地铁矿山法重叠隧道施工技术

地铁矿山法重叠隧道施工技术

中图分类号：u455文献标识码：a文章编号： 一、工程概况与地质条件

广州地铁八号线昌岗中路站至沙园站区间矿山法隧道线路出昌岗中站后，随即下穿宿舍楼和宏基广场，进入沙园站。

昌沙区间隧道左线长824.582m，断面面积34.3～45.53m2（见图1及图4），主要穿越ⅲ、ⅳ级围岩。

图1重叠隧道断面

本区间土、岩层从上到下主要有：〈1〉人工填土；〈4-1〉粉质粘土层；〈5-2〉残积硬塑状粉质粘土层；〈6〉棕红色粉砂质泥岩全风化带；〈7〉棕红色粉砂质泥岩强风化带；〈8〉棕红色粉砂泥质中风化带；〈9〉棕红色粉砂质泥岩微风化带。

隧道洞身下穿地层主要从强风化〈7〉、中风化〈8〉、微风化〈9〉中通过，局部地段拱顶位于〈5-2〉、〈6〉地层中。 隧道洞身穿过的岩层完整性较好，岩石强度较低。 二、工程特点、重难点

1、上下重叠：昌沙区间由起点隧道平行渐变为上下重叠，其中ydk11+530～ydk11+804段最小净距仅为0.974～2.997m。 2、与既有建筑物的相互干扰

昌沙区间隧道从密集的房屋下方穿过，大多数房屋的基础为天然扩大基础，部分房屋为桩基础。位于隧道上方的桩基础，最小净距5.8

米，位于隧道侧面的桩基础，最小净距1.2米。区间隧道穿过密集房屋地段，上覆土层厚约10～20m，加之许多房屋的使用时间很久，现已经出现了不同程度的破损，隧道邻近建筑和桩基施工，极易出现结构开裂，甚至倒塌破坏的事故。 三、重叠隧道施工技术 （一）重叠隧道施工方法概述 1、重叠隧道施工方法

区间隧道主要穿越地层为ⅲ级和ⅳ级围岩，故采用分上、下断面的正台阶爆破开挖，见图2、图3。

a、下洞施工

台阶法开挖，钻爆法开挖，采用挖掘机装渣，农用车出渣，施工工艺流程参见图5。 b、上洞施工

上洞隧道也主要采用台阶法进行开挖，考虑两重叠隧道净距较小，上洞荷载对下洞影响，且减少上洞爆破对下洞已完初期支护的影响，对上洞隧道采用掏槽法开挖，而且重叠段施工爆破影响的重点就在上洞隧道上台阶的开挖控制。本隧道采用控制爆破技术，将掏槽区尽量靠近断面顶部。 2、施工竖井进洞方法

施工竖井兼轨排井开挖至右线隧道上台阶标高后停止开挖右线部分，继续开挖左线部分至上台阶标高后停止开挖，具体见图4。

然后破壁开挖左线隧道往沙园方向及往昌岗中路方向开挖初期支护100米后，开始往两个方向开挖右线隧道上台阶。 3、施工工艺流程

根据本重叠隧道所处的周边环境及水文地质条件，经设计针对性的受力分析确定必须先进行下洞开挖初期支护，并封闭成环50米后，再进行上洞施工，其施工工艺流程见图5：

4、爆破设计

针对工程地质情况和地面环境条件，进行钻爆设计。 （二） 隧道超前支护、初期支护 1、支护参数

重叠段隧道采用φ42小导管、锚、网喷混凝土+钢格栅联合初期支护。隧道穿越的地层为ⅲ、ⅳ级围岩。重叠段断面形式主要有重叠a1、a2、a3、a4、b、c1、c2、c3、c4、c5等形式，主要断面a1、c5断面的初支参数见表1。

2、超前支护 （1）超前注浆小导管

本重叠隧道超前支护主要采用ф42超前注浆小导管，l=3.5m，拱部120°范围内环向间距0.3m，超前小导管用ф42钢管加工成长3.5m，除尾部1m外，沿管壁间隔100~200mm 梅花型布置φ8mm的

压浆孔。注浆顺序由下向上，按配合比1:1单液水泥浆进行注浆（地下水较丰富时，加入水玻璃，进行双浆液注浆）。注浆采用注浆泵压注，注浆压力为0.3~0.5mpa。 ①施工工艺流程见图6。

