浅埋暗挖地下人行隧道下穿暗河的施工方法

　　随着社会经济的发展和城市道路网的扩展及调整，城市地下行人或行车隧道的应用越来越广泛。在繁华城区，往往居民密集、客流集中、商业繁忙、高楼林立、地下管线纵横交错，桩基等地下建(构)筑物密布，地下环境复杂多变，而这些位置恰恰又是需要修建地下工程的地方。浅埋暗挖法施工的隧道和地下工程经常下穿地下管沟、河道等，如果施工控制不当经常会造成构筑物基础破坏，甚至会造成地面塌陷、交通中断、人员伤亡等灾难性后果。近年来，因施工措施不当等原因造成管沟、河道破坏、地面沉陷等工程事故频发，产生了巨大的经济损失和严重的社会影响。因此，文章总结出一套经济合理、安全可行的隧道下穿暗河的施工方法，确保隧道施工及运营安全，为类似工程积累经验。

　　1 工程概况

　　文化中心南大街地下人行通道工程位于烟台市芝罘区，西南河路与南大街平交口下方，实现东南西北四个方向的联通，呈“井”字型布置。暗挖通道断面结构型式为三心圆拱直墙断面结构，最大跨度为 7.8m，最大高度为 6.7m。结构型式为复合式衬砌，按照浅埋暗挖法施工要求，结合“新奥法”原理设计，初期支护主要由大棚管注浆、超前小导管注浆、钢筋网、喷射混凝土、钢拱架组成联合支护体系，二衬为钢筋混凝土。通道采用“CD 工法”施工。

　　该工程处于城区中心商业住宅区，沿线车辆较多，交通量大，暗挖结构上方地下管网密集，包括给排水、通信、电力、热力、排污、地下盖板河等数十条地下管线，纵横交错，非常复杂。尤其是下穿的西南河两孔河道修建于五十年代初期，河道流水底深度约为 2.2m，基础底位于通道结构上方 1.2m 处，河道内水位高，流速快，年久失修且有渗漏现象。施工中如发生坍塌后果难以预料，极有可能出现通道内坍塌、涌水，造成路面沉陷、管线损坏、交通中断，影响交通安全。河道与地下通道的关系，见图 1。【图1】
　　
　　2 工程技术分析

　　由于本工程暗挖段埋深浅且距离河道较近，所以通道施工对河道影响显着而且快速。根据以往的施工经验影响河道安全的主要原因是施工沉降过大，河道渗流，施工中发生坍塌使河道发生破坏，从而引发道路路面塌陷、交通中断、人员伤亡等安全事故。如何控制地层沉降和坍塌是保证工程安全的主要问题。

　　本工程首先制定了以下基本原则：（1） 施工过程中不能中断和影响交通。（2）施工中控制地表沉降在 30mm 内。（3）施工过程中不影响河道排水及其结构安全。（4）施工过程中确保各种地下管线的安全。（5）没有侵入净空的地下管线不能拆迁。（6）满足业主对工期的要求。

　　之后针对存在的三大核心问题（防止河道渗漏，保证河道畅通；防止塌方；控制施工地层沉降），制定了相应的对策。总体施工思路是采取河道处理措施和通道内措施相结合的方式保证工程质量和安全。通过地质雷达扫描精确确定河道位置及河道基础土层分布情况，做好预处理工作；河道内通过导流和防水处理，降低风险，保证河道不渗漏；通道内通过针对性的辅助措施（超前加固、加密小导管、密排拱架等）防止坍塌，控制沉降，确保工程安全和道路交通安全。

　　3 关键施工技术

　　3.1 地质雷达扫描技术

　　由于地下河道年久失修，通道上方近百米范围内无井盖进入河道内检查定位，施工范围内地下管线错综复杂，故采用美国 GSSI 公司的 SIR 型地质雷达探测系统，以查明本工程区域地下管道分布状况、地下河道的分布状况，地质异常区的分布状况等。

