地鐵暗挖施工超前支護技術分析摘要：對地鐵暗挖施工中采用的各種超前支護技術進行分析，并針對其存在的問題提出建議。關鍵詞：地鐵；淺埋暗挖；超前支護1 超前支護技術現狀 地下工程施工最重要的是控制變形，保證其穩定性。在軟弱、松散、富水地層中，采用超前支護（加固）輔助法修建地下工程，在工程界得到了廣泛應用。目前超前支護方法主要有：小導管、小導管注漿、大管棚、咬合管棚、深孔注漿、水平旋噴樁、水平攪拌樁、水平凍結、鎖腳錨管等。1.1 管棚支護 在自穩能力較差的地層中，為提高地層的整體剛度，施工部門常采用超前管棚支護技術。 管棚支護技術中，管棚注漿是一項重要的工序，可分為２種：一種是僅為充填滿鋼管，另一種是在地層中擴散，可隔孔進行。僅為充填滿鋼管注漿時，管棚不開孔，漿液可采用強度較高的水泥砂漿，并且采用從底部向孔口灌注，或設置引氣孔，保證漿液的飽滿度，注漿壓力稍低，在1.0 MPa以內。 特長管棚施工技術已較成熟，但需分段設置管棚，并要建造管棚工作室，因此難度較大。在需做管棚的地段最好采用長管棚或特長管棚。1.2 小導管注漿加固 小導管注漿加固是穩定工作面，給支護創造有利條件的必不可少的技術措施，在自穩能力差的砂、砂礫和含水的粘性土層中作用較明顯。小導管注漿工序可分為封閉工作面、打孔、安設導管、注漿等。導管長度一般為2.5～3.5 m，環向間距為0.3m。導管布設采用鉆孔頂入法，即先用煤電鉆（螺旋鉆）或自制吹管成孔，用風鉆或風鎬頂入，效率較高。小導管注漿可采用止漿塞后退式注漿，注漿材料分２種：①無水砂層用改性（酸性）水玻璃漿液；②有水地段采用水泥水玻璃（C-S漿液）。注漿壓力一般為0.4～0.6 MPa。1.3 水泥土樁支護 采用地基處理技術中的高壓旋噴技術或深層攪拌技術形成水平水泥土樁進行超前支護，是最近幾年在工程上應用的一種新技術。高壓水平旋噴樁是以高壓泵為動力源，通過水平鉆進鉆桿、噴嘴把配置好的漿液噴射到土體內，噴射流以很大的能量將一定范圍內的土體射穿，并通過噴嘴作緩慢旋轉和后退的同時切割土體，強制土顆粒與漿液攪拌混合，待漿液凝固后，便形成水平圓柱狀水泥土固結體，即水平旋噴樁。當旋噴樁相互咬接后，便以同心圓形式在隧道拱頂及周邊形成封閉的水平旋噴帷幕體，起到防流砂、抗滑移、防滲透的作用，起到超前支護，保證隧道掘進安全。水平旋噴樁有以下優點。 (1)可控性。水平旋噴樁的漿液局限在土體破壞的范圍內，漿液的注入部位和范圍是可以控制的，可通過調節注入參數（切削土體壓力、固化材料的注入速度、配比、注入量）獲得滿足設計要求的固結體。 (2)均勻性。噴射流在能量衰減前使其射流交匯，在碰撞點切削能力相互抵消，以致比樁心到碰撞點距離大的地方射流已無能力切削土體，所以加固體均勻性好。 (3)成本低、效率高。由于限定注入范圍，相對注入量大幅減少，每米水泥用量為100～150 kg，同等條件下，其耗用水泥量少于固結注漿，施工速度比大管棚或深孔注漿提高2～3倍，周期縮短。 (4)加固效果好。部分土體被噴射漿液所置換，另外一部分與水泥漿混合形成水泥土，其余土體在噴射動壓、離心力和重力的共同作用下，在橫斷面上重新排列，從而形成一個由水泥和巖土組成的固結樁體，固結體周圍地層也因擠壓滲透作用得到一定程度的加固，其成樁機理及固結體性能與豎直旋噴相同。根據需要，在旋噴后可插入鋼筋以增強固結體的抗彎、抗剪強度。 (5)超前支護。