梁樂文

(中鐵十四局集團 第二工程有限公司，山東 泰安 271000)

1 工程概況

北京地鐵一施工區(qū)段位于市區(qū)較繁華地段，下穿河流、引水渠、高架橋、引水隧道、住宅等，地鐵隧道在該處還穿越富水砂卵石地層，是隧道施工的重點和難點。

該段穿越的地層主要為強～弱風化礫巖層、弱～微風化礫巖層及第四系卵石層。隧道拱、墻部位處于古河道沉積形成的砂卵石層內，含砂量45%，為中粗砂，卵石直徑 Dmax=12～15 cm，Dav=2～5 cm，＞2 cm顆粒約占全重的55%。地層富含孔隙潛水，地下常水位高于隧道拱頂7.2 m?；鶐r節(jié)理較發(fā)育，全風化至微風化，巖體較破碎存在基巖裂隙水。

2 隧道支護施工

鑒于該段地理位置的特殊性，為了更加穩(wěn)妥、安全地通過富水卵石地段，與設計等單位反復研究決定采用大管棚、超前小導管注漿、徑向錨桿、鋼格柵相結合的支護措施，確保隧道一次掘進成功。

首先對開挖面封堵注漿，防止開挖面突水坍塌。然后擴挖洞室，在拱墻部位施作30 m超前長管棚注漿并輔以單排φ42 mm超前小導管補注漿(固結范圍確保達到2.0 m以上)進行超前支護，形成棚架作用;再三臺階預留核心土人工開挖，及時施作初期支護，并在設置臨時仰拱、橫撐和豎撐加強支護確保安全的前提下，跟進徑向注漿和隧道底板注漿，擴大固結范圍和封堵初支滲水。最后，二次襯砌緊跟，完成隧道施工。

格柵斷面尺寸是 270 mm×270 mm，主筋為HRB335φ25的螺紋鋼，腹筋是 HRB335φ14的螺紋鋼，格柵間距50 cm。鋼筋網片:鋼筋直徑 φ6.5 mm，網格間距15 cm。

2.1 大管棚施工

工作室的擴挖施工:隧道 K0+000—K0+030段采用的全斷面深孔注漿，固結范圍為開挖輪廓線外2 m。擴挖段里程是K0+015—K0+025，總長10 m。該段巖石為強～弱風化巖層，局部巖層完整性良好，屬Ⅳ級圍巖。擴挖深度是初支面外擴50 cm，擴挖部分以外為洞口全斷面注漿保護層，保護層厚度1.8 m。

大管棚采用φ108熱軋無縫鋼管，壁厚6 mm，環(huán)向間距0.4 m，長30 m，管壁鉆梅花形注漿孔。大管棚采用1°～3°度外插角，鉆孔完成后清孔打設管棚，在管棚鋼管內插入4根主筋φ20的鋼筋籠。

2.2 大管棚在砂卵石中的鉆孔

大管棚施工首先是鉆孔。由于砂卵石層鉆孔易卡鉆、偏心、移位，故在砂卵石地層中超過20 m進尺的先例很少，因此打入30 m管棚施工難度極大。為了保證鉆孔成功，決定采用跟管鉆進成孔和下管同時完成的方法，避免先成孔后下管間歇時間的塌孔問題。因此，必需對鉆進設備及配套機具進行精選。

2.2.1 機具的選擇

1)鉆機:在砂卵石中鉆進10 m所受阻力較小，但超過15 m后鉆進阻力就已明顯增大。一般情況下，隨著孔深的增加，鉆進阻力會成倍增長，鉆進前10 m的速度是鉆進10～20 m速度的4倍以上。因此，我們選用HTG-100型潛孔錘跟管鉆進水平打孔專用管棚鉆機。該型鉆機給進力150 kN，扭矩5 000 N·m，動力頭行程6 m。該型鉆機長度超過7 m，安裝在可自由行走的軌道機架上，這樣鉆機安裝牢靠且移動方便，不易偏斜。

2)鉆進原理:鉆進時潛孔沖擊器振動沖擊中心鉆頭，中心鉆頭傳遞沖擊給套管鉆頭并帶動套管鉆頭鉆進。每根套管之間靠反螺紋連接，套管與回轉動力頭無連接。沖擊器與內鉆桿連接，內鉆桿連接到鉆孔所需的長度并與回轉動力頭連接，回轉動力頭通過連接頭傳遞扭矩給套管和鉆桿。