　　探测工作以 400MHz 和 80MHz 天线为主干天线进行，以工程场地为中心，网格状布置测线，测线长度分别为 80 米和 60 米，测线间距 5 米，测线总长度 4120 米。探地雷达方法是向地下介质发射一定强度的高频电磁脉冲（几十兆赫兹至上千兆赫兹），电磁脉冲遇到不同电性介质的分界面时即产生反射或散射，地质雷达接收并记录这些信号，再通过进一步的信号处理和解释即可了解地下介质的情况。

　　现场检测数据经专用软件进行数据处理与综合分析，并通过物探地质综合解释，得到该场地地质异常区的分布状况，其中西南河河道雷达图像如图 2。由雷达图可以看出，河道位于距离测线起点东 25 米~45 米的范围内，（测线起点位于十字路口西侧人行道外 15 米处） 河道区底部填筑体的底部在距地表面约 4 米处，估计底部约有 1 米厚的填筑层。这为后期加固处理提供了依据，取得了预期效果。

　　3.2 河道导流防水处理方案

　　西南河河道一直是本工程的安全隐患，河道水流量大，河底漏渗水极易引起坍塌等重大安全事故，河底可能存在淤泥、流砂及渗流引起的空洞，必须采取处理措施。采用 2 根 Φ600 排水管架立在河道内导流，具体导流方案如图 3 所示。因河道底部为乱石灌浆基础，极不稳固，渗漏点太多，进入河道的地下水也交丰富，导流措施无法完全解决问题，进而导流的同时还要对河道底部及侧墙进行防水处理，处理后效果见图 4。

　　3.3 下穿河道时暗挖通道内施工方案

　　根据近距离下穿盖板河河道的总体施工思路，洞内具体施工措施如下：（1）大管棚超前支护，严注浆加固地层；（2）加密小导管，严防土体坍塌；（3）土方开挖时辅以超前地质探测、及时封闭掌子面等措施，保证开挖面的稳定；（4）密排拱架，控制河道基础及侧墙沉降；（5）增设锁脚锚管，严禁超挖，实时回填注浆等补强加固措施；（6）加强监控量测，坚持信息化施工；（7）制定应急预案，储备应急物资，确保环境安全。

　　3.3.1 超前支护超前支护措施的原则是充分固结初衬顶与河道基础间的土层，加固河道基础，力争使土层达到较高强度和较低渗透性，防止塌方。

　　采取大管棚结合小导管注浆超前支护加固地层，并与初期支护形成棚架结构体系，共同承受管棚上部荷载。

　　采用 覫108 热扎无缝钢管，壁厚 6.0mm，L=18m，30m，环向间距0.4m，设于隧道正洞拱部范围内，每环 25 根，注浆液为水泥+水玻璃双液浆。超前注浆小导管：Φ42 热扎无缝钢管，壁厚 3.25mm，L=3.0m，纵间距为每两榀钢支撑，环向间距 0.4m，设于拱部范围内，注浆液为水泥+水玻璃双液浆。通过河道底部时，加密小导管，实时调控施打角度与长度，形成长短结合，相互补充，较传统超前小导管注浆加固地层的范围大，更好保证土体稳定。管棚设置如图 5 所示。3.3.2 超前注浆为了防止超量沉降，必须进行超前注浆，长短管棚注浆均采用水泥-水玻璃双液浆，遇到河道底部局部淤泥特殊地质，改为超细水泥浆液。该种浆液具有止水效果好、凝结时间可调的特点，水泥水玻璃的体积比为 1：0.5~1：1.0，注浆压力 0．8～1．0MPa，施工时注浆压力需严格控制，防止出现压力过大造成地面隆起危及管线。

