地铁暗挖隧道下穿108国道的关键施工技术

地铁暗挖隧道下穿108国道的关键施工技术

李军锋

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    摘要：西安地铁16号线地铁暗挖隧道埋深浅、围岩弱，且地下水丰富、下穿既有国道，施工过程中，通过对施工方案的不断优化，采取优化后方案，注浆、开挖和支护、同时采取监控量测等信息，以便动态的指导施工，顺利洞通完成施工任务。

关键词：浅埋暗挖隧道；下穿；国道108；施工技术。

    一、前言

随着国家的日益发展，各大省会城市的地铁也在一轮又一轮的规划和实施中，在建设过程中，经常会出现地铁暗挖隧道下穿铁路、公路、桥梁、河流等情况。如何在保证不影响既有道路通行、又不影响施工安全的情况下，进行结构物的施工，就成为我们工程人不得不面对的技术难题。下面就西安地铁16号线地铁暗挖隧道成功下穿108国道的成功案例与大家交流。

二、工程概况

（一）设计简况

西安地铁16号线起点补风井～沣东小镇站暗挖段位于108国道与沣泾大道交叉口，区间里程DK23+524.450～DK23+701.821，暗挖隧道长度177.371m，区间线间距14m，设计开挖断面尺寸高6.52m×宽6.28m，最大埋深19.7m，隧道与108国道交叉角度为152°，左线穿越长度为25.8m，右线穿越长度为30.8m，隧道覆土约12.42m～13.25m。

（二）地质情况

根据钻孔揭露，本区间位于漫滩，场地范围主要由第四系全新统人工填土、冲洪积黄土状土、细砂、中砂、粗砂，第四系上更新统冲击粉质粘土、细砂、中砂构成。暗挖区间隧道穿越地层主要为中砂、粉质粘土层等。

（三）水文情况

根据钻探揭露的场地地下水为第四系松散层孔隙潜水，含水层主要为第四系砂层。场地地下水静止水位标高介于385.38～386.56m，水位埋设11.5m，地下水年水位变幅2～3m。隧道底位于水位线以下约9m，施工时需采取降水措施。

三、方案比选优化

（一）方案一：当隧道开挖距108国道公路路缘约10m时，停止开挖，对108国道通行道路进行改移，修建临时道路绕行通行，在下穿段施工结束后，恢复108国道交通。该方案优点是通行车辆与下穿隧道施工相互不干扰，安全性可靠。

（二）方案二：在隧道下穿108国道施工期间，根据位置关系，采取半幅封道方式，也就是当隧道下穿施工至108国道左侧道路时，对左侧道路进行封闭，右侧道路通行。相反，当隧道下穿施工至108国道右侧道路时，对右侧道路进行封闭，左侧道路通行。该方案确保隧道下穿期间洞内施工安全以及行车安全。   

（三）方案三：在初衬和二衬施工完成的情况下，在场内上方修筑临时道路，车辆从施工完成后的上方临时道路上通行，也确保施工安全和行车安全。

经过邀请专家、属地部门论证，根据现场实际情况，方案一道路改移需经过一处加油站、有高压线、且征地困难，成本高，方案不可行；方案二考虑到车流量大，路面宽度较小，后续堵车严重，方案不可行；方案三考虑到施工进度情况，场地还要一分为二，且还需征地和二次交通疏解，方案不可行。针对以上论证情况，提出方案四。

（四）方案四：采取对下穿段隧道支护进行加强支护措施，初支厚度为由0.25m变为0.3m，钢拱架主筋由22变为25，设置一道临时仰拱，同时，下穿108国道范围内地面铺设钢板，减小车辆对隧道的震动，对该段道路设置施工标志、限速标志和警示标志，派专人对过往车辆进行导流疏解。同时，严格控制开挖进尺，紧密衔接各个工序，加强超前注浆，做好监控量测。

四、关键施工技术

施工遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的原则，施工工序严格遵守“先排管、后注浆、再开挖，注浆一段，封闭一段”的原则。根据要求，地表沉降要控制在25mm内，变形速率不能大于3mm/d。为减少隧道施工对108国道的影响，确保施工安全，在下穿段施工时采取以下关键技术措施。

