航空学报

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邻近既有车站小净距并行隧道施工技术研究

米发涛

中铁四局集团第三建设有限公司

摘要：随着我国城市轨道交通发展，城市地下线路建设中大量采用矿山法施工。本文以北京地铁19号线由单洞单线隧道变成单洞双线大断面隧道为工程背景，随着单洞单线隧道的间距会越来越小，隧道间的土体稳定就尤为重要。过现场监测和数值模拟对比分析了不同注浆加固范围和注浆强度等多种方案对隧道间土体的影响，综合考虑施工及经济合理的前提，提出了合理的注浆加固范围。研究结果表明：注浆加固可以有效控制超小近距暗挖隧道间土体的稳定性；随注浆强度的增大，隧道间土体的稳定性稳定性越好；综合考虑施工及经济合理的前提，注浆加固范围取隧道轮廓线外2m为宜，超小近距暗挖隧道间土体采取径向注浆为宜。研究成果可为今后类似的工程提供一定参考。

关键词：超小近距；土体稳定；径向注浆；

Study on the construction technology of small spacing parallel tunnels adjacent to existing station

Abstract: With the development of urban rail transit in China, a large number of underground lines are constructed by mining method. In this paper, the engineering background of Beijing Metro Line 19 is that the single hole single line tunnel becomes single hole double line large section tunnel. With the spacing of single hole single line tunnel becoming smaller and smaller, the soil stability between tunnels is particularly important. Through the field monitoring and numerical simulation, the influence of different grouting reinforcement range and grouting intensity on the soil mass between tunnels is analyzed, and the reasonable grouting reinforcement range is put forward based on the premise of comprehensive consideration of construction and economic rationality. The results show that the grouting reinforcement can effectively control the stability of the soil between the ultra-small and close excavation tunnels; with the increase of the grouting strength, the stability of the soil between the tunnels is better; considering the premise of construction and economic rationality, the grouting reinforcement range should be 2m outside the contour line of the tunnel, and the radial grouting should be adopted for the soil between the ultra-small and close excavation tunnels. The research results can provide some reference for similar projects in the future.

Key words: Super small close range; Soil stabilization; Radial grouting

1工程概况

北京地铁19号线一期工程新宫站～新发地站区间隧道下穿既有4号线新宫站，区间正线隧道采用暗挖法施工；既有站西侧C型隧道为两净距极小的拱顶直墙隧道；下穿工程平面示意图如图1所示,下穿工程纵剖图（1-1剖面图）如图2所示。根据地勘资料，下穿段地质主要为杂填土、粘质粉土、粉细砂、卵石圆砾、粉质粘土地层，隧道拱顶为粉细砂层，隧道洞身以卵石圆砾地层为主。

图1  下穿工程平面示意图

Fig.1  Plan of Underpass project

图2  下穿工程纵剖图（1-1剖面图）

Fig.2  Longitudinal section of Underpass project (1-1 section)

盾构井至既有站西侧之间C型隧道为两小间距并行隧道。其中，临近既有站5.3m范围内为C2型加强断面，其断面尺寸为6.5m×9.06m，两隧道净距仅为160～592mm。C2断面西侧至盾构井之间为C1型断面，其断面尺寸为6.5m×7.26m，两隧道净距仅为592～1263mm。C1型及C2型隧道断面详见图3及图4所示。

图3  C1断面示意图（单位 ：mm）

Fig.3  C1 section diagram of concealed excavation section between Xingong station and Xinfadi station (unit: mm)

图4  C2断面示意图（单位 ：mm）

Fig.4  C2 section diagram of concealed excavation section between Xingong station and Xinfadi station (unit: mm)

由于两隧道净距较小，后开挖隧道会对先开挖隧道围岩应力场产生扰动，造成围岩扰动的叠加，加大围岩失稳的风险。同时，两隧道同时并行开挖极易导致中夹岩柱失稳[1～4]。除此之外，本工程新建隧道洞身为北京地区典型的卵石圆砾地层，其卵石粒径较大且分布随机、粘聚力几乎为零、开挖过程中易发生坍塌，导致既有站出现变形[5]，因此，对本工程施工技术进行深入研究是十分必要的。

