1、 1暗挖隧道初支施工方法及地表沉降原因分析、控制措施中铁七局三公司 王恒一、工程概况1、地质概况区间沿线范围内上覆第四系全新统人工堆积层（Q 4ml）、海积层（Q 4m）、冲积层（Q 4m+al）、花岗岩残积层（Q el），下伏燕山期花岗岩（ 53）。区间隧道洞身处于地下水水位以下，主要从砾质粘性土、全、强、中、微风化岩石中通过。隧道结构拱顶覆土 10.515.34m。其埋深位于地下水位以下，地下水水压力对隧道施工及衬砌结构有较大影响。2、水文地质地下水按赋存条件主要分为孔隙水及基岩裂隙水。孔隙水主要赋存在第四系砂层、粘性土及残积层中。基岩裂隙水主要赋存在花岗岩强中等风化层中，略具承压性。地下
2、水位埋深 0.63.2m。二、工程控制重点二、工程控制重点地表沉降的控制地表沉降的控制地铁区间多沿城市主要街道的地下穿过，两侧多为住宅楼及商用楼，必须控制好区间隧道施工产生的地表沉降，以最大程度减少对周边建筑安全的影响。应对措施：加强隧道初期支护施工质量的控制，严格按照新奥法的施工做好监控量测、光面爆破、锚喷支护。隧道开挖中减少对围岩的扰动，采取短进尺、弱爆破原则组织施工。对围岩软硬不均，尤其是下部微风化且岩层较硬，上部全风化或土层地2段必须先对上部全风化岩层或者土层采取预注浆加固再进行开挖，确保土体开挖的稳定。三、暗挖隧道施工工三、暗挖隧道施工工 艺艺 及方法及方法1、区 间间 隧道支隧道支
3、 护护 参数参数区间隧道初期支护分为 A、B 两种类型。初期支护采用小导管超前注浆、砂浆锚 杆、 钢筋网、格栅钢架及喷射砼组 成联合支护体系，二衬为模筑钢筋砼。 、级围岩 时， 应采用 B 型断面支护形式。级围岩时，应采用A 型断面支护形式。表 1 暗挖隧道衬砌支护参数表A型 B型超 前 支 护 小 导 管 双 层 423.5， 环 距 300、拱 部 150范 围 ， 纵 向 1m 单 层 423.5， 环 距 300、拱 部 150范 围 ， 纵 向 1m喷 射 混 凝 土 (mm) C20,厚 350 C20,厚 300锚 杆 (管 ) 423.5锚 管 ， 长 3m， 间距 50075
4、0， 拱 腰 设 置 拱 墙 22系 统 砂 浆 锚杆 ,1000750mm钢 筋 网 双 层 8,间 距 150150mm 双 层 8,间 距 150150mm格 栅 拱 架 纵 向 间 距(mm) 500 500二 次 衬 砌厚 度 (mm) 300 300结 构 形 式初 期 支 护隧道断面如图 3-1、3-2。3图 3-1 区间 A 型断面支护形式图4图 3-2 区间 B 型断面支护形式图2、区 间间 暗挖隧道施工原暗挖隧道施工原 则则区间暗挖隧道采用新奥法施工。在隧道施工中开 挖 、支 护 遵 循 “管 超 前 、严 注 浆 、短 开 挖 、强 支 护 、早封 闭 、勤 量 测 ”
5、原 则 。 （1）管 超 前 ：采 用 注 浆 小 导 管 加 固 前 方 围 岩 。在 掌 子 面 尚 未 开 挖 的拱 部 围 岩 中 ，根 据 设 计 要 求 沿 隧 道 拱 部 120范 围 内 打 入 42 管 长 3m超 前 注 浆 小 导 管 ，环 向 间 距 0.3m，并 注 浆 超 前 支 护 。5（2）严 注 浆 ：导 管 超 前 支 护 后 ，压 注 水 泥 浆 ，注 浆 压 力 0.5 1.0Mpa，填 充 围 岩 孔 隙 。在 软 弱 围 岩 中 施 工 ，通 过 超 前 小 导 管 对 拱 顶 围 岩 进 行 注浆 预 加 固 ，改 善 围 岩 的 整 体 性 ，提
