大断面单洞向小断面双洞转换技术

1、大断面单洞向小断面双洞转换技术中铁十七局集团第一工程有限公司 摘 要: 本文介绍了石家庄轨道交通1号线中山广场站至解放广场站区间隧道多种断面转换施工技术,分别阐述了大断面向小断面的过度转换, 小断面向大断面上挑扩挖转换，中间土体加固注浆。关键词: 大断面单洞向小断面双洞 交叉渡线 多断面转换 上挑扩挖1、 工程概况1.1工程概况 石家庄市城市轨道交通1#线一期工程中山广场站至解放广场站配线区间起点里程K8+854.560，终点里程K9+240.0，全长385.44m。线路隧道断面由单线单洞、双线单洞等断面组成。线路为左右线分离式双洞,断面有AJ断面共10种类型，转换频繁，A断面和E型断面较长。

2、最大断面为I型断面，宽度14.3米，高度10.75米。区间隧道位于新百广场至火车站主要商业街正下方，沿中山东路东西向布置，地面车流、人流量较大，两侧商业建筑较多，地下管线分布密集，线路里程K8+870处结构上方2.32m处为垂直结构方向的黎明街人行地下通道，通道顶板顶距离地面仅1.3m。I断面交叉渡线A断面I断面E断面A断面A断面B断面C断面D断面H断面A断面F断面E断面中间土体图1-1 中山广场站-解放广场站结构平面图1.2 地质及水文本段地层由上到下依次为：人工堆积层（Qml）：杂填土1层；第四系全新统冲洪积层（Q4al+pl）：黄土状粉质粘土1层；黄土状粉土2层；粉细砂1层；中粗砂2层；

3、第四系上更新统冲洪积层（Q3al+pl）；粉质粘土1层；粉土5层；细中砂1层；中粗砂（含卵石）2层。表1-1 土的物理力学参数表地层编号岩土名称重度（KN/m3）粘聚力c（kPa)内摩擦角(°)土体与锚固体极限摩阻力标准值（kPa)地基土的基本承载力（kPa)1粉细砂19.502745501502002中粗砂20.203060701503001粉质粘土19.7331853631502205粉土19.430185363140220区间主要穿越粉细砂1层、中粗砂2层、粉质粘土1层、粉土5层，拱顶大部分位于中粗砂2层。见区间地质剖面图。图1-2 配线地质剖面图2、 设计方案2.1施工难点1

4、、 防止塌方、控制底层沉降区间隧道位于新百广场至火车站主要商业街正下方，沿中山东路东西向布置，中山路是石家庄主要城市干道交通繁忙，周边有较大的商业建筑。隧道穿过砂层和黏土层，拱顶大部分都处于砂层，容易发生坍塌。2、 双侧壁导坑法施工步序多隧道最大断面I型断面，宽度14.3米，高度10.75米。整个断面采用双侧壁导坑法施工，开挖共分九部，分节分布较多，力学转换复杂，施工时累计沉降较大。3、 断面变化频繁、工法转换复杂区间设计断面转换形式多大9种，各种断面交错分布。根据断面转换大小方向可分为二类：一类是由大断面向小断面的过渡转换；一类是由小断面向大断面的过渡转换。（1）大断面向小断面转换施工方法先

5、施做钢格栅喷射混凝土封端墙，再破除混凝土进入小断面施工。当大断面或大断面的某一分部开挖至设计位置，自上而下架设格栅挂网喷混凝土封端，同时架设小断面或小断面的某一分部的格栅，作为开口的环框，直接过渡到小断面或小断面的某一分部。施工流程主要包括以下几点：a、大断面或大断面的某一分部开挖至设计位置，密排两榀钢格栅，后面的一榀喷射混凝土，前面的一榀留下不喷，为施作大、小断面间的封端墙作准备；b、准确测定出小断面的位置，架设加强的小断面钢格栅，作为小断面开挖的加强环；c、采用水平钢格栅连接大、小断面格栅，保证焊接质量；d、打设小断面范围内的超前小导管，并进行深孔注浆；e、封端墙喷射混凝土，同时作超前注浆

6、的止浆墙；f、重复以上步骤，直至小断面具备开挖条件； g、短进尺开挖小断面，深度以能够密排架设一榀钢格栅为宜，小断面开口部位两榀格栅密排，作为锁口圈（2） 小断面向大断面转换施工方法小断面转换到大断面，通过上挑、拓宽实现。当两断面相差不大的情况下，直接采取错台方式实现断面转换；当断面尺寸相差较大时，采取转换施工工法、配合超前支护手段、利用格栅喷射砼逐渐加高加宽断面的渐变形式实现，上挑坡度一般按12设置，在大小断面间架设渐变的异型格栅并喷射混凝土支护，逐渐过渡到大断面或大断面的某一分部；在大小断面变化点，增设锁口圈或过梁，同时注浆加固该段拱墙土体。（3） 断面过渡技术措施断面转换施工是本区间工程

