复杂条件下地铁四线大跨黄土浅埋暗挖隧道设计施工探讨

复杂条件下地铁四线大跨黄土浅埋暗挖隧道设计施工探讨摘要西安地铁二号线会展中心站后配线四线大跨度暗挖隧道，开挖宽度24m，高度11.778m，为双联拱断面，采用中导洞+crd工法施工。该隧道西侧有248m高的陕西电视塔，另外，该段区间隧道穿过地层饱和软黄土，条件非常复杂；本文针对电视塔保护、黄土隧道大跨断面施工方法及沉降控制，根据数值模拟分析、从施工方法、施工顺序、支护参数、锁脚锚管、砂浆锚杆、降水问题等方面提出一些有效的施工措施。

关键词四线大跨黄土浅埋暗挖电视塔隧道设计与施工

1工程概况

会展中心站为西安地铁二号线一期工程的终点站，站后设有一组折返线及一组停车线，共设置了并行的四条线路，线间距均为5.0m，线路长度约为200m。站后配线区间主要位于长安南路以东、电视塔以西的绿地内。区间为站后折返线，不宜采用盾构法施工，明挖法施工基坑深度将达到28m，工程投资较大，故本段区间采用浅埋暗挖法施工。

2地质条件

拟建场地位于黄土梁洼区，地表一般均分布有厚薄不均的全新统人工填土（q4ml）杂填土，由碎石、灰渣及黏性土组成；素填土，主要由黏性土组成，含白灰渣及少量砖瓦碎块，疏密不均；其下为上更新统风积（q3eol）新黄土（局部为饱和软黄土）及残积（q3el）

古土壤，底部为中更新统风积（q2eol）老黄土、残积（q2el）古土壤、冲积（q2al）粉质黏土、粉土、细砂、中砂及粗砂等层或透镜体。

2006年3月至4月份勘察期间，该区段地下水稳定水位南高北低，埋深12.50～20.50m，属潜水类型。地下水位年变化幅度1.0～2.0m。该区段场地属黄土梁，潜水含水层为中新世风积黄土及残积古土壤。含水层渗透性较差，但厚度较大且比较稳定。

3隧道特点

3.1 旁穿电视塔

本段区间隧道受影响较大的建（构）筑物为电视塔。据调查电视塔建成于1987年，塔高248米，整体平面成八角形，由塔基，塔座，塔身，塔楼及塔桅杆五部分组成，塔身为钢筋混凝土结构，塔楼，塔桅杆为钢结构，电视塔基础为环形钢筋混凝土基础，基础埋深约12.0m，基底标高430.00m，基础下为依次为0.30m厚素混凝土垫层及0.25m厚的3：7灰土垫层，地基为天然地基，基础置于上更新统古土壤层（相应场地为层），高于地铁工点开挖深度。电视塔属高耸建（构）筑物，对差异沉降很敏感。

该段隧道从电视塔东侧通过，距离电视塔最近约35.2m，采用浅埋暗挖法施工。隧道结构与电视塔基础的相对关系图如图1所示。

图1区间隧道与电视塔基础的相对关系图

3.2饱和软黄土

受地下水上下浮动的影响，该段线路中q2第一层黄土在地下水位附近呈软流塑状，具饱和软黄土特征，地层编号为层，受黄土层起伏作用，该层分布表现亦随之变厚变薄或尖灭，一般厚1.30～8.30m，平均厚5.55m。区间内连续分布，多位于轨道下。钻探成孔在该土层深度段内，孔壁不稳定，缩孔严重。

饱和软黄土段抽降水易产生潜蚀，影响抽水效果；作隧洞坑壁土时，抗剪强度低，自稳定性差，极易坍塌变形，有时与水一起涌出，甚至影响支护结构的稳定。

3.3四线大跨浅埋暗挖

会展中心站后设有一组折返线及一组停车线，共设置了并行的四条线路，线间距均为5.0m，该区间断面开挖宽度24m，高度11.778m，是西安地铁迄今所遇到的最大断面，断面结构设计既包含浅埋暗挖中的隧道支护参数设计，又包含结构设计中的梁、板构件设计，支护参数及各构件参数需要经过大量工程过程模拟计算中确定最危险工况来进行设计，需结合计算和工程类比确定，具有相当难度。

4暗挖隧道设计及施工方法

4.1 针对电视塔保护的隧道支护设计

为保证隧道开挖顺利通过电视塔，尽可能的减少对电视塔的影响，应采取一系列必要措施，来确保建筑物及施工安全。

（1）加强超前支护：此范围内对隧道周围土体进行超前预注浆加固，拱部采用φ159mm超前长管棚支护，管棚间设φ42mm小导管注浆预加固，管棚壁厚8mm，长l=53m，环向间距0.4m，外插角1～2°，利用北端车站和南端明挖区间两头对接打设；超前注浆小导管:φ42热扎无缝钢管,壁厚3.5mm,l=4.0m,环向间距0.40m,纵向间距2.0m,通过注浆加固隧道周围地层，减小隧道开挖的侧向变形。

（2）缩短开挖进尺，加强各工序之间的衔接管理，尽早封闭断面，及时形成封闭结构。

（3）加强初期支护

开挖时上半断面留核心土并设临时仰拱；隧道拱腰布置锁脚锚管；必要时临时封闭掌子面、增设径向注浆管；同时采用型钢支撑、及时施作初期支护，达到快封闭的要求,减少对地层的扰动范围。

（4）及时进行初支及二衬背后的回填注浆处理，保证初衬与围岩、二衬与初衬的密贴，减少地层变形危及地面建筑物安全。

（5）根据测量监控数据，及时进行补充注浆；

（6）设置超前地质钻孔，指导下步工序循环；

由于本段有饱和软黄土，考虑到工程降水是使建筑物发生沉降的主要因素，施工期间，采取设置隔水帷幕（暗挖结构靠电视塔侧做高压旋喷桩隔水帷幕）的措施，延长地下水流通的距离，降低地下水的水力坡度，使建筑物处沉降不发生或使沉降值控制在允许的范围。

降水可能会破坏电视塔附近地基土的应力平衡，造成电视塔向东倾斜的可能。在该处降水施工中采用回灌法，在沉降区域施工回灌井，回灌井与降水井之间的距离必须>5.0m。

4.2饱和软黄土的处理

饱和软黄土段抽降水易产生潜蚀，影响抽水效果；鉴于工程危害，工程抽降水时采用小降深至大降深逐渐加大或其它缓抽水措施，减小突然抽水引起饱和黄土局部流动，洞内可采取加强支护措施，确保施工安全。

4.3 隧道结构的设计

本着安全、经济、合理的设计原则，对隧道的各种支护结构进行了深入细致的研究，并根据设计原则和有关规范、规则进行验算，力争使各项设计参数都经济合理。确定隧道衬砌结构采用复合式衬砌形式，初期支护采用喷混凝土、钢筋网、锚杆和格栅钢架组成联合支护体系，二衬采用钢筋混凝土，隧道拱部设φ159超前大管棚加φ42超前注浆小导管辅助施工。各种参数如下：

(1)拱部采用φ159mm超前长管棚支护，管棚间设φ42mm小导管注浆预加固，管棚壁厚8mm，长l=46m，环向间距0.4m，外插角1～2°，打设管棚前，应在端墙围护桩上做加强环梁（管棚轮廓线外侧）或架设钢支撑，以减少管棚对围护桩的削弱。

(2)超前注浆小导管：φ42普通钢管,壁厚3.5mm,l=3.0m,外插角10°左右,120°～150°范围采用双层布置，拱部120°范围单