第三章　暗挖区间开挖、初支施工

第一节　开挖方法的选择

隧道开挖方法的选择，主要以地质条件为主要依据，结合断面大小、周边环境、工期、隧道长度及施工设备、技术水平综合考虑。

本隧道采用上下台阶法施工。上台阶洞身以全风化花岗岩为主，采用人工手持风镐开挖，预留核心土，渣土人工手推斗车运至下台阶。下台阶主要以中、微风化花岗岩为主，岩石强度较高，采用钻爆法开挖，渣土及碎石由挖机集中清运至车站吊渣口吊出外运。钻眼、装渣、运输等机械设备及相应的辅助工具在尺寸、性能和生产能力上相互配合，充分发挥机械设备的正常使用效率和各工序之间的协调作用，并经常维修设备及备有足够的易损零部件，以保证各项工作的顺利进行。

第二节　全砂土地层开挖技术

全砂土地层地质整体性差，开挖难度大，开挖过程中需防止砂层坍塌涌砂、基底遭受浸泡、扰动液化。在根据地层地质及水文特点选择合理的注浆加固方法及注浆参数的同时，还需选择合理的开挖方法。

在开挖过程中遇到全砂层地层时，由于地层较差，采用正台阶法开挖预留核心土。使用此方法，将断面分成上下两个台阶开挖，上下、台阶错开长度一般控制在1倍洞径左右。由于砂层自稳性差，透水性强，在开挖过程中应遵循“短进尺、勤封闭”的原则，用超前小导管预注浆稳定工作面，采用格栅钢架进行初期支护，拱脚设置锁脚锚杆，及时跟进下台阶开挖，初期支护封闭，控制沉降。具体开挖程序为：系统小导管超前预注浆稳定工作面→上台阶左右环形开挖预留核心土→格栅钢架进行初期支护→锁脚锚杆设置→临时支撑、仰拱封闭→下断面开挖工作准备→拆除临时支撑、仰拱→下台阶开挖→下台阶初期支护封闭。台阶法预留核心土开挖施工流程见图2-8。

但总体应注意，上台阶开挖完成后，必须在地层失去自稳能力之前尽快开挖下台阶，使初期支护形成封闭结构，以降低围岩的暴露时间，防止出现涌砂、地表沉降等现象。

第三节　上软下硬地层开挖

上软下硬地层由于土体的不均匀性，岩层起伏变化大，因此在开挖时往往不能按既定台阶高度进行分台阶开挖，而是根据现场的地质情况来确定开挖分层高度，上台阶开挖高度以开挖至岩面且不大于2.5m的原则进行控制。

本标段由于岩层侵入隧道断面净空较多，且砂层厚，地下水丰富，地质条件较差，因此采用环形台阶法开挖。上台阶砂层采用人工开挖预留核心土，下台阶遇硬岩时挖机无法开挖应采用弱爆破开挖，左、右错台间距控制在1m左右。开挖后及时进行初喷混凝土封闭围岩，架设钢架和进行锚喷网支护。

上台阶砂层开挖同常规正台阶法开挖，根据自身的土层特点、注浆效果确定开挖面及预留核心土，这里不再赘述。下面仅介绍在市政工程中软硬不均地层的硬岩钻爆处理注意事项：

（1）采用钻爆开挖前需根据地质条件、钻孔机具及爆破器材现状等条件，选择钻爆方法及参数、主要安全技术措施等。

（2）钻爆过程中应加强对爆破振动、地表沉降及爆破噪声等的监测，确保施工安全。

（3）上断面地质条件较差时，为降低下断面钻爆施工对上断面初支体系的扰动，可在上断面初支完成后增设临时仰拱，形成受力整体，控制上断面初支沉降。在下断面钻爆施工前，需提前拆除相应断面临时仰拱。

（4）下断面爆破应左、右错台进行，错台控制在1～2倍岩层爆破进尺即可，防止同一断面爆破对上断面格栅钢架产生较大影响。

第四节　超前支护

超前支护常有大管棚、小管棚及小导管等形式，就是沿着隧洞开挖轮廓边线，用特定的机器把一系列钢管沿隧道方向且与隧道轴线成一定的夹角，按一定次序打入开挖前方的地层内，然后向管内注浆固结管周围的围岩，最终形成一个棚架支护体系，以支撑来自外侧的围岩压力，从而保证其隧洞开挖、支护的连续性和安全性。