（一）对围岩的加固施工技术

（1）预加固施工技术

对下穿段开挖的围岩上台阶提前进行预加固，沿拱顶布设注浆管，环向间距为0.4m，预留的核心土范围间距为1m，外插角10°～15°，每段加固长度不能大于15m，开挖时，应留有纵向的搭接长度，至少为1m，完成一循环后，挂网封闭掌子面，继续进行上台阶的预加固，直至下穿段施工完成。

（2）小导管注浆加固施工技术

超前注浆小导管采用∅42mm焊接钢管，壁厚3.5mm，每根长度2.5m，环向间距0.4m，纵向间距1m，外插角20°～25°，拱部150°范围布设，以确保围岩的整体性和稳定性。

（二）开挖支护施工技术

注浆完成后，进行开挖支护，先开挖上台阶土体，预留核心土，开挖进尺均控制在0.55m内，上下台阶距离控制在5m，每循环开挖完成后，快速对开挖面和掌子面进行初喷封闭，以减少围岩暴露时间，及时施作初期支护，拱架采用主筋为25的钢拱架，间距0.5m，全环布置；拱脚设置4根∅42mm缩脚锚杆，长度为3m，以减少拱架下沉；钢筋网采用∅8mm钢筋，网格尺寸0.15m×0.15m，单层布置；临时支护采用I20a工字钢，每榀布设；初喷厚度0.3m。

（三）衬砌施工技术

为确保施工安全，及时施作仰拱，支护尽早闭合成环，整体受力，确保支护结构稳定。根据现场实际情况，由原方案的两边开挖，调整为一面开挖，另一面在初期支护收敛变形趋于稳定后开始二衬施工，二次衬砌采用整体式台车，单次施工长度为9m，下穿段施工时二衬距掌子面的安全距离满足要求。

（四）监测施工技术

根据相关要求对隧道下穿地段进行监测，具体内容有地表沉降、人工巡查以及隧道自身的监控量测，施工期间通过反馈的监控量测信息及时调整施工参数，以确保支护体系的安全，保证地表最大沉降小于25mm内。

（1）测点布置

施工前，在108国道路面上由隧道中线向两侧布置测点，每5米1个测点，每个断面共7个测点，共布置6个断面。

隧道洞内监控量测每5米1个测点，每个断面共布置7个测点，拱顶1个测点，拱腰及边墙各布置6个测点。

（2）量测频率

地表沉降与位移观测频率在隧道下穿前3d（1次/d），在隧道下穿施工期间1次/d；在下穿结束后1次/周，一个月后结束。

洞内监控量测频率按照2次/d，异常情况下可增加监测频次。

（3）监测方法

监测方法根据监测对象和监测项目的特点、工程监测等级、设计要求、精度要求、场地条件和当地工程经验等综合确定。监测点数据使用全站仪、精密水准仪、游标卡尺及钢尺等监测，现场记录，计算采用文档电子表格公式计算。

（4）监测预警等级

根据《西安城市轨道交通工程监测技术规范》（DBJ61-98-2015），监测预警等级分为两级，变形监测的累计值和速率值指标均达到监测控制值的70%时，进行预警；变形监测的累计值和速率值指标均达到监测控制值的85%时，进行报警。

（5）监测结果分析

在施工期间，通过不间断的监测并对数据进行分析，得出监测结论：洞内监控量测最大累计沉降量为15mm，最大沉降速率为3mm/d，最大累计收敛量10mm，最大收敛速率为2mm/d；路面最大累计沉降量为10mm，最大沉降速率为1.5mm/d，各项监测数据指标均在规定范围内。

五、结论

西安地铁16号起点暗挖隧道下穿108国道施工时，通过预加固和小导管注浆加固地层、加强初期支护、交通管控等措施及方法，有效的控制了围岩的变形，保证了施工过程中的安全，顺利完成施工任务。

参考文献

［1］《西安地铁16号线一期工程 起点~沣东小镇区间暗挖区间主体结构图》 中铁第一勘察设计院集团有限公司；

［2］《西安地铁16号线一期工程 （沣东小镇~能源三路）初步设计阶段周边环境现状评估报告》长安大学 2020年2月；

［3］《地铁暗挖隧道注浆施工技术规程》（试行）（DBJ01-96-2004）；

［4］《西安城市轨道交通工程监测技术规范》（DBJ61-98-2015）。