6、 高 承 载 力 ，减 少 地 下 水 的 渗 入 及 围 岩的 沉 降 。 （3）短 开 挖 ：开 挖 循 环 进 尺 按 架 立 一 榀 格 栅 钢 架 间 距 控 制 ，做 到 开挖 和 支 护 时 间 尽 可 能 短 。每 次 环 状 开 挖 ，预 留 核 心 土 ，及 时 喷 射 砼 。 （4）强 支 护 ：根 据 设 计 要 求 或 围 岩 的 变 化 情 况 ，对 开 挖 的 断 面 及 时初 喷 砼 ，紧 跟 施 工 格 栅 钢 架 、锚 杆 、钢 筋 网 及 喷 射 速 凝 砼 ，必 要 时 可 调整 支 护 参 数 ，加 强 初 期 支 护 。（5）早 封 闭 ：初 期 支
7、 护 应 尽 早 封 闭 成 环 ，整 体 受 力 ，以 改 善 受 力 条 件 ，减 少 拱 顶 或 地 面 的 下 沉 量 。 （6）勤 量 测 ：监 测 是 对 施 工 过 程 中 围 岩 及 结 构 变 化 情 况 进 行 动 态 跟踪 的 主 要 手 段 ，监 测 过 程 中 将 信 息 及 时 反 馈 以 指 导 施 工 ，以 便 根 据 监 测结 果 及 时 调 整 支 护 形 式 或 采 取 特 殊 的 施 工 方 法 ，尽 力 控 制 地 表 沉 降 避免 危 机 地 面 建 筑 物 及 地 下 管 线 的 安 全 。 3、暗挖隧道施工工、暗挖隧道施工工 艺艺 及方法及方法3
8、1 超前注浆加固区间隧道软弱围岩地段因地质条件差，开挖不当、支护不及时、支护强度不够等都易导致塌方，因此在软弱地段隧道开挖前可采用拱部超前小导管注浆加固或全断面注浆加固措施，以保证开挖的顺利进行。隧道拱部超前加固采用在拱顶 120范 围 布设 42 小导管超前注 浆， 通 过 沿 隧 道 开 挖 轮廓 线 外 纵 向 向 前 倾 斜 钻 孔 安 设 注 浆 管 与 钢 筋 格 栅 连 接 ，并 注 入 浆 液 ，达6到 超 前 加 固 拱 部 围 岩 的 目 的 ，同 时 起 到 超 前 管 棚 支 护 作 用 ；全 断 面 注 浆加 固 则 是 在 隧 道 开 挖 面 内 环 向 多 层 次
9、 布 置 注 浆 孔 位 ，对 整 个 开 挖 面 进行 超 前 注 浆 加 固 。3.1.1 超 前 小 导 管 注 浆 预 加 固（1）小 导 管 布 置小 导 管 采 用 42（3.5）的普通钢管，长度 为 3 m。在 隧 道 拱 部 120范 围 内 布 置 ，小 导 管 环 向 间 距 0.3m，纵 向 搭 接 长 度 大 于 1.5m。注 浆 管 一端 做 成 尖 形 ，另 一 端 预 留 1m 长 的 止 浆 段 。注 浆 孔 沿 管 壁 呈 梅 花 型 布 设 ，孔 距 0.2m、孔 径 8mm。图 3-3 拱 顶 布 置 超 前 小 导 管（2） 注 浆采 用 1:1 的 双
10、 液 浆 ，注 浆 量 和 注 浆 压 力 双 控 原 则 进 行 注 浆 的控制。注 浆 前 ，挂 网 喷 5 10cm 厚 砼 封 闭 开 挖 面 ，以 防 止 漏 浆 。注 浆 压 力 应 根据 现 场 地 质 情 况 确 定 ，确 保 注 浆 饱 满 。拱 顶 超 前 小 导 管 注 浆 压 力 不 宜 过 大 ，控 制 在 0.40.6Mpa，以 将 小 导7管 内 及 导 管 与 孔 壁 之 间 间 隙 注 满 为 止 。因 拱 顶 超 前 导 管 埋 深 短 ，过 大 的压 力 会 导 致 浆 液 顺 孔 壁 之 间 的 间 隙 从 开 挖 面 冒 出 ，起 不 到 太 好 效