7、的重难点，为确保安全过渡，在施工中根据断面间相互关系和采用工法情况，合理设置变坡坡度，充分利用超前支护手段加固围岩，利用格栅挂网喷混凝土实现断面过渡。具体技术措施如下：a、 合理安排施工顺序；b、 合理设置变坡坡度；c、 充分利用超前支护手段加固围岩，在断面转换地段，密排注浆小导管并注浆；d、 适当调整台阶长度，在上挑时延长台阶，以便于施工和支撑稳定掌子面；e、 保存格栅拱脚稳定性，采取搭设锁脚锚管并注浆，减少沉降；f、 及时进行拱背回填注浆；g、 缩小格栅间距，增加纵向连接筋，增加初期支护的刚度。2.2设计参数砂层地段隧道初期支护：断面开挖之前沿马头门外轮廓线打设双排42超前小导管，长度5m

8、，环向间距300mm，对地层进行深孔(WSS)双液注浆加固。正线隧道拱部120°-150°范围轮廓线内毎榀打设长度2m长的42×4.25mm超前小导管，上倾角10°左右，纵向每榀格栅打设一环，环向间距300mm，纵向间距500mm；二次衬砌采用C40防水钢筋混凝土，厚400mm，混凝土的抗渗等级P8。表2-1 区间配线暗挖断面型式表序号施工项目施工里程长度m断面形式施工方法宽度m高度m1区间暗挖配线（左线）K8+854.56K8+872.3117.75D型双侧壁导坑法 12.009.735K8+872.31K8+889.34817.04F型14.3010

9、.75K8+889.348K8+938.14748.80标准台阶法6.486.57K8+938.147K9+141202.85K9+141K9+173.48932.49F型双侧壁导坑法14.3010.75K9+173.489K9+221.50048.01C型11.509.234K9+221.500K9+236.50015A型台阶法7.358.0622区间暗挖配线（右线）K8+854.56K8+864.19.54E型双侧壁导坑法12.8010.00K8+864.1K8+886.322.20C型11.509.234K8+886.3K8+9003.70B型CRD法8.508.292K8+900K8+

10、921.2421.24A型台阶法7.358.062K8+921.24K8+938.14716.91F型双侧壁导坑法14.3010.75K8+938.147K9+118.925180.78D型 12.009.735K9+118.925K9+127.9759.05E型12.8010.00K9+127.975K9+14113.02F型14.3010.75K9+141K9+236.595.50标准台阶法6.486.573交叉渡线K8+889K8+906.5517.55K8+906.55K8+921.2414.69A型7.358.0622.3断面相互转换本区间设计大断面类型多达9种，断面相互之间转换频繁

11、。（1）大断面向小断面转换大断面隧道向小断面隧道转换共有10次，因开挖断面变小，拱部围岩受到大断面开挖的扰动，需重新打设超前小导管，同时密排安装三榀格栅钢架。断面过渡设置堵头墙，通过配筋将大断面和小断面的初支格栅和二衬钢筋连接在一起，形成堵头墙，确保小断面破口施工安全。图2-1 大断面（I）断面向小断面(A)过渡断面（2）小断面向大断面转换小断面向大断面的工法转换共有7次，断面过渡设置堵头墙，通过配筋将大断面和小断面的初支格栅和二衬钢筋连接在一起，形成堵头墙，确保大断面开挖施工安全。图2-2 小断面（C断面）向大断面（D断面）过渡断面图2-3 小断面（C断面）向大断面（D断面）过渡配筋因开挖断

12、面的增大，作业空间又受小断面的制约，进行施工转换难于一步到位。交叉过渡段采用渐变过渡法，尤其是标准断面的台阶法向大断面的双侧壁导坑法过渡，施工作业可操作性及后续反向扩挖的工作量，在砂层和粘土层中选取3040°，对过渡段附近510m小断面围岩注浆加固并施工二次衬砌，过渡段支护措施要加强，采取超前小导管注浆预加固岩体、打设锁脚锚管、增加连接筋等多种支护措施，格栅钢架根据过渡开挖净空逐榀定型加工，严格控制开挖进尺，及时进行监控量测。2.4大断面单洞向小断面双洞转换本工程的转换是将左线标准断面和交叉渡线标准断面一起转换到I断面，转换的工法为台阶法转换为双侧壁导9坑法。图2-4 大断面单洞向小

13、断面双洞转换平面图图2-5 大断面（I）断面向小断面(A)断面过渡断面图2-6 大断面（I）断面向小断面(A)断面过渡配筋图2-7 台阶法向双侧壁9导坑变换示意图 图2-8过渡段格栅放大、改型示意图通过设置3-4m米过渡段将标准断面北侧轮廓扩大400mm，北侧达到I断面轮廓位置，同时将标准断面分为左右两块，增设临时中隔墙，上台阶增设临时仰拱，（如图7）完成台阶法到双侧壁导坑的上导坑转换。进入I断面后北侧洞继续扩大，同时改型，通过5m过渡，逐渐将标准断面的南侧由弧形改为扩大的近似矩形，标准断面的北侧由弧形改为与南侧顺接的的近似三角形（如图8）。由于标准断面南侧变化较大，需在1断面内继续采用5m过

