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1、暗挖施工中超挖控制技术总结北京地铁16号线李栋张纯华黄书华内容摘要：暗挖施工过程中超挖现象普遍存在，超挖既增大了施工风险又对材料造成了相应浪费，为有效控制超挖降低施工风险及材料浪费，通过对超挖原因进行分析，对超挖原因采取相应的控制措施，从而达到控制超挖的目的，本文以北京地铁16号线苏州街站主体施工导洞暗挖施工为例简要介绍超挖控制主要措施，为类似暗挖施工超挖控制提供借鉴。关键词：暗挖施工主体导洞超挖控制1工程概况苏州街站为双层岛式地下车站(下穿既有十号线段为单层)，总长240.65m,车站主体双层段采用暗挖PBA法实施。施工导洞由施工横通道侧壁挂洞门进洞开挖,沿车站顶纵梁及侧墙边桩纵向全长布置,
2、采用浅埋暗挖法施工，由格栅钢架、喷射混凝土结合超前注浆导管组成联合支护体系，台阶法留核心土开挖。施工导洞初支为拱顶直墙结构，覆土厚度14.014.4m,标准段导洞净宽4.0m,开挖跨度4.6m,开挖高度5.46.5mo施工小导洞典型横断面图2工程地质及水文地质情况施工导洞拱部及部分边墙地层位于卵石层，围岩稳定性差，易发生坍塌，开挖风险大施工难度大；导洞底板及部分边墙，粉质粘土层和粘土1层，部分开挖面存在一定界面水。现状地下潜水水位埋深约22m,位于施工导洞底板以下约1m。3超挖原因分析(1)由于砂卵石地层不稳定开挖土体前未进行加固或加固效果未达到要求;（2）开挖时遇到未知地层风险源；（3）开挖
3、工人开挖方式不正确；（4）土体长时间暴露，局部散落；（5）喷锚过程中土体散落或者垮塌；（6）打设小导管时造成土体散落或疏松；（7）未能及时进行初支背后回填注浆，土体逐层剥落造成土体松散；（8）边墙地层位于层间水区域，边墙由于层间水冲刷引起的超挖；（9）机械施工震动造成的土体塌落；（IO）临时仰拱挖机开挖造成的超挖；（11）预留扣拱节点处超挖；（12）格栅安装时造成的土体剥落。造成超挖的原因各种各样，不同的施工环境引起超挖的原因也不尽相同，对于苏州街站主体导洞造成的超挖的原因主要有以上几点，对未遇到的其他因素暂不一一列举。4控制超挖主要技术措施根据以上超挖原因分析，超挖原因主要分为两个方面，一个
4、方面为主观原因影响造成的超挖，另一方面为客观原因影响造成的超挖。为有效控制超挖，采取针对性措施对超挖进行有效控制，以确保超挖符合规范及施工要求。（1）超挖原因：由于砂卵石地层不稳定开挖土体前未进行加固或加固效果未达到要求。原因分析：施工导洞拱顶位于卵石层，夹中粗砂1、粉细砂2及粉质粘土4,土体相对较松散，极易垮塌，且地质根据不同的施工导洞及里程有所变化，未对开挖土体进行预加固或加固效果未达到要求则不能使松散的围岩胶结成整体，应严格按照要求打设小导管并注浆，增强围岩的自稳能力和超前小导管一起，形成纵向超前支护体系，从而达到控制超挖的目的。卵石层中央杂黑色松散卵石卵石层中粉细砂层注浆效果未达到要求
5、控制措施：a、按照现场要求规范加工及打设超前小导管，应重点控制小导洞打设角度及长度，小导管长度过长虽然对预开挖土体进行了加固，但对前方下槁不开挖土体也造成了扰动，易引起下根开挖的超挖甚至塌方，小导管过短则不能对预开挖土体有效加固或仅对开挖范围土体加固，加固土体前方的土体松散也易引起土方的超挖。小导管角度过大也不能对预开挖土体进行加固，而角度过小则仅能对预开挖的部分土体进行加固，开挖过程中易造成超挖，且侵入轮廓线的导管还需割除增大工作量。小导管长度以加固范围大于预开挖土体5cm左右为宜，若开挖步距为62Cm小导管打设角度以21为宜，小导管角度控制尤为重要，角度太小则宜侵陷开挖轮廓线，且影响格栅架