11、果 。3.1.2 全 断 面 注 浆在地下水丰富，地层为粘性土、渗透系数较小, 围岩稳定性极差，超前小导管注浆也无法保证正常开挖时，可采用全断面注浆加固措施。作用原理是通过外界压力将浆液压入到土体中,经渗透及劈裂作用,挤压土体，使土体粒子间的水或空气被强行挤出加固范围之外,并充填土粒之间的空洞、孔隙;利用胶凝材料将周围的土粒胶接为一个整体; 改善土体的物理力学性能,提高土体强度和地层的整体稳定性,降低地层的渗透性,堵断地下水渗透的通路; 从而保证隧道在开挖后地层的稳定,保证 施工及周边环境的安全。浆液在高压力作用下,沿地层的结构面产生劈裂流动,在地层中形成脉状、网状分布。不规则 的脉、网状固
12、结物和由于 浆液压力而挤密的土体构成复合地层,从而具备一定的承载能力和止水能力。注浆材料采用 1:1 双浆液，注浆设备采用 Syb-60/5 双液变量注浆泵，注浆速度有变速箱控制分 4 种速度，相对应不同的出浆量。排浆量（升/分钟）： 70，42，23，11 四档位，最大工作 压力：5Mpa。注浆沿隧道掘进方向 15m 一循环，采用水平钻机成孔，注浆管采用 2分钢管，注 浆孔深度 15m、12m、9m、6m，分 别在四个深度注浆。注浆顺序：先注周边孔，再注中间孔。目的是通过周边孔注浆加固周边土体，产生约束，再注中间孔挤压土体，使土体中的水或空气被强行挤出加固范围之外,用浆液填充土粒之间的空洞、
13、孔隙。注浆过程中必须经常检查掌子面及附近初支状况，并根据地质条件变8化调整注浆压力、注浆量。避免压力过大将靠近掌子面的初支压沉，造成侵限。图 3-4 全断面注浆效果3.2 开挖地铁暗挖隧道断面较小，一般采用上下台阶法开挖。上台阶环形开挖预9留核心土，施工步骤如图 3-3、施工作业流程如 图 3-4、施工作业纵断面图 3-5。（1）开挖步骤： 施做超前支护，注浆加固地层，预留核心土土体，架设钢架，挂网，打锁脚锚管、系统锚杆喷射砼。 开挖 2 部核心土，并施作临时仰拱、封闭。 开挖 3 部土体，施作初期支护封闭成环。拆除 临时仰拱，施作二次衬砌。（2）施工注意事项施工中做好各工序之间衔接，缩短每一
14、循环时间，避免土体暴露时间过长，土体失稳加大沉降。上下台 阶开挖时宜将台阶长度控制在 8m 左右，台阶过长上台阶初支未封闭时间越长，产生的沉降越大。一般 环形开挖进尺为 0.5m1m 左右，以立一榀钢格栅进尺为宜，不宜过长；上下台阶采用小挖机开挖或人工开挖，尽量减小施工扰动。开挖到位后应先对掌子面初喷封闭。10图 3-5 环 形 开 挖 预 留 核 心 土 施 工 步 骤 图图 3-6 环 形 开 挖 预 留 核 心 土 施 工 作 业 流 程 图11图 3-7 施 工 作 业 纵 断 面 图图图 3-8 上台上台 阶预阶预 留核心土留核心土 环环 形开挖形开挖3.3 初期支初期支 护护地 铁
