基于超浅埋暗挖法施工的城市地下空间环路研究

摘要：地下空间环路工程在地面条件允许的情况下，优先采用明挖法；当实施前现场已存在地面道路及管线等诸多限制条件时，为最大限度确保现有道路的部分交通功能要求，减小对既有道路设施及管线的影响，地下环路过路段尽可能采取暗挖工法实施。暗挖段超前支护优先采用管幕，管幕实施困难或无法实施段采用双层超前管棚。隧道埋深较小，采用地表进行掌子面加固和侧面加固，沿隧道纵向掌子面加固为抽条式，侧面加固为连续式。

关键词：地下空间环路、超浅埋暗挖法；管幕；管棚；地表加固；CRD法；监测；

一、概述

随着我国社会、经济的不断发展，人口日益增多的矛盾在不断激化；城市综合体的运行及发展受到土地、环境、资源等众多因素制约日益艰难。城市高空发展理论进一步启发了城市向下发展的思维，往后的城市建设逐渐形成了以地面建设为基础，向上、向下同步发展大思路，这也使得新型城市发展趋于立体化。地下空间作为优质资源必须开发，地下工程大发展已是世界建筑界主流，地铁、地下环路等建设是重要组成部分。

城市地下工程建设采用的明挖法严重干扰交通、破坏环境，地面大量的建筑物与管线的迁改已不具备实施可能，且拆改费用巨大难以承受。盾构法也曾尝试解决这些问题，但其存在灵活性差，因地层出现变化而产生不适应，断面不容许改变，造价昂贵等缺点。浅埋暗挖法与其他方法相比具有显著优点；与明挖法相比具有拆迁占地少，不扰民，不破坏交通环境及周围环境，节省大量拆迁投资等问题；与盾构法相比，具有简单易行，无需多种专用设备，灵活方便，适用于不同地层，不同跨度，不同断面等优点。在城市地下空间建设中，应根据实际情况选择合适的施工方法；随着暗挖技术的不断改善，人们环境保护意识的不断提高，施工方法的不断优化，暗挖法普及程度也越来越广泛。本文从超浅埋暗挖法中的管幕（棚）法支护及CRD法开挖出发，研究其在城市地下空间环路中的应用。

二、暗挖环路隧道设置原则

1、总体原则

综合考虑地下空间环路的主环及匝道处地质条件、埋深、长度、断面、平纵曲线半径及接口位置等条件，对暗挖环路隧道总体布置原则如下：

（1）匝道单车道宽度因平曲线半径过小而存在较多的渐变断，隧道暗挖结构净宽断面从7.6m-8.2m不等，匝道暗挖段按最大断面包络。

（2）隧道上部设有风道，风道面积按不小于6m2计。

（3）拱顶最小覆土厚度按1.5m左右控制。

（4）匝道暗挖与明挖接口处预留2m结构转换，结构转换在明挖段内实施。

（5）暗挖段超前支护优先采用管幕，管幕实施困难或无法实施段采用双层超前管棚。

（6）隧道段均采取地表降水，降水水位应低于环路底以下不小于3m。

2、加固原则

当环路隧道埋深较小，暗挖段位于既有道路下方，具备地表加固条件时，对暗挖环路加固原则如下：

（1）在地面引孔后采用高压旋喷桩加固。

（2）地表加固分为掌子面加固和侧面加固，沿环路纵向掌子面加固为抽条式，侧面加固为连续式。

（3）加固底不小于仰拱下5m。

（4）环路隧道掌子面采用玻璃纤维中空注浆锚杆控制掌子面的稳定。

三、暗挖环路隧道设计

1、断面设计

（1）隧道均采用直墙拱型断面，侧墙与明挖段风格一致。

（2）车道内结构净高为4.5m，车道限界为3.5m。

（3）风道与车道采用30cm厚混凝土板分隔。

2、衬砌设计

（1）匝道单车道隧道衬砌类型根据管幕设置方式和超前管棚布置不同划分。

（2）隧道初支均采用28cm厚喷射混凝土+工20b型钢。

（3）隧道二衬均采用55cm厚钢筋混凝土。

3、加固设计

（1）侧墙加固沿暗挖环路隧道两侧连续，掌子面加固体为抽条式。

（2）衬砌侧墙加固体厚为3.8m，掌子面加固体厚度为3.1m。

（3）暗挖起、终点处掌子面加固体厚度为6m。

（4）隧道掌子面打设玻璃纤维中空注浆锚杆。

（5）玻纤锚杆布置间距为1mx1m，上下排交错。

（6）玻纤锚杆长度=相邻掌子面加固体间距+相邻加固体总厚度。

4、开挖设计

（1）隧道衬砌后采用CRD开挖。

（2）台阶处和拱脚处均设锁脚钢管。

5、防水设计

（1）隧道暗挖段均采用全包防水。

（2）环向施工缝设外贴止水带和止水条，纵向施工缝设止水钢板和止水条。

（3）变形缝设外贴止水带和中埋止水带，并嵌缝处理。

6、隧道接口设计

（1）明暗挖结构在明挖段进行结构转换。

（2）明挖段结构转换梁后的临近暗挖处的断面与暗挖隧道断面一致。

四、管幕法施工

1、钢管施打

将角铁或型钢按一定的参数焊接在待施工的钢管外侧，形成锁口或榫卯结构，采用具有顶进和旋转功能的钻机将钢管沿隧道的设计角度或轨迹施工至预定位置，相邻钢管通过锁口或榫卯结构横向互锁，多根钢管的纵向排列和横向扣接形成管幕。