2.2.2 套管的連接形式

外套管的強度關系到能否成功鉆孔。外套管采用φ108 mm×6 mm的無縫鋼管，如果用絲扣連接，公母絲的厚度大約只有2 mm左右，不可能承受沖擊器產生的巨大沖擊力。因此用非標φ103 mm×6 mm無縫鋼管做內扣，φ108 mm管兩端車母扣，公母絲的厚度都超過3 mm，強度大大增加。

2.2.3 鉆孔工藝流程

測量定位→搭設平臺→鋪設“H”鋼軌道→設備組裝調試→空壓機安裝調試→鉆頭定位(方位、傾角)→鉆具組裝進孔→鉆進→回次加尺→鉆進→直至設計深度終孔→回取錘頭→封孔→管內及管外注漿→移至下一孔位。

2.3 超前小導管施工

超前管棚注漿孔較深，壓漿固結圍巖的效果難以保證。為了確保隧道開挖施工安全，在開挖過程中需要輔以超前小導管補注漿超前支護，避免突水、涌泥和塌方事故發(fā)生。開挖前在拱部180°范圍內打設 φ42注漿小導管，超前注漿加固。小導管長5.0 m，環(huán)向間距40 cm，縱向間距2 m設置一環(huán)，從格柵拱架中間穿入，外插角30°。小導管管壁鉆設梅花孔，孔徑 1.0 cm，間距15 cm，導管前端做成錐形，頂進端1.0 m長度內不鉆孔。導管打設完成后，與格柵鋼架焊接，并在每根導管外露端頭焊接φ20注漿球閥。

注漿方式采用劈裂注漿，注漿終壓3.5 MPa，水灰比1.0∶0.8，注漿材料為超細水泥，注漿由兩拱腳向拱頂逐漸靠攏，注漿泵采用單液漿泵。超前小導管和開挖面注漿孔布置見圖1和圖2。

2.4 開挖面及仰拱小導管封堵注漿施工

由于隧道穿越地段為砂卵石層，為保證掌子面和仰拱開挖穩(wěn)定并減少開挖過程中的沉降變形，防止砂卵石體由掌子面前方涌出，需要將開挖面和仰拱整體封堵。為便于開挖，采用纖維增強塑料錨桿注漿加固掌子面和仰拱開挖體。在開挖面上鉆孔，插入玻纖錨桿，錨桿長 5.0 m，梅花形布置，間距 1.0 m ×1.0 m，每進尺3.5 m施作一次。注漿采用鋁酸鹽水泥以提高早期強度，增加止水效果。

圖1 超前小導管和開挖面注漿孔布置

圖2 超前小導管施工示意

2.5 邊墻徑向注漿固結

邊墻初期支護混凝土施作完成后，利用初期支護混凝土作為注漿封堵墻，在邊墻徑向打設φ42注漿小導管，長 5.0 m，梅花形布置，間距 1.0 m ×1.0 m。注漿工藝同掌子面小導管注漿。

2.6 鉆孔取樣檢測注漿效果

超前管棚和超前小導管注漿及開挖體注漿、徑向注漿結束后，為摸清注漿固結效果和堵水效果，確保開挖的安全性，采用地質鉆機取芯，直觀進行檢驗。取芯深度5.0 m，分別在初期支護拱頂、兩拱腳外插角30°取三個孔，鉆孔取芯完成后，及時灌注砂漿填塞。注漿效果不理想時，需分析注漿過程中的得失，改進注漿方式、水灰比，更換注漿材料，提高注漿效果。并對不合格段進行補注漿和二次取芯檢測，直至達到理想的注漿固結效果。

