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1、浅埋软塑粘土地层地铁隧道施工技术研究摘 要：在分析哈尔滨地铁浅埋暗挖隧道工程特点基础上，提出了以“上台阶开挖，预留核心土，在挖掘机开挖时沿轮廓线预留土体，人工开挖时在拱脚处设扩大拱脚；上台阶支护，初喷射混凝土对开挖面进行封闭，设置拱脚支垫，架设型钢拱架，钢筋网片搭接，施作锁脚锚管，喷射混凝土至设计厚度；下台阶交错开挖支护，交错开挖左右部，边墙的型钢钢架与拱部钢架连接牢固，进行钢筋网、锚杆和喷射混凝土；核心土开挖；仰拱开挖及支护”为核心的“浅埋大跨软塑粘土隧道两台阶五步开挖技术”解决了现行隧道开挖技术存在的工序多、施工进度慢、成本高、对土体扰动次数多、围岩变形大和仰拱封闭需要时间长的问题。 1
2、工程概况及地质条件1.1 工程概况哈尔滨市地铁一期工程，线路起点位于医大二院站处，途径延兴路、西大直街、和兴路和七政街后，利用既有“7381”工程向东北方向布设，直至哈尔滨东站。一期工程线路全长14.33km，全部为地下线，设16座地下车站，控制中心1座，主变电所2座，以及相应的机电系统专业配套工程。论文研究的是该一期工程十标段，为一期工程延长段，即哈尔滨南站站哈达站区间隧道。本区间为双线单洞隧道，位于学府路规划道路的正下方，隧道中线与规划道路中线基本平行，设计起点里程为SK0+294.450，终点SK1+459.986，其中区间上行线长1165.536m，下行线长1165.440m，单线全长
3、计2330.976m。区间隧道最大埋深18.9m，最小埋深为4.9m，主要采用浅埋暗挖法进行施工。其中本论文重点研究的单洞区间标准断面隧道开挖施工采用上下台阶预留核心土法。标准断面总长度2052.5米，开挖高度为6.5米，开挖宽度为6.2米。1.2工程地质和水文地质概况本区间所处地段属岗阜状平原地貌，地势南高北低，地貌分区界线清楚。地面标高介于165.45174.35米之间，高差约为8.9米。本工程场地环境类别属于类，场地范围内主要为道路，两侧为现有企事业单位和住宅。场地内地下管网较多、复杂、年代久远，包括给水、煤气、电力、电信、排污等各种管道，纵横交错，非常复杂。根据钻探揭示及对地层成因、年
4、代的分析，本工点地层主要由第四纪全新世人工堆积层、上更新统哈尔滨组地层、中更新统上荒山组地层、下荒山组地层组成，岩性为杂填土、粉质粘土和砂类土。其中粉质粘土层具有弱湿陷性。地层从上到下主要有：杂填土（）、粉质粘土（）、粉质粘土（）、粉质粘土（-2）、粉质粘土（）、粉质粘土（-4）、中砂（）。区间隧道主要穿越粉质粘土（）层，底部主要位于（）层，区间围岩类别属于类，基底承载力满足设计要求。根据初勘实测结果， 隧道主体结构范围内的水温度为1416。含水层主要为孔隙潜水，局部可能存在由于地下管道渗漏等人为因素产生的上层滞水。地下水埋藏较深，对地铁工程施工不会产生影响。地下水对混凝土结构无腐蚀性，对钢筋
5、混凝土结构中钢筋无腐蚀性，对钢结构有弱腐蚀性。2. 原设计施工方案及存在问题2.1 原设计施工方案原设计区间单洞隧道暗挖作业采用台阶法（上下台阶预留核心土法）施工。台阶法是在超前支护完成后，首先进行上部弧形导坑开挖并施作拱部初期支护，再左右错位开挖下台阶并及时施作边墙初期支护；适时挖除上下台阶核心土，然后紧跟施工底部开挖和初期支护，尽早使初期支护封闭成环的软弱围岩及土质隧道的开挖支护施工方法。本区间隧道正洞台阶法开挖循环进尺长度0.75-1.0m。施工由设计S1+000处竖井向两端进行。竖井处设起吊龙门吊，负责出土及材料吊入洞作业，洞内土方运输采用有轨运输，由电瓶车拖装渣料斗进行。混凝土作业采
6、用混凝土输送泵，二衬结构施工采用自行式衬砌台车。原设计施工方案如下：.拱部超前注浆小导管施工；.上断面环形开挖留核心土；.上断面挂网，格栅钢架架立，安装锁脚锚杆，联接筋施工，喷射混凝土；.下断面环形开挖；.下断面挂网，初喷混凝土，架立格栅钢架，复喷混凝土；.隧道仰拱二衬砌及底板回填层施工，工序；隧道初支背后回填注浆，基面处理；防水层施工；钢筋绑扎；立模，混凝土浇筑及养护；隧道拱墙二次衬砌，工序：防水层施工；钢筋绑扎，立模；混凝土土浇筑及养护；衬砌背后回填注浆。2.2 浅埋软塑粘土地层台阶法施工及存在问题浅埋软塑粘土地层台阶法施工灵活多变，适用性强。对于不同跨度及断面均适用，当遇到地质条件发生变
7、化时，都可及时更改转换为其他施工方法。台阶法是各种开挖方法中的基本方法，被称为“浅埋暗挖施工方法之母”。具有足够的作业时间和较快的施工速度。上、下台阶能同时施工，形成分步平行开挖。平行施作初期支护，及时施作仰拱，可以尽早封闭成环，便于快速施工。在台阶法开挖基础上，预留核心土，左右交错开挖，利于开挖面的稳定。尤其是上部开挖支护后，下部作业则较为安全。台阶法开挖取消了侧壁导坑法、中隔壁法及交叉中隔壁法等需要拆除临时支护及受力转换造成不安全的因素，可及时调整闭合时间，利于施工工序转换。但台阶法开挖也有不足，缺点是上下部作业互相干扰，应注意下部作业时对上部稳定性的影响。而且，台阶开挖会增加围岩被扰动的
8、次数，在施工应注意这些不利影响。3. 基于现场实践总结的改进“台阶法”工法软塑粘土围岩具有地基承载力低、含水量大、粘结力差和易塌方等特点，我国修建软弱地层隧道时，、级围岩主要采用CD法、CRD法和双侧壁导坑法等工法，这类工法可以很好地控制地表沉降和变形收敛，但工序较多，且全部为人工或小型机械作业，大型机械无法展开，施工进度慢，同时增加临时仰拱及中隔墙，成本增加大。为之在以上理论分析基础上提出了采用“台阶法”。在现场规模试验中，采用环形开挖预留核心土法和三台阶七步开挖法的“台阶法”存在开挖对土体扰动次数多、围岩变形大和仰拱封闭需要时间长等缺点。如何解决“台阶法”开挖断面小造成的机械开挖首先，且隧道开挖技术存在的工序多、施工进度慢、成本高、对土体扰动次数多、围岩变形大和仰拱封闭需要时间长的问题。考虑到软塑粘土地层隧道主要的力学效应是时间效应、路径效应和耦合效应，其中开挖封闭时间效应是控制变形及隧道结构稳定性的主要因素，提出并改进了现有“台阶法”而研发了一种浅埋大跨软塑粘土隧道两台阶五步开挖的施工方法。浅埋大跨软塑粘土隧道两台阶五步开挖的施工方法的步骤为：