实际施工中多通过确定合理的开挖顺序、开挖工法、后开挖隧道滞后距离及对新建隧道周围地层进行注浆加固来保证新建隧道的安全。

2小净距并行隧道施工方案

2.1 施工流程

区间临近既有站暗挖段（C型断面），隧道初支开挖前采用WSS后退式深孔注浆加固土体，加固范围为初支开挖轮廓线外2m，注浆浆液为水泥水玻璃双浆液。C1及C2断面注浆示意图分别如图5、图6、图7及图8所示。暗挖初支采用上下导洞法施工，初期支护采用钢筋拱架（纵向间距0.5m）+C25喷射混凝土，钢格栅间采用HRB400级C22钢筋纵向连接成整体，环向间距1m，内外梅花形布置。

施工竖井主体结构完成后，先进行新新区间右线C断面上导洞初期支护施工，进洞3～5m之后，进行右线C断面下导洞初期支护施工，下导洞进尺10～15m之后，进行左线C断面上导洞初期支护施工，开挖3～5m之后再进行下导洞施工。C断面开挖至既有站围护桩后，挂网封闭掌子面。待左右线C断面施工完成后，再进行下穿段B断面的初期支护施工。

图5  新新区间C1断面注浆孔位示意图

Fig.5  Schematic diagram of grouting hole location in section C1 of Xinxin section

图6  新新区间C1断面注浆示意图

Fig.6  Schematic diagram of C1 section grouting in Xinxin section

图7  新新区间C2断面注浆孔位示意图

Fig.7  Schematic diagram of grouting hole location in section C2 of new section

图8 新新区间C2断面注浆示意图

Fig.8  Schematic diagram of C2 section grouting in Xinxin section

2.2深孔注浆加固地层

2.2.1注浆试验

为保证隧道下穿工程顺利进行、保证工程质量。通过室内试验及现场试验来完善深孔注浆方案，现场取施工竖井至新宫站方向右线C型断面10米为试验段，试验段断面注浆示意图如图7所示。

（1）室内试验

为选择合适的浆液及配比，首先分别在不同水灰比的水泥浆液中加入不同体积的水玻璃，对其凝结时间、流动性等参数进行测试，确定不同比例混合浆液的初凝时间。其次，将凝固后混合浆液制成试件，并对试件进行抗压强度试验，从而确定适合下穿段注浆材料的最佳参数。最后，在施工现场对室内试验确定的最优配合比混合浆液进行土体注浆固结试验，选择适用于本地层加固的配合比进行现场施工。

（2）现场试验

现场通过载荷试验对注浆效果进行检验。

止浆墙采用C25喷射混凝土，混凝土喷射厚度为30cm，中间铺设一层钢筋网片（HPB300Φ6@150mm×150mm）。C1试验段采用水泥～水玻璃双液浆。试验段注浆示意图如图9、图10所示

图9  试验段注浆孔位布置示意图

Fig.9  Layout of grouting holes in test section

图10  试验段注浆示意图

Fig.10  Grouting diagram of test section

（3）注浆结束标准和注浆效果评定

①注浆结束标准

a.注浆压力逐步提高，达到设计终压并继续注浆10min以上；

b.单孔注浆量与设计注浆量大致相同；

②注浆效果

注浆孔全部注浆完成后，进行注浆效果检查和评定，通过打检查孔来判断注浆质最，钻去岩心，观察浆液填充情况，若不合格时，应补孔注浆。

2.2.2注浆参数确定

经过注浆试验，确定在含水的粉土、粘土、砂卵石类土层采用水泥～水玻璃双液浆为注浆浆液。注浆压力控制在1.0～1.3MPa，地层注浆加固后单轴无侧限抗压强度应不小于0.8MPa。

