周国辉

(武汉铁四院工程咨询有限公司，武汉　430000)



大直径管幕超前支护在市政隧道中的应用

周国辉

(武汉铁四院工程咨询有限公司，武汉430000)

摘要：以成都成华区致力路工程为例，重点介绍在市政繁忙道路隧道中采用大管幕超前支护技术的设计与施工效果。致力路暗挖段隧道下穿既有铁路线，与既有线平面交角为75°，隧道拱顶埋深为1.0～6.2 m，暗挖隧道部分采用φ299 mm大管幕超前支护，隧道顺利通过浅埋段，对城市道路和居民生活的影响降到最低，保障了施工安全。

关键词：市政隧道；超浅埋；超前支护；管幕法

1工程概况

致力路位于成都市成华区青龙场片区，北起成绵高速路城北出口青龙场高架桥，南抵现东站货场附近规划道路，途中穿越城市道路及铁路机车车辆运用所。拱形隧道设计对应K里程为：K0+385～+608，其中左洞对应BK线里程为BK0+384.072～BK0+607.052，全长222.980 m，右洞对应CK线里程为CK0+385.675～CK0+607.052(含CK0+421.653=CK0+420长链1.653 m)，全长223.030 m。隧道拱顶埋深1.0～6.2 m，除左洞BK0+385.072～+390.871、右洞CK0+385.675～+420.058平面位于R-270 m的左偏曲线上外，右洞其余部分和左洞洞身均位于直线上；左洞机动车道纵坡为-0.539%的下坡，右洞机动车道纵坡为-0.3%的下坡。

中部BK0+392.052～BK0+569.052、CK0+393.072～CK0+569.052段下穿既有成渝铁路、既有成昆铁路、洗刷线、走行线、不落轮镟线、临修线、成绵乐存车2场DCⅡ-1～8存车线，与既有线平面交角均为75°，该段采用复合式衬砌，暗挖法施工。由于本暗挖段隧道拱顶埋深1.0～6.2 m，属于超浅埋隧道[3]，普通的大管棚超前支护不能保证暗挖隧道的安全，若支护不到位，很容易造成隧道塌方。本工程采用拱部大直径管幕+水平旋喷桩拱脚通长支护，在管幕的支护下，进行隧道开挖、支护施工。

两端BK0+384.072～BK0+392.052、BK0+569.052～BK0+607.052、CK0+385.072 ～CK0+393.072和CK0+569.052～CK0+607.052下穿规划东环线和规划西成存车场线，该段采用明洞衬砌，明挖法施工。

致力路隧道与既有、在建及规划铁路交叉关系如图1所示。左、右洞隧道纵断面分别如图2、图3所示。

图1　既有、在建及规划铁路交叉平面关系(单位：m)

图2　左洞隧道纵断面

图3　右洞隧道纵断面

2隧道工程地质

2.1地层岩性

测区上覆第四系全新统人工填土(Q4ml)、冰水-流水堆积层(Q3fgl+al)粉质黏土及卵石土等；下伏基岩为白垩系上统灌口组(K2g)泥岩。详细分层如下。

〈1-1〉人工填土：黄褐、红褐色，稍密，稍湿，主要成分为黏性土夹砖、碎石等建筑垃圾，出露地表，厚0.5～5.6 m。可挖性分级属Ⅰ级松土。

〈2-1〉硬塑状粉质黏土：褐黄色，低液限，硬塑状，局部土中夹卵、砾石。标贯16～37击，埋深0～5.6 m，厚7.2～9 m，在场区连续分布。该层通过室内试验自由膨胀率为36%～41%，判定为弱膨胀土。标贯平均击数21.6击，可挖性分级属Ⅱ级普通土。

〈2-2〉稍密～中密卵石土：黄灰、灰褐色，潮湿～饱和状，其中卵、砾石占55%～70%，粒径10～100 mm，磨圆度好，石质成分以花岗岩、石英岩为主，次为脉石英、燧石及石英砂岩。余为砂充填，重型动探N63.5为7～25击，埋深11～12.1 m，厚5～7 m，在场区连续分布。重型动探平均击数16.5击，可挖性分级属Ⅲ级硬土。