在隧道輪廓線外四周，根據設計的旋噴樁成樁直徑，使旋噴樁相互搭接咬合，形成一個連續的具有承載力的水泥－巖土固結體，支護拱殼，形成真正意義上的超前支護拱棚，在其防護下進行隧道掘進，從而達到提高隧道施工的安全，防止地表下沉，降低支護費用，加快施工進度等目的。2 超前支護存在的問題2.1 超前管棚 大管棚有一定仰角，隨著向前施工，管棚與拱頂間懸土將越來越厚，因此，常采用小管棚輔助支撐；當管棚打入后會出現末端下沉量過大，經常要在初期支護拱頂背后注漿，以保證大管棚和初期支護之間不形成空洞。因此，這種支護方法費工、費時、費料。 管棚注漿工藝落后，漿液擴散情況差，砂層中易發生溜空現象；傳統施作管棚的方式精度較差，單獨施作長度太短，設備對現場環境要求高，在施工過程中，每次均須建立工作室。2.2 超前小導管 小導管施工中，仰角控制困難，小導管的作用發揮不充分；超前支護不能因地質情況的改變而改變，常造成資源浪費；注漿工藝落后，漿液擴散不均勻，在粘土層中效果不好。2.3 水平旋噴樁支護 鉆機定位較差，難以滿足設計精度；需擴大斷面形成工作室，一步施工不能太長；施工進度慢，污染大。3對超前支護技術的建議3.1超前管棚 對于斷面跨度大（＞7 m）、受力情況復雜部位，穿過重要建構筑物，且對沉降要求較高的地段，超前長大管棚是一種十分有效的支護手段，但具體應用時應在以下方面予以改進與提高。 (1)改進長大管棚的注漿工藝，改善漿液擴散較差的問題，提高長大管棚對不同地層的適用性。 (2)應用新的管棚施工工藝，提高管棚施工精度。 (3)對車站、大斷面、沉降較難控制等施工地段，可推廣采用長管棚的支護方式。 (4)有條件時管棚宜一次性貫通拱部，避免施工過程中多次挑高。 (5)從經濟角度考慮，φ150 mm以下的管棚，其成本較為適中，可廣泛采用。3.2 超前小導管 對于斷面跨度在7 m以下的砂性地層，可采用超前小導管支護。小導管各項指標如下。 (1)小導管宜采用φ32 mm×3.2 5 mm鋼管。 (2)注漿前宜先噴5 cm厚噴射混凝土封閉掌子面，并在管口設止漿塞。 (3)在北京地區，宜采用煤電鉆和吹管施作小導管。3.3 超前水平旋噴樁 淤泥質粘土地層，采用水平旋噴樁也是一種有效的加固方法，但需注意以下問題。 (1)加強旋噴樁的施工質量，確保暗挖施工時拱棚的穩定性，為下道工序的施工創造有利的條件。 (2)每段旋噴樁施工完成后，應當在水泥土達到初期強度后（約24 h）進行土方開挖。 (3)對土方開挖應根據理論計算分析，合理分段、分層開挖，每段開挖控制在0.5 m范圍內，嚴禁超挖，開挖后及時施作臨時支撐和初襯。 (4)通過保證旋噴樁成樁施工過程中水泥用量、壓漿過程中的連續性、噴漿進退速度和復噴次數，確保旋噴樁樁墻的整體穩定性。 (5)通過保證水平旋噴樁的直徑、平直度、中支架、止漿裝置、桿材的除污除銹、注漿壓力和注漿量的控制，確保水泥土強度達到設計要求。 (6)嚴格控制水平旋噴樁的施工質量，對施工中的斷樁、漏樁、施工中引起的地面沉降隨時監測，發現問題及時補救。4 結束語 地鐵暗挖施工，尤其在軟弱圍巖中進行隧道開挖，應根據開挖斷面、地層情況以及周圍環境要求，綜合考慮采用何種超前支護手段。管棚支護適用地層廣，剛度和支護效果好，但其施工設備要求相對較高，精度較難控制，造價較高。小導管施工簡單，但不適應于粘土層，對地層沉降控制效果不如大管棚。水平旋噴工藝要求高，施工難度大，但在淤泥質粘土中不失為一種較好的超前支護。
