚度，并沿孔壁形成一定的扩散范围。管棚施工完成后，将孔口封堵密实，管口拧上注浆嘴。注浆采取隔孔限量注浆的方法，控制浆液的扩散范围，注浆压力一般为0.5～2.0MPa，通过试用确定，正确掌握注浆压力和流量，不得随意改变，并认真做好注浆记录，正确记录压力和流量。注浆过程中发现漏浆或串浆，及时采取封堵、间歇注浆等措施，保证注浆质量，防止注浆事故。注浆时，将注浆管连接在注浆嘴上，打开闸阀，进行低压力注浆，当管棚及孔道内浆液填满后，适当加大压力，使孔内浆液向孔壁外地层扩散一定范围。达到设计注浆量后，停注2min，然后关闭闸阀，拆掉注浆管继续下一孔注浆，注浆结束后检查注浆质量，达不到设计要求者需补孔重注。
(4)超前小导管
超前注浆小导管采用长3.5m、φ42×3.5mm热轧无缝钢管、环距0.6m×纵距1m。先搭设作业台架，再采用风钻钻孔，钻孔直径为60mm，孔深度比导管插入长度约深2～3cm，外插脚5～10°。钢管由专用顶头顶进，顶进钻孔长度不小于90%管长。钢管末端焊设挡圈并用胶泥麻筋缠箍成楔形，以便钢管顶进孔后其外壁与孔岩壁间隙堵塞严密。钢管尾部外露足够长度，并与钢拱架焊接在一起。小导管注浆前进行压水试验，检查导管孔口是否达到密闭标准、机械设备是否正常，检查无误后，采用水泥砂浆，水灰比为1：0.4～1:0.6，注浆压力为0.5～1MPa，在注浆过程中，浆液应保持准确比例，不断搅动，每孔注浆量达到设计注浆量且注浆压力达到设计终压时，继续注浆两分钟待管口有浆液流出后结束，等初凝后第二次注浆，保证孔内注浆饱满。注浆时，间隔进行，以保证浆液扩散效果，并做好注浆记录。
(5)洞身开挖与初期支护
洞身开挖采用台阶法预留核心土环形开挖施工，上部环形导坑及边墙导坑以挖掘机开挖为主，辅以人工风镐开挖，开挖后及时喷射砼封闭岩面，并架设型钢钢架喷射砼完成初期支护。上环形导坑出碴由挖掘机扒碴至下半断面后，利用侧卸装载机装入自卸汽车运走，上断面扒碴用人工配合，下部侧墙及核心土开挖方法采用机械辅以人工，核心土开挖后立即施工仰拱钢架及喷射砼衬期支护，使初期支护尽早封闭成环。各部分开挖时，钢架设计加工尽量与开挖轮廓吻合，支护尽量圆顺，从而减小应力集中。左、右边墙导坑交错施工，不得两边同时开挖，边墙围岩较差时分两层开挖。上部弧形导坑比下断面开挖超前3～5m，两工序平行作业。预留核心土开挖施工示意图见图4。根据围岩情况，合理控制每循环开挖进尺，开挖后，立即检查围岩面和初喷4cm厚混凝土，及时施打砂浆锚杆、挂钢筋网、安装钢拱架、喷射混凝土至设计厚度。拱架按设计尺寸在加工场分节制作，节与节之间用螺栓连接，拱架安装由人工借助机具进行架立就位，架设时拱脚必须架立在坚固的基座上，每榀钢架安装好后，在其拱腰及拱脚处设置锚杆，以限制拱架位置，其端部与钢架焊接牢固。锁脚锚杆采用Φ22锚杆，每榀钢架设4根，长度3米。钢筋网使用φ8盘圆加工，固定在锚杆末端，在初喷和锚杆、钢拱架施工后进行铺设。
12121534354图4：台阶法预留核心土开挖施工示意图
(6)径向注浆止水
穿越回填段施工过程中，根据掌子面及现场涌水情况进行径向注浆堵水，径向注浆钻孔环向间距1.0m，纵向间距1.0m，梅花形布置，钻孔深度3.5m。注浆材料以普通水泥浆液为主，在必要时辅以水泥—水玻璃浆液；当采用普通水泥浆达不到上水效果时可采用硫铝酸盐水泥浆、超细水泥浆液等，注浆压力控制在0.5～1MPa之间。(7)施工注意事项
1、隧道施工过程中，由施工方监测和第三方监测做好隧道内及周边环境的监控量测工作，根据现场地质情况和监测数据，对地质结论、设计参数进行验证，对施工安全性进行判断并及时调整设计参数，采取更加合理的开挖方式。
2、在隧道内安装视频监控设备，并把视频监控设备接入互联网，通过计算机或手机等终端设备全天24小时观看隧道内施工现场情况，及时掌握施工动态和发现险情。
3、隧道开挖前，充分利用管棚、小导管注浆孔作为勘探孔探测开挖面前方土体情况，注浆加固后，对注浆加固体进行钻芯取样，当加固体达到要求后，方能进行隧道开挖。
4、隧道贯通前，两端掌子面相距约10m时，停止一侧掌子面，选择从一侧施作管棚并开挖直至贯通。
5、做好生产作业的安全应急预案，隧道内埋设逃生通道，一旦发现危险，立即撤离施工人员，启动应急预案，确保工程施工的绝对安全。
五、结语
采取上述施工措施，施工过程中严格坚持“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测、二衬紧跟，信息及时反馈，及时修正施工参数”的施工原则，该区间隧道顺利的穿越回填土段及过渡段。工程实践证明，隧道穿越富水深埋回填土区域，通过采取地表管井法降水、洞内桩基施工、超前管棚、超前小导管、径向注浆止水等辅助措施在安全性、经济性、效率性等各个方面取得了良好的效果。参考文献
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