〈3-1〉全风化泥岩：紫红色，硬塑，岩土已风化成黏土状，埋深10.7～11.5 m，厚2～3 m，分布于ZK-1、ZK-2号钻孔附近，可挖性分级属Ⅱ级普通土。

〈3-2〉强风化泥岩：砖红色，泥质结构，中厚层状构造，局部裂隙较发育，岩芯呈短柱状或碎块状，岩质软，手可掰开，局部夹少量泥岩薄层。埋深17.4～18.8 m，厚5～6.5 m。可挖性分级属Ⅳ级软石。

〈3-3〉中风化泥岩：砖红色，泥质结构，中厚层构造，局部裂隙较发育，岩芯呈柱状，节长8～65 cm，局部夹少量碎块，岩质较软，锤击声哑，局部夹少量泥岩薄层。埋深25.3～26.2 m，可挖性分级属Ⅳ级软石。

2.2地质构造

测区地处新华夏系第三沉降带之川西褶皱带的西南缘，属成都断陷盆地，地层呈大规模宽缓状褶皱产出，岩层面倾角较缓。工程范围地表土层较厚，无基岩出露，未见构造形迹。

2.3不良地质及特殊地质

人工填土：主要为杂填土及素填土，人工颜色较杂，含有混凝土块、碎石、粉砂等修路垃圾及植物根系、砖块、瓦块，局部夹生活垃圾，一般较松散，局部稍压实。本层在水平方向上分布广泛，厚度0.5～5.6 mm。

勘察场地不存在软土、液化土、冻土、污染土等特殊土。根据取样试验分析，场区内的硬塑状粉质黏土自由膨胀率在36%～41%，为弱膨胀土。

2.4水文地质条件

根据本场地钻孔水位观测结果，结合区域水文地质资料，场地地下水类型有孔隙水和基岩裂隙水两类，以孔隙水为主，基岩裂隙水不发育。孔隙水主要赋存于卵砾石层中，卵砾石层赋水性好，上部黏土为相对隔水层，赋水性较差。地下水稳定水位埋深为2.0～5.7 m，水位年际变化幅度为1～2 m。

根据该地区抽水试验成果，结合附近基坑工程经验，本场地下部卵砾石土层的综合渗透系数取25 m/d；上部黏性土的综合渗透系数取0.20 m/d。

3隧道结构设计及工法

本工程隧道通过段落大部分为人工填土，较松散，局部压实且厚薄不一，地下水不发育。工程所处位置为市政繁忙道路，经多方协调，交通不能完全中断，不具备全部采用明挖法施工的条件[9]。故本隧道仅在两端洞口段影响相对较小的范围内采用了明挖结构，其余采用复合式衬砌结构[4]，大直径管幕超前支护暗挖工法。隧道衬砌分段见表1、表2。

表1　左洞(BK线)隧道衬砌分段

表2　右洞(CK线)隧道衬砌分段

注：CK0+421.653=CK0+420(长链：1.653 m)

(1)隧道暗挖段设计

左右线隧道拱顶埋深1.0～6.2 m，其中暗挖段埋深约4 m。采用拱部单层φ299 mm管幕超前支护，喷锚网初期支护并辅以全环I22b型钢及格栅双层钢架(纵向间距0.5 m)加强支护；微台阶法+临时横撑(辅以掌子面喷混凝土+纤维锚杆超前支护)施工，采用湿喷工艺，全隧仰拱超前拱墙施作，拱墙一次衬砌。隧道仰拱超前，拱墙一次衬砌组织施工[12]。