2、管内注浆

钢管施打完成后通过注浆等方式将钢管内外及锁扣（榫卯）间隙填充固结后形成连续、整体的幕墙结构，提供对暗挖空间的隔断、止水和支撑的安全保护。施工过程通过水位测量及非对称纠偏技术保证管幕施工精度，通过出土量控制、钢管顶进模式调整、监控量测及注浆等有效措施使得管幕施工期间沉降基本为零，有效保证既有道路的正常运行。

五、交叉中隔壁法（CRD法）施工

1、施工顺序

CRD法施工顺序如下图所示：

（1）首先开挖左侧上导坑区域1，施工初期支护及临时支撑Ⅰ；

（2）开挖左侧下导坑2，施工初期支护及临时支撑Ⅱ；

（3）开挖右侧上导坑3，施工右侧初期支护及临时支撑Ⅲ；

（4）开挖右侧下导坑4，施工初期支护及临时支撑Ⅳ；

（5）初支封闭成环后及时施作边墙、仰拱钢筋混凝土结构Ⅴ及仰拱填充 Ⅵ；

（6）浇筑剩余部分拱墙二次衬砌Ⅶ；

（7）施做路面结构及沟槽等附属结构Ⅷ；

2、施工要点

（1）在二次衬砌施工之前，应密切关注初期支护及临时支护变形监控量测结果，如支护结构变形异常应立即增设横向及竖向支撑，确保安全。

（2）为确保施工安全，上导坑1、3部的开挖循环进尺控制为1榀钢架间距（0.6-0.75m），下导坑2、4部的开挖可依据地质情况适当加大。仰拱一次开挖长度依据监控量测结果、地质情况综合确定一般不应大于6m。

（3）中间支护系统拆除时间应考虑其对后续工序的影响，通过围岩监控量测确定。当变形在设计允许范围内，严格考证拆除安全性之后，方可拆除。同时注意后续作业的及时跟进。如围岩稳定条件满足设计要求，临时支撑可在仰拱混凝土浇筑前一次性拆除，一次拆除长度依据仰拱浇筑长度确定（一般为4-6m）。

（4）中隔壁混凝土拆除时，要防止对初期支护系统形成大的振动和扰动。可采用风镐由上至下逐榀拆除钢支撑之间的喷射混凝土，以及临时支护与初期支护连接部位附着在钢架上的喷射混凝土，临时钢构件采用气焊烧断。

六、监测量测

1、监控量测方法

（1）对开挖掌子面进行观察、地质素描，对围岩及初期支护表面进行观察。

（2）拱顶下沉量测，在中隔壁的两侧开挖拱顶各设一个测点，采用水平仪测其下沉量。

（3）周边收敛量测，根据需要在洞内拱脚、最大跨度线、边墙角等处布设水平基线，采用收敛仪量测。

（4）拆除中隔墙及临时仰拱过程拱顶下沉及周边收敛需量测监控。

（5）根据规范和设计要求，制定监控量测断面间距及量测频率等量测方案。

（6）施工测量组和监控量测组负责量测、数据整理、绘制回归曲线并及时反馈，以采取相应技术措施。

2、监测点布置

拱顶下沉和净空收敛的测点布置于同一个断面；按照V级围岩每5m，TV级围岩每10m，III级围岩每30m，I级围岩每50m布置。拱顶下沉测点原则上应布置在拱顶轴线附近，底部隆起观测点布设在仰拱中心，与拱顶下沉观测点在同一量测断面，拱顶下沉及净空变化量测点布置见下图。

七、实施总结与展望

1、实施总结

（1）匝道道路平曲线半径小，隧道采用管幕支护条件受限，采用“一”字型管幕设置时对工作井宽度要求高，因此管幕设置长度较短且仅在隧道两端或一端设置，暗挖中间段以超前管棚支护为主。

（2）管幕支撑刚度大，控制变形好，因此在匝道两端优先采用管幕支护，在非管幕段暗挖隧道一般沉降变形会较大，易导致地面道路结构破坏，暗挖施工完成后对影响范围内的地面道路路面结构二次施工可能性较高。

（3）隧道暗挖时必须采取降水措施，方便工程施工和降低施工风险。

（4）地表旋喷桩加固对控制暗挖隧道变形和降低隧道塌方风险的作用非常明显，在有条件时应尽量实施；地表旋喷设备小，施工速度快，旋喷施工时选取临时或局部区域进行交通疏解即可。

（5）对于匝道与主线连接处，由于主环施工时未按暗挖进行结构和围护预留，在与匝道暗挖相接处主环结构和围护需根据每个接口情况进行针对性设计变更。

（6）由于暗挖段隧道覆土厚度较薄，隧道暗挖时务必加强路面重型车的运营管理。

2、展望

本研究系统阐述了基于超浅埋暗挖法中的管幕（棚）法支护及CRD法施工在城市地下空间环路中的应用。并从设计、施工等多维度实践，创新系统地提出城市地下空间环路超浅埋暗挖法方案，适用于城市道路平曲线小半径、超浅覆土条件、全长Ⅵ级围岩土、隧道结构断面变化多及异型节点多、部分区段距离新建高层建筑物相对较近等诸多情况，为后续类似工程施工提供宝贵经验。

参考文献：

[1]地铁风井暗挖横通道CRD法施工要点探讨---潘宏.

[2]改良CRD法在浅埋暗挖隧道施工中的应用---杨开鑫.

[3]小远亭隧道交叉中隔壁法施工方案---中铁一局.

[4]地铁隧道浅埋暗挖法施工技术---刘冰.