2.7 采用復合式襯砌施作初期支護，設置臨時仰拱、橫撐、豎撐

采用格柵鋼架，主筋間距27 cm×27 cm，縱向間距50 cm;φ8雙層鋼筋網片，φ22縱向連接筋，環(huán)向間距100 cm，C20噴射混凝土厚度35cm。鎖腳錨管采用φ42注漿錨管，長5.0 m，2根為一組，分別在一、二臺階格柵鋼架底腳設置。鎖腳錨管打設完成后，需及時注漿，注漿參數和工藝與超前小導管注漿相同。距離一臺階開挖面2 m，設置I22橫撐和豎撐，橫撐水平設置于一臺階拱腳支護面上，豎撐在中間設置一道，橫撐與豎撐焊接，用木楔緊密填塞支撐與噴射混凝土面的間隙，每榀支撐間焊接φ42小導管加強縱向連接。二臺階開挖完成后，及時將豎撐接長至地面，初期支護完成后，在拱腳位置增設橫向水平支撐。格柵、噴射混凝土、徑向小導管注漿結束后，即可拆除所有支撐。臨時支撐見圖3。

圖3 臨時支撐示意

3 質量保證措施

1)建立完善的質量管理體系，設立質量檢查小組，現(xiàn)場設質量檢查員，隨時對施工的各個環(huán)節(jié)進行監(jiān)督檢查。定員定崗，質量責任到人。

2)做好超前地質預測預報工作，包括地質調查、TSP－203探測和超前探孔、地質雷達等。

3)施工前及過程中隨時對隧道洞頂的相關水文地質情況和水位進行調查和監(jiān)測。

4)鉆孔注漿前編制鉆孔、注漿作業(yè)指導書，設立專職質量檢查人員。

5)在超前注漿施作之前，先施作鉆孔注漿試驗孔，進行注漿參數的選定和調整，現(xiàn)場培訓直接施工作業(yè)人員。

6)嚴格按照設計參數進行鉆孔。鉆孔孔位及角度偏差符合相關規(guī)范規(guī)定。

7)注漿材料應滿足設計要求。

8)嚴格進行注漿效果檢查評定，符合要求時才能結束注漿作業(yè)，如未達到注漿結束標準時，應立即進行補孔注漿。

9)嚴格按照技術交底作業(yè)，按照注漿工藝流程施工，做好施工記錄，確保注漿質量。

10)鉆孔注漿前，對鉆孔注漿設備進行檢修、試運轉，確保設備正常使用以免影響注漿質量。

11)定期召開質量分析會議，對注漿工藝進行改進，以提高注漿質量，并組織質量教育，嚴格執(zhí)行“三檢”制度，強化工序控制。

4 安全保證措施

1)由于施工作業(yè)面存在坍塌、突水等危險，在施工作業(yè)時嚴格控制施工人員選配，抽調技術熟練的職工組成施工工班。本著精簡、干練的原則組織人員進行施工，嚴禁多余人等進入工作面。

2)技術人員、安全人員、管理人員等，組成值班小組24 h緊盯現(xiàn)場，以便及時發(fā)現(xiàn)解決施工中出現(xiàn)的技術問題，及時發(fā)現(xiàn)施工安全隱患并在第一時間采取措施排除。及時調整施工方案和各施工參數，保證施工的安全性、高效性。

3)加強監(jiān)控量測，及時上報監(jiān)測數據。加強隧道內的通風、照明，保證材料的及時正常供應。

4)組織全體施工人員進行應急預案的演練，使每個施工人員熟悉事件突發(fā)時的處治方法。

5)各項應急物資準備到位:直徑150 mm以上的圓木100根，砂袋、救生衣各20件，救生圈10個，稻草500捆。

6)逃生通道設在左側邊墻，要求道路平整、順直。沒有二襯地段鋪設直徑0.6 m鑄鐵管。作業(yè)面材料及工具要擺放有序，以利于人員順利撤離掌子面。

5 施工效果

通過采取以上措施，該地鐵隧道順利地通過了砂卵石富水地段，沒有發(fā)生坍方、涌水等地質災害。為今后類似地質情況下的地鐵隧道和其他隧道施工，提供了寶貴的施工經驗。

［1］ 北京首爾工程技術有限公司．潛孔錘沖擊跟管鉆進技術在地鐵大管棚施工中應用(工藝介紹)［R］．北京:北京首爾工程技術有限公司，2008．

［2］ 全民．淺談組合式錨桿在隧道施工中的應用［J］．隧道建設，2009，29(增刊 2):39-44．

［3］ 霍翼．鐵路客運專線黃土地質淺埋富水隧道施工技術［J］．鐵道建筑，2010(4):53-55．

［4］ 孫亮．地鐵暗挖隧道下穿雨水方溝的施工技術［J］．鐵道建筑，2010(6):67-69．