(2)超前支护设计

隧道暗挖段采用拱部φ299 mm管幕+φ600 mm水平旋喷桩拱脚通长支护，施工工序如下。

①在进、出口明暗分界处朝洞外方向施作管幕工作坑(分上、下台阶，并施作背墙)；②分上、下台阶施作左、右洞管幕，并在洞身中部错口对接，为使接口段避开下穿铁路段，两端管幕纵向长度按“管幕纵向分段表”施作，管内灌注C20细石混凝土。管幕布置横断面见图4，管幕纵向分段示意见图5。

图4　管幕布置横断面(单位：mm)

图5　管幕纵向分段示意(单位：mm)

在隧道洞身中部错口对接，使接口段避开下穿铁路段的线路正下方，分别对本段管幕进行了如下分段，具体分段长度见表3。

表3　管幕纵向分段

管幕参数：φ299 mm热轧无缝钢管，壁厚10 mm，环向中心管距35 cm，衬砌拱部范围96°布置。钢管采用Q235-A钢材，并满足《碳素结构钢》(GB/T700—2006)及《结构用无缝钢管》(GB8162—2008)之相关要求；纵向坡度与隧道设计纵坡一致。管幕钢管轴线施工偏差不超过1 cm。

为加固管幕拱脚地层，于每侧最下一排管幕下方26 cm，施作3根φ600 mm水平旋喷桩，桩中心间距45 cm。工艺要求：旋喷选用42.5级普通硅酸盐水泥，水泥浆配合比1∶1，每延米水泥浆用量按成桩体积的30%计，钻杆回撤速度控制在15～25 cm/min，旋喷压力宜为35～40 MPa。固结体28 d抗压强度不小于3 MPa。见图6。

图6　管幕下方拱脚水平旋喷桩施作完成后示意(单位：m)

管幕施工注意事项：管幕离地表距离仅为4 m左右，处于特殊地段，管幕打设过程中对地面沉降的控制难度大，应对地表进行监测。管幕施工中要求导向孔偏差不能大于25 cm，管幕偏差不能大于10 cm。

4结语

(1)结合成都成华区致力路隧道的设计情况，从设计角度介绍了管幕超前支护结构体系的浅埋暗挖法。

(2)该法将作为超前支护的管幕与作为支护结构的初期支护进行合理组合连接，管幕中填充C20细石混凝土形成大刚度的环向和纵向整体受力体系，有效控制了隧道开挖过程及运营阶段的地表变形，大幅度降低了施工风险。

(3)管幕拱脚部位采用水平旋喷桩加固，有效加固了地层，并起到了很好的隔水作用，进一步保证了掌子面的稳定。

(3)该隧道目前已安全贯通，施工过程来看，在管幕超前支护下进行隧道暗挖，有效保证了施工进度和质量，没有出现拱顶塌方事故，为类似工程积累了成功的设计与施工经验。

参考文献：

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[12]葛金科.饱和软土地层中管幕法隧道施工方案研究[J].上海公路，2004(1):38-43.

Application of Large Radius Tube Curtain Advanced Supporting in Municipal Tunnel

ZHOU Guo-hui

(Wuhan Tiesiyuan Engineering Consulting Co. Ltd.， Wuhan 430000, China)

Abstract：With reference to Chenghua District， Chengdu City project， this paper focuses on the design and implementation of large radius tube curtain advanced supporting in the tunnel located in busy municipal road. The bored Zhililu Tunnel passes through the existing Cheng～Yu railway and other railway lines with plane intersection angle of 75 degrees and 1.0～6.2m shallow cover. The bored portion employs φ299mm radius tube curtain advanced supporting to allow the tunnel to pass though the shallow covering part， which minimizes the impact on the municipal roads and the residents and ensures safe construction.

Key words：Tunnel; ultra shallow buried; Advanced supporting; Tube curtain

中图分类号：U455

文献标识码：B

DOI:10.13238/j.issn.1004-2954.2016.04.017

文章编号：1004-2954(2016)04-0068-04

作者简介：周国辉(1982—)，男，工程师，2004年毕业于湖南科技大学城市地下工程专业，工学学士，国家注册一级建造师，E-mail：605634633@qq.com。

收稿日期：2015-08-10； 修回日期：2015-08-26