　　注浆之前，清理注浆孔，安装好注浆管，保证其畅通。注浆必须连续作业，不得任意停泵，以防浆液沉淀，堵塞管路，影响注浆效果。

　　注浆顺序由外向内，由上而下，注浆顺序采取由外向内，这样有效地形成挤压、密实作用，防止浆液过远扩散造成浆液浪费增加成本，同时也避免对地表建筑物造成危害。

　　3.3.3 短进尺，强支护综合工程造价、施工速度、施工安全各方面因素考虑，本工程采用 CD 工法开挖。断面分两层四室开挖，工艺流程为：左导洞开挖上台阶、留核心土；左导洞上台阶拱架及临时仰拱、网喷混凝土、架设临时竖向支撑；左导洞下台阶开挖；左导洞下台阶拱架及临时支撑、网喷混凝土；右导洞开挖上台阶、留核心土；右导洞上台阶拱架及临时仰拱、网喷混凝土；右导洞下台阶开挖；右导洞下台阶拱架、网喷混凝土。

　　采用“一掘一支”制，上下台阶每次架立格栅钢拱架一榀，格栅钢拱架间距 0.5m，严格控制开挖进尺，通过河道底部时密排拱架，将设计方案间距 50cm 缩短为 30cm，快封闭早成环，保证初衬的足够强度。

　　3.3.4 加强监控量测地下工程开挖过程中，地层中的应力挠动必然对周围土层产生影响。为及时掌握施工沉降情况，防止在施工过程中因土体开挖挠动而产生管线破损等不利情况。在过河道段地下通道施工时需对管线及其上方地表进行监测，实现信息化施工。地表沉降或水平位移均不得超过 30mm，每天发展不得超过 5mm。委托专业监控量测机构，加强量测，每天出具监测数据报表，指导施工。

　　3.4 控制沉降施工措施

　　通过增加浅埋暗挖法辅助性施工措施，控制地层沉降在极小的范围内。采取的措施如下：

　　（1）掌子面注浆加固。西南河河道基础下部地层存在砂层、淤泥层及少量空洞，地层自稳定性差，为保证开挖过程中掌子面稳定，开挖前在掌子面打设注浆管，注浆管采用 Φ42×3.25mm 钢管，L=2m，间距 0.8m 梅花形布设，注水泥-水玻璃双液浆。

　　（2）开挖支护。采用人工开挖，掌子面留核心土，施工中严格遵循“管超前，严注浆，短进尺，强支护，快封闭，勤量测”的方针。

　　（3）增设注浆锁脚锚管。格栅钢拱架架立完成后在拱脚处打设锁脚锚管。采用 Φ42×3.25mm 钢管，L=3m，每拱脚 2 根，每榀拱架均设置，注水泥-水玻璃双液浆扩大拱脚控制拱架下沉。

　　（4）初衬背后注浆。拱顶及边墙预埋设回填注浆管，为保证回填注浆效果，回填注浆管采用注浆管采用 42×3.25mm 钢管，L=0.8m，纵向间距 2m，每环设置 3 根，底部成环 3m 后开始回填注浆，注入水泥浆，以填充喷射混凝土之间及初支与围岩间空隙。

　　（5）拱顶及边墙径向跟踪注浆。为了减小围岩松弛引起的施工后地层沉降，回填注浆完成后，在拱顶、边墙埋设注浆管注浆，以弥补开挖对围岩的扰动引起的地层松弛。

　　（6） 保证交通安全。在通道上方及左右两侧 8 米范围内铺设 2cm 厚钢板，分布荷载，防止地表局部下沉过大，能保证车辆通过时的安全。联系交警部门，对原本限行的超重超载大货车进行交通管制。

　　4 结束语

　　烟台文化中心南大街地下人行通道公司是我公司承建的地质条件最为复杂，施工难度最高的地下工程，目前该工程已经顺利贯通，整个施工过程严格按照文章的技术方案组织施工，累计最大沉降 6.34mm，盖板河河道及周边管线均未受影响，证明文章技术措施行之有效。它的顺利建成将丰富烟台市地下工程的施工技术，为随后的二期工程及其他类似工程提供了成功的经验。

　　参考文献
　　
　　[1]GB50299-1999.地下铁道工程施工及验收规范[S].
　　[2]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].安徽教育出版社，2004.
　　[3]崔玖江.隧道与地下工程修建技术[M].北京：科学出版社，2005.