14、渡，扩挖到位。过渡段内按照0.5m/榀架设钢格栅，共设10榀，第一榀改型，南侧直接挖出尖角，变为方形洞室，北侧顺接，中间设置临时中隔墙，下部设置临时仰拱，第2榀至第10榀逐步扩大，实现双侧壁导坑法的分块开挖。2.5 注浆加固措施深孔注浆是用水泥-水玻璃浆液从注浆孔道均匀地注入土体中，以填充、渗透和挤密等方式，驱走砂层和粘土颗粒间的水分和气体，并填充期位置，通过改性浆液中所含矿物与土体中的水土分别发生水解、水化反应以及团粒作用等，形成悬浮胶体和团粒，硬化后形成强度大、压缩小和抗渗性高、稳定性良好的土体。同时改性浆液本身胶凝时间短，在持力含碎较大、渗透系数较大的砂层时能更好的、及时的加固止水。土体

15、结硬后后，土体的孔隙率和含水率较低，密度加大，同时由于改性浆液挤压土体，使土体抗变形能力增加，提高了变形模量，从而防止或减少掌子面土体坍塌。图2-9 中间土体加固注浆示意图2.6施工风险及应对措施施工区间含停车线及交叉渡线，结构断面跨度较大且断面变化频繁，最大开挖断面宽度为14.3*10.75m，初支及内衬厚度分别为0.35m和0.6m，左右线隧道净距在5m以内，最小仅有0.5m，相邻洞室施工影响大。结合工程经验，一般两隧道净距小于3.5m时，需要对两隧道间土体进行加固。对于相邻大小断面、三洞断面施工时，先开挖一边小断面，对中间土体进行注浆加固，再开挖另一侧大断面对中间土体注浆加固，最后开挖中

16、间断面隧道。采取措施：大断面采取双侧壁导坑法施工，在砂层掌子面及超前深孔注浆的基础上进行径向加固，相邻隧道中间土体在高度5米范围内打设42小导管注浆，如图示，小导管间距按0.5m梅花型布置，横向加固长度与土体厚度相同。水平、竖向间距1.0x1.0m，注浆浆液采用水泥-水玻璃浆液。隧道近距离施工期间，在先期施工的隧道内向后期施工隧道范围内径向注浆，从而降低近距离施工的相互干扰，采用密排超前小导管的预支护措施，大断面初支外2.5m，初支内1m范围内采用深孔注浆加固地层。相邻大小断面两洞施工步序：图2-10 开挖小断面上台阶并对中间土体注浆加固第一步：先施工小断面，开挖上台阶，施作初期支护及临时仰拱

17、，由小断面向大断面侧向注浆，向土体施作42小导管注浆，小导管间距按0.5m梅花型布置，长度与土体厚度相同。图2-11 开挖小断面下台阶并对中间土体注浆加固 第二步：下台阶土方开挖，施做初期支护，由小断面向大断面侧向注浆（其余同上），注浆并加固完毕。三、质量控制3.1开工前，进行隧道控制测量，布设满足精度和施工需要的平面控制点和水准基点。3.2采用新奥法技术，充分利用围岩的自稳条件，周边眼采用光面爆破技术，减少超欠挖及围岩扰动。3.3对隧道施工中可能出现的不良地质现象，采取超前地质预报措施，制定针对性施工方案，备足相应的设备和材料，对围岩变形进行监测，作好记录，及时反馈，以便分析处理，采取补救措

18、施。3.4为保证混凝土衬砌内实外光，专门设计钢结构液压衬砌台车，配足组合钢模板，保证尺寸准确，质量优良。3.5洞内水沟、电缆槽使用制式模板，确保结构尺寸、棱角线型。3.6严格喷射混凝土质量管理和质量检查制度，指派专人负责集料、水泥、掺加剂的检验，对喷射混凝土的凝结效果、早期强度及不同龄期的强度定期检查，对喷射混凝土的厚度随时抽查，对锚杆的早强效果及时做抗拔试验。四、安全措施4.1运输及机械操作安全管理措施（1）机械作业时，现场设专人指挥、调度，确定合适的机械车辆走行路线，并设立明显标志，防止相互干扰碰撞，机械填筑作业要留有安全距离。（2）各种机械操作人员，必须得操作合格证方可上岗；不操作与证件不相符的机械设备，不准将机械设备交给无本机操作证的人员操作，对机械设备操作人员建立档案，专人管理。（3）机械设备在作业过程中，派专人进行监督指挥，严禁盲目和违规操作，以免造成机械损坏和人身伤害。（4）定期组织机械设备安全检查，对检查中查出的安全问题或隐患，按照“三不放过”的原则进行调查处理，制定防范措施，防止事故的发生。（5）起重作业严格按照建筑机械使用安全技术规程和建筑安装工人安全技术操作规程规定的要求执行。4.2隧道施工安全作业措施（