大管棚整体性较强，可以起到约束已开挖区管棚及初支变形的作用，同时可以对掌子面前方土体起到加固作用，更是防止大坍的主要措施之一，但是随着开挖进尺的增加，大管棚的作用将大幅度地降低，需及时进行格栅钢架支护。

小管棚、小导管具有施工灵活、无需花费大量精力施作工作室等优点。但对超前注浆效果要求严格，在采用小导管注浆加固时，应根据地层条件，选择合理的注浆参数及方法，确保掌子面安全。

本标段矿山法开挖在止水帷幕封闭并实施降水后进行，超前预加固采用ф42TSS型注浆管注双液浆法进行加固。TSS型注浆管注双液浆超前预加固的布置范围、施工方法、工艺流程及施工要点详见本篇第四章辅助工法的应用与效果评价，这里不再赘述。

该方法的特点是：（1）TSS型注浆管具有袖阀管的作用。花管部分溢浆孔上覆盖着贴片，这样可以保证浆液通过溢浆孔进入地层，而地层中的水和砂不能进入注浆管，从而达到注浆管自身具有逆止阀的作用。（2）TSS型注浆管和细水泥-水玻璃双液浆进行注浆施工，浆液在砂层中主要形成均匀渗透扩散，可以较好地均质加固砂层，形成完整的防水帷幕。

类似深圳填海区地层施工时，宜采用大管棚＋超前小导管相集合的方式进行超前支护。

第五节　初期支护

根据围岩级别的分类，初期支护由喷射混凝土、钢筋网、锚杆、钢拱架四种类型组成多种适合于不同围岩条件的结构支护形式，随开挖施工及时施作，是隧道主要受力结构体系，初支基本稳定后方可进行防水层及二次模筑衬砌。

本标段暗挖隧道采用钢筋格栅钢架，厚300mmC25喷射混凝土作为初期支护。格栅钢架纵向间距500mm，纵向用Φ22钢筋连接，环向间距1000mm，外层挂Φ6钢筋网，网格间距为150mm×150mm。

一、初喷混凝土

初喷主要作用为封闭工作面，一般喷层厚度不小于4cm，在开挖之后及时进行。

二、注浆锚管

锚管类型为ф42注浆锚管，采用YT-28钻机钻孔，钻孔时确保孔口岩面整平，使岩面与钻孔方向垂直。安装锚管时，对无法密贴托板的岩面进行调整，使托板密贴岩面。锚管采用梅花形布置于边墙部位，间距为500mm（纵向）×900mm（环向）。锚管与钢架对应设置，其尾端与钢架焊接牢固。

注浆锚管施工参照前面的超前小导管施工方法进行施工。

三、格栅钢架及钢筋网施工

（1）钢拱架按设计图纸预先在预制场加工成型，用时运至洞内。钢拱架加工时允许误差为：周边轮廓误差不大于±3cm，平面翘曲小于±2cm，接头连接要求每榀之间可以互换。

（2）钢拱架安装时，认真定位，间距误差不大于±5cm。钢架倾斜<2°，拱架标高用钢板调整，节与节之间连接紧密，无缝隙。

（3）分片制安，每片钢架与钢架之间采用螺栓连接，纵向用Φ22连接筋将每榀钢架连成一体。

（4）钢架拱脚打锁脚锚管，并与拱脚焊牢，若钢架和初喷混凝土之间有较大空隙，用钢板或混凝土垫块塞紧。

（5）钢筋网片在钢筋预制场点焊加工成型，安装固定于钢拱架上，相邻钢筋网片搭接长度不小于20cm。

四、喷射混凝土施工

（1）拌制混合料时，称量（按重量计）的允许偏差为：

1）水泥和速凝剂均为±2％；

2）砂、石均为±3％；

3）喷射混凝土不应出现滴水和淌水现象，当出现时应查找原因（例如可采取引排后补喷混凝土的办法）。

（2）喷射混凝土不应有大于0.5mm的贯通裂缝及大面积（≤400cm2）的空鼓现象，当出现时应凿除重喷或采用背后注浆补强。

（3）钢架背后喷射混凝土必须密实，不可留有孔洞，当出现时必须补喷密实。

（4）隧道喷射混凝土基面无遗留残渣堆积物。

（5）网喷支护隧道轮廓尺寸允许偏差应符合设计、规范要求。

（6）喷射混凝土平整度允许偏差为30mm。

（7）喷射混凝土厚度：每20m（双线10m）检查一个断面，每个断面从拱顶中线起，每2m凿孔检查一个点，断面检查点60％以上喷射厚度不小于设计厚度，最小值不小于设计厚度的1/3，厚度总平均值不小于设计厚度。