②施工方法

超前注浆小导管在初喷混凝土完成后，格栅钢架安装前施作。钻孔采用yt-28风动凿岩机钻孔。 （2）初期支护

本重叠隧道系统支护由系统锚杆+格栅拱架+网喷混凝土联合组成初期支护体系。系统锚杆采用手持风动凿岩机钻孔，泵注砂浆；钢架及钢筋网片洞外预制，在开挖作业面人工组装，各节钢架间应以螺栓连接拧紧；喷混凝土采用湿喷工艺。 1）锚杆施工

系统锚杆采用φ22砂浆锚杆l=3.0m，拱墙布置梅花形布置，间距为0.5m~1.0m。系统锚杆采用手持风动凿岩机钻孔，泵注砂浆。为阻止在右线上洞隧道开挖过程中引起的偏载影响，在左线下洞隧道施工上台阶时需在两侧施工加长锚杆，右线上洞隧道在开挖下台阶时及时施工其底部加长锚杆。 2）钢架施工

本工程钢架主要有格栅钢架及型钢钢架两种。 3）喷混凝土

喷混凝土采用湿喷工艺，工艺流程详见图7所示。

（4）回填注浆

对于本重叠隧道工程，净距较小，在后建上洞隧道的爆破震动影响下，先建的下洞初期支护和围岩可能出现一定松动，初支背后的二次回填注浆可有效弥补这一缺陷，确保工程质量。 （3）隧道临时支护施工

为确保重叠隧道开挖初期支护阶段的稳定，暗挖隧道在下洞架立了临时钢架（见图8），以抵抗上洞隧道施工时的荷载及爆破震动。临时钢架间距与初期支护格栅钢架间距一致。并根据监测情况，决定是否加密临时钢支撑。

必须对下洞在上洞隧道掌子面前、后50米范围内的临时钢架架设完成后，方可进行上洞隧道的施工。临时钢支撑在加工场加工，洞内拼装。利用脚手架即将支撑拱部钢架安设于设计位置，然后连接两侧支撑，并将支撑底部连接板焊接在初期支护格栅内侧2根主筋上，底部除与初期支护格栅焊接牢靠外，可根据现场情况适当回填砂石，增加底部的稳定性。直撑与拱部型钢钢架连接板处用螺栓连接牢固。型钢之间用纵向连接筋连接牢固，环向间距1000mm，内外交错布置，形成整体。架立后，检查拱部型钢钢架是否与初期支护密贴，未密贴处采用木楔卡紧。 五、重叠隧道施工技术小结

矿山法重叠隧道属于风险较高的隧道施工，而且本重叠隧道最小净距0.974m，为目前已知的最小净距矿山法重叠隧道，经工程类比，数值模拟，精心施工和严密监测，得到以下成果： 1、重叠隧道施工顺序

从地表位移和结构内力都以先施工下洞方案较为有利，同时参考深圳地铁重叠隧道修建的经验，在本工程中，确定按先施工下洞、后施工上洞的顺序进行施工。 2、重叠隧道各工作面合理间距

经计算分析重叠隧道施工的影响线，确定上下重叠隧道开挖初支工作面合理间距取为50m。二衬施工时，上洞开挖初支必须满足超前下洞二衬施工30米左右，下洞二衬必须满足超前上洞二衬施工30米左右。 3、辅助措施

为保证隧道掌子面的稳定和隧道施工的安全，以及控制地层变形和两隧道夹持段的围岩的软化，除了对重叠隧道采用超前小导管并注浆加固外，在净距小于2m时，需要对两隧道初支间采取对拉锚杆或锚管措施，同时还需向夹岩采取注浆加固措施。 4、重叠隧道结构支护参数确认

通过全面的二维和三维的施工过程的模拟分析，结果表明初期支护的最小安全系数是2.1，二次衬砌施工完成后，各考察点中最小安全系数是25.5，满足设计要求，隧道和支护结构可望处于安全状态。 通过对隧道受力和变形状况的监测，结果表明拱顶下沉、水平收敛

均未超过4mm，钢筋应力最大值为6.0kpa，远小于设计值，围岩压力最大值为174pa，表明围岩压力很小，由隧道开挖引起的应力重分布大部分由围岩自承，结构受力较小。隧道及其支护体系处于较高的安全程度。

注：文章内所有公式及图表请以pdf形式查看。