2.3C型断面初支施工

区间C型隧道马头门破除顺序示意图如图11所示。

（1）马头门破除

1）先开槽破除①号部位，破除完成后，安装拱部格栅，喷射混凝土，而后破除②、③号部位初支混凝土，安装临时仰拱格栅，喷射混凝土。待③号部位进尺5~6m后，破除④、⑤号部位初支混凝土，安装⑤仰拱格栅，喷射混凝土。

2）马头门开洞时连立三榀钢格栅，首榀格栅设置在围护桩内，并采用“L”形连接筋与围护桩主筋有效连接。

3）由于隧道侧壁距离竖井初支侧壁间距较近，破除区间隧道马头门时严格控制破除轮廓，确保竖井和横通道初支结构稳定。

图11  新新区间马头门破除顺序示意图

Fig.11  Schematic diagram of breaking sequence of horse head door in new and new section

（2）隧道开挖

本区间暗挖段矿山法隧道采用台阶法施工。隧道土体开挖过程中及时施作初支及临时仰拱等支护结构。在施工期间加强区间隧道监测，根据监测数据采取相应的措施，确保区间结构安全。施工步骤如下：

隧道开挖前进行全断面深孔注浆。若深孔注浆效果未达到设计要求，使用DN32，t=2.75，L=2m的小导管补偿注浆，环向间距300mm；采用台阶法预留核心土环状开挖上半断面，施作初期支护及锁脚锚管；滞后上导洞23m以上，开挖核心土并施做临时仰拱；滞后上导洞35m以上开挖下台阶，并施做初期支护，快速闭合成环。上台阶预留核心土，且各台阶根据土层稳定情况采用1:0.7放坡。各掌子面开挖间歇时间超过12小时的挂网喷射100mm厚C25混凝土封闭掌子面，采用直径6mm钢筋网片。

图12 开挖纵向施工示意图

Fig.12  Excavation longitudinal construction diagram

2.4 初支背后回填注浆

（1）初支施作完成后应及时进行初支背后充填注浆。

（2）初支背后充填注浆应跟随开挖工作面，在距开挖工作面（下台阶）5m的位置进行，且不宜超过该距离。

（3）初支背后充填注浆孔的布置应适当较设计要求，加密布置，环向间距：起拱线以上为1.5m，边墙为2m；纵向间距为2.5m，呈梅花型布置。

3施工监测

（1）初期支护结构拱顶（部）沉降监测

拱顶沉降观测点滞后于开挖面约1m位置布置，布置在拱顶最高点，每隔3m设置一道，拱顶沉降监测点位示意图如图13所示。

（2）收敛监测

隧道上下层，每隔3m，设置一道净空收敛监测点C型断面初支最大沉降监测数据变化图如图14所示。由图易得，C型隧道初支施工完成后沉降最大值为-9.04mm。

图13  C型断面初支监测点位示意图

Fig.13  Schematic diagram of monitoring points of the first branch of section C

图14  C断面初支最大沉降监测数据变化图

Fig.14 Change diagram of the maximum settlement monitoring data of the first branch of section C

4 结论

（1）在条件制约，且地质条件良好时,小净距隧道明显优于双侧壁导坑法隧道，小净距隧道具有施工难度底、施工速度快的优势。

（2）小净距并行隧道施工前，必须对土体进行加固，土体的价值质量直接制约着施工安全性。由于两隧道间净距过小，土体自稳性及支护结构的受力较一般隧道复杂，依次需要通过注浆加固地层，改良隧道中间夹层土的稳定性。

（3）小净距并行隧道前期施工的难点主要是深孔注浆的压力和注浆质量的控制。现场必须结合地层情况，经过现场深孔注浆试验段得到合理注浆参数，方可组织下一阶段施工。

（4）小净距并行隧道施工的重点是如何优化工序和工序组织，合理的开挖步距、错开步距、回填注浆时间等，均对隧道的变形有较大影响，需要严格控制回填注浆的时机，减小隧道开挖引起的地层及地表沉降变形量。

（5）在深孔注浆的过程中，如果出现漏浆，渗浆，跑浆等现象，应间歇性注浆或观察压力表是否达到要求，避免压力过大造成既有初支结构变形，影响结构稳定和安全，要勤观察。

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