15、 隧 道 初 期 支 护 由 钢 筋 格 栅 拱 架 和 网 喷 砼 组 成 。初 期支护主要包括格栅拱架+纵向联接筋+ 钢筋网的架立安装和喷射砼作业两大部分。（1）格栅拱架、联接筋及钢筋网的架立安装格栅钢 架安装前应清除底脚下的虚碴。12钢架在开挖作业面人工组装，各节钢架间应以螺栓连接牢固。钢架与土层之间留够保护层厚度。格栅钢 架应精确定位，严格控制“标高、中线、前倾后仰”等各个方位的位置偏差。纵向 联接筋、钢筋网与格栅钢架联结牢固，保证纵向连接筋的搭接长度和焊接质量。锁脚 锚杆或锚管要按要求设置，对控制未封闭的上断面初支沉降能起到一定的作用。（2）喷射砼区间隧道初期支护采用 C20 喷射砼
16、。喷射砼混合料在地面搅拌，通过串筒下到隧道内，由运输车运至工作面。喷射作 业应由下而上，依次进行。分层喷 射砼时，后一层喷射在前一层砼终凝后进行。喷射作 业时要将超挖部分用砼喷实，尤其拱顶和拱腰部位，避免因初支背后空洞造成沉降过大。3.4 施工要点施工要点（1）软弱围岩地段采用上下台阶法施工，开挖循环进尺以架立一榀格栅为宜。（2）严格控制隧道开挖的中线和水平，开挖时要考虑一定的预留沉降量。（3）隧道开挖时保留核心土，待拱部初支完成后再开挖核心部分土体。下半部采用机械开挖时注意避免超挖，底部土方留 30cm 人工清理。13（4）控制台阶长度，尽快使初期支护闭合。（5）每榀钢格栅接头采用螺栓连接，
17、各节点要对齐，连接要牢固，确保格栅可靠受力。（6）为防止下断面开挖引起上断面格栅悬空出现下沉，必须在上半断面格栅拱脚施作锁脚锚杆管，（7）开挖过程中必须加强监控量测，当发现拱顶、拱脚和边墙位移速率超值或出现突变时，应及时设置临时支撑，控制位移和变形。（8）作好开挖的施工记录和地质断面描述，加强对洞内外的观察。四、影响地表沉降的主要因素1、地下水流失引起的地表沉降地下水在地下工程施工中是一大不利因素，对于地铁暗挖隧道施工尤为突出，地下水丰富，影响围岩的稳定性， 软 弱围岩隧道易引起开挖面的失稳， 发生坍塌。适当抽排地下水，可改善开挖土体的的性质，增加土体的稳定性。但因开挖失水，土体中水体流失，水
18、位下降，土体中出现孔隙，土体发生固结，引起地表超前、大范围的沉降。因此暗挖隧道的施工要根据地质情况、周边的管 线、建构筑物的分布情况，适当抽排地下水。2、土体特性反映的地表沉降地铁区间暗挖隧道一般埋深较浅，隧道覆土层能否在开挖过程中形成自然拱不仅影响隧道的开挖安全及初支结构的受力，且对地表的沉降影响较大。上覆土层能形成自然拱则地表的沉降反映小，如不能形成自然拱，开挖过程中可能发生冒顶，形成大的沉陷。3、施工方法引起地表沉降14地铁区间暗挖隧道因断面较小，一般采用台阶法开挖，只要措施得当一般可满足地表沉降的要求。台阶法开挖关键是保证合适的上下台阶长度并预留核心土环形开挖。隧道穿越的地层为砾质粘性
19、土或全风化花岗岩等软弱地层时， 该种土质遇水极易崩解、坍塌。 软 弱地层中台阶过长，拱脚初期支护处于软弱土层上，初期支护未封闭时间则越长，引起的地表沉降越大。4、双线隧道开挖相互作用叠加引起的地表沉降双线隧道工作面同方向开挖，由于隧道开挖扰动引起地层应力释放，应力重分布等影响，对开挖面附近地层产生一定的沉降影响。双线隧道净间距小于 1 倍洞径，若两隧道开挖面前后相距在 15m 以内，则同时开挖对地层的扰动要大于单条隧道的开挖，地表沉降的变化较单一隧道大。5、施工过程引起的地表沉降施工引起的沉降主要表现在两个方面，开挖进尺长度和初期支护的施工速度。隧道开挖进尺长度亦即开挖后无支护空间的大小，开挖