第六节　经验与教训

一、端头加固

隧道端头加固是隧道进洞开挖前的准备工作，是施工超前管棚工作室的前提条件。隧道端头加固效果的好坏，直接决定暗挖隧道进洞施工的安全性。常用的端头加固方法有袖阀管注浆加固、旋喷桩注浆加固、搅拌桩加固等。在深圳类似地层中，传统的袖阀管、旋喷桩单一形式一次性加固效果不佳。由于地下水受潮汐影响明显、土层孔隙率较大及块石层较厚等特点，单一形式的一次注浆加固往往不能达到预期的加固效果，存在加固断层、土体加固强度低等缺陷。宜采用组合形式或多次加固的方式，组合形式如搅拌桩＋袖阀管、旋喷桩＋袖阀管等，不论哪种加固方式，参数的确定和工艺的控制是重中之重。

二、超前支护

深圳市宝安区属填海区域，杂填土层和砂层较厚，地层结构松散、透水性强，开挖过程中极易造成涌水涌砂和坍塌，超前支护长度可增加至3～5m，支护范围可以根据土层特点进行单、双排布置等，具备条件的情况下大管棚是必要的，传统的水泥浆液在该地层中可注性和效果均不佳，双液浆应是首选。小导管打设应均匀、低平，并尽可能穿越多榀格栅钢架，小导管顶进尽量采用风钻，便于控制其方位。

三、提高工效

掌子面暴露时间的长短直接决定着开挖期间的安全，开挖前作业人员应选好配足，各工序涉及的材料及设备应提前准备好，施工期间合理安排任务，以提高工作效率。另外，隧道开挖过程中的断面净空应及时复核，控制施工质量，避免不必要的返工也是提高工效的一个重要方面。

四、工序无缝衔接

开挖、立拱、喷射混凝土和架设临时支撑必须无缝衔接，紧后工作的准备工作必须在其紧前工作结束前完成。对于暗挖隧道施工机具，如注浆机、风镐、风钻等极易损坏，除储备易损配件、配置专人进行检查维修外，建议在数量上按两倍进行配置，以保证施工连续性，缩短围岩暴露时间。

五、预留沉降量

拱顶沉降与地质情况、初支强度等多方面有关。本标段由于地质条件较差，拱顶沉降监测数据统计显示，拱顶累计沉降值一般均在40～80mm，均超过设计控制值30mm。施工过程中，及时统计分析监测数据，及时调整预留沉降量，在类似盾构机空推过暗挖隧道时宜适当加大。

六、坚持测量复核制

测量工作的好坏直接影响到工程的质量、安全、进度、成本和施工士气，暗挖隧道内作业环境相对较差且多变，应高度重视测量工作，坚持测量三级复核制。

七、做好洞内抽排水工作

该地层中的黏性土和全风化花岗岩遇水软化并形成泥浆，施工过程中，可埋设临时盲管，将渗漏水点收集起来集中引排，创造一个好的施工环境，提高出土效率，避免长时间浸泡拱脚导致下沉和失稳。

八、临时水平横撑设置

临时水平横撑设置不宜与拱脚高差太大，减小拱脚下掏难度，缩短开挖和拱脚被水浸泡时间。临时横撑应根据地质条件采取不致使支护因未及时封闭产生收敛的措施。拱脚下虚渣必须清除，地层松软时应加设垫板，必要时可用砂浆加固地基。

九、预留核心土

该区域地层松散，自稳能力差，在注浆、开挖过程中掌子面可能会变形或滑坍，预留核心土可以确保开挖期间掌子面的稳定性。

十、早支撑

开挖后应及时施作临时构件支撑，使围岩不致因变形松弛过度而产生坍塌失稳，并承受围岩松弛变形产生的压力——早期松弛荷载。定期检查支撑的工作状况，若发现变形严重或出现损坏征兆，应及时增设支撑予以加强。

十一、少扰动

在进行隧道开挖时，应尽量减少对围岩的扰动次数、扰动强度、扰动范围和扰动持续时间。

十二、经常检查支护

支护应有专人经常进行检查，特别是每次爆破后。如发现初支有破裂、变形以及接头松脱，应立即用安全而可靠的方法进行加固处理，如初支背后注浆、挂网喷射混凝土，必要时还应及时对受损格栅钢架进行更换。