20、进尺长则临空面大，产 生沉降和发生坍塌的可能性大。对软弱地层的隧道，要控制合适的进尺长度，以降低开挖时的安全风险和地层沉降。另一方面开挖时产生的沉降与施工速度的快慢关系较大，开挖后初期支护施做完成的时间长，则开挖面无支护的时间长，产生的沉降就越大，初期支护施做的速度快，则开挖面暴露的时间短，产生的沉降则越小。三、地表沉降控制措施1、严格按隧道施工的“十八字方针”施工“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的十八字方针是隧道施工中总结出的工艺要求，充分体现了潜埋暗挖隧道施工的精髓。15暗挖隧道开挖前先打设超前小导管，与初期支护格栅或钢拱架连成整体，起到小管棚的作用，且可根据前方围岩情况
21、，设当加大小导管长度，增加导管的埋入深度，以增强导管的支撑作用。超前小导管预注浆措施，对软弱围岩进行预加固，改善围岩的性质，增强稳定性，并使导管与围岩形成联合支护体。开挖时根据围岩的稳定情况，控制每次支护循环的进尺长度，对于软弱围岩进尺长度必须控制在架立一榀格栅的长度，加快循环速度，以减少围岩支护前的暴露空间和时间。台阶法开挖控制台阶长度，及早使上下台阶初期支护封闭，形成封闭的受力体系。洞内及地表的监控量测要及时，监测点的密度要尽可能大，对于速率异常部位要增加监测频率，分析原因，以便采取相应的措施控制沉降。2、根据地质情况选择开挖方法地铁区间暗挖隧道因断面较小，一般采用台阶法开挖。台阶法上断面
22、开挖采用预留核心土环形开挖方式。预留核心土对开挖面起到一定的支撑作用，增加开挖面的稳定，避免开挖面大面积暴露增加坍塌风险。在确定上下台阶留置长度时，应考虑地质情况及机械作业的要求。围岩稳定性较好或采取降水及全断面注浆措施后围岩稳定性改善，可缩短台阶长度，利于初期支护及时封闭。若土质软弱，台阶留置过短，在开挖过程中由于地下水的软化作用，易出现下台阶失稳而导致预留核心土及上开挖面同时失稳的情况，增加隧道开挖的安全风险。因此台阶长度宜保持在 11.5 倍洞径。16上台阶预留核心土环形开挖3、适时抽排地下水地下水是地下工程施工的一大害，排除地下水可增加工作面附近土层的强度，增加 稳定性。但对于砂层等特
23、殊地层，过度抽排地下水会使土层产生固结，引起地表大范围的沉降。因此在确保开挖面稳定的前提下，要适当抽排地下水。4、采取措施控制地表沉降软弱地层隧道，围岩极易遇水崩解失稳，无条件采用降水井降水的情况下，可采取洞内全断面超前注浆加固。注浆采用双液浆，先注周边孔，再注中间孔，将土体挤密，改善土体稳定性，减少开挖扰动引起的沉降。台阶法施工，在初期支护未封闭前，根据监控量测数据，若初支收敛及拱顶沉降速率变化大，存在发展趋势，则应在上断面初支架设型钢临时仰拱，改善结构受力来控制沉降。暗挖隧道初期支护施工中，应注意初支与开挖面使用喷射混凝土填充密实，若存在空隙或空洞，土体产生变形，引起地表沉降。对于初支背后存在的空隙或空洞，应在初期支护封闭过后，及时对初支背后注浆回填密实控制沉降。175、两平行隧道同向开挖增大开挖面的距离地铁区间隧道左右线净距离小于 1 倍洞径，对于地表沉降必须考虑两隧道开挖时相互扰动的叠加影响。两平行隧道同方向开挖增大两开挖面的距离对控制地表沉降可起到一定的作用。因此，两平行隧道同方向开挖时应保证开挖面前后相距 25m 以上方能减少相互叠加影响。6、加快施工速度加快初期支护的施工速度，意味着开挖后围岩暴露的时间短，软弱土体掉块、坍塌的 风险减小。尽早的形成支护可控制地层因开挖造成的应力释放，约束围岩的进一步变形，以达到降低沉降的目的。