6、立，角度太大则加固范围超挖与超前小导管关系示意图如上图所示，实际开挖轮廓与理论开挖轮廓线的关系，及开挖轮廓线与超前小导管的位置关系。所以超前小导管打设角度与超挖有直接的关系。而现场对于小导管打设角度控制起来较为困难，为有效控制超前小导管打设角度，可以用盘条加工一个角形架，角形架上安装水平管，小导管打设时将角形架与小导管底部靠齐，用手握住角形架及小导管，用眼睛水平视线及水平管，保证角形架基本水平，则小导管角度即为角形架的角度。b、根据不同地层正确选用注浆浆液，浆液配宜通过现场试验确定；主体导洞拱顶多为砂卵石层，部分为粉细砂层，砂卵石地层采用水泥水玻璃双液浆加固效果相对较好，粉细砂地层采用改性水玻
7、璃加固效果较好，前者的优点是：有符合规范的注浆器械，时效长，配制简单，对地层有一定填充作用；缺点是：扩散半径小。后者的优点是：扩散半径大，对粉细砂地层效果显著；缺点是：没有符合规范的注浆器械，时效短，配制精度高。该地层大部分超前注浆采用水泥水玻璃双液浆比采用改性水玻璃优势大。C、注浆时应采用隔孔注浆的方式进行，并控制注浆压力及注浆量，确保注浆效果；(2)超挖原因：开挖时遇到未知地层风险源，造成超挖。原因分析：施工导洞拱顶覆土较深(约14m),加之地质勘探及空洞检测所探明的地质情况有限，暗挖开挖过程中很可能存在空洞、水囊、原有10号线降水井等未知风险，未知地层风险极易造成超挖甚至坍塌。开挖遇到锚
8、索开挖遇到降水井控制措施：a、若存在较大空洞时应采用沙袋堆码对空洞位置进行填充，防止空洞进步扩大；b、格栅安装完成后应及时进行喷射混凝土,在具备条件的情况下可对连接筋适当加密并铺设上下双层网片，防止土方坍塌造成初支失稳；c、如遇到降水井，调节格栅步距，尽量将降水井位于两根格栅中间，并对降水井部位增加连接筋,并对降水井部位预留回喷管及注浆管，待喷锚密实及注浆加固后再对降水井进行破除施工；d、对空洞位置做好记录并预埋回喷管（若需要）及注浆管，在该幅下台阶封闭成环后及时进行回填注浆；（3）超挖原因：开挖工人开挖方式不正确，造成超挖。原因分析：暗挖开挖施工工人为缩短开挖时间较少工作量，未按要求预留核心
9、体、核心包、台阶及U型槽，开挖时经常出现开挖“神仙士”形成反坡的现象，此现象即存在较大安全隐患又易造成超挖。控制措施：a、开挖过程中上台阶先两边后中间，下台阶先中间后两边。导洞开挖应先开挖拱部后开挖边墙，严禁开挖“神仙士”；b、开挖过程中勤用卷尺对开挖尺寸进行复核，快开挖至轮廓线时不要使用洋镐猛力挖土；c、规范施工严格按照规范预留核心体、核心包、台阶及U型槽:核心土、核心包,台阶预留示意图（4）超挖原因：土体长时间暴露，局部散落，造成超挖。原因分析：施工导洞拱部及边墙大部分位于卵石层，土体自稳能力相对较差，如不能实现即时封闭，土体长时间暴露，围岩表面水分蒸发极易造成土体局部散落及坍塌。掌子面暴
10、露时间过长引起的土体塌落控制措施：a、因土体自稳能力差，长时间暴露务必会造成局部散落，导致超挖，各施工工序必须衔接紧密，开挖完成后及时架设格栅安装网片安置连接筋，然后及时喷射混凝土封闭，尽量上台阶喷锚完成，下台阶格栅及连接筋网片安装完成，减少学子面的暴露时间；b、开挖施工前应将施工材料(格栅、网片、连接筋、小导管等)运放至学子面附近，从而缩短各工序变换的时间，减小土体散落；(5)超挖原因：喷锚过程中土体散落或者垮塌。原因分析：从土方开挖至格栅安装完成土体暴露时间一般在2.5h左右，土体应力损失明显，而喷锚机正是通过强风将混凝土喷射至相应位置，喷锚管出来的强风极易将松散的土体吹散，造成超挖甚至塌
11、方。控制措施：a、喷射前先用喷嘴喷射水穿，使喷锚面湿润，便于喷锚料胶结与开挖面；b、根据喷射碎的部位变化、距离远近及喷射混合料的具体含水率大小，及时调整工作风压。c、喷嘴与格栅面距离控制在0.67.2m范围左右，并尽量保证喷嘴与喷射面垂直，喷射作业自下而上，先喷格栅钢架与拱壁间隙部分，后喷两钢架之间部分。正确的喷锚方式（6）超挖原因：打设小导管时造成土体散落或疏松；原因分析：施工导洞拱部位于卵石层，超前小导管的打设方式主要有风管吹入，预埋超前导管后风镉顶入，预埋套管喷锚结束后风管吹入或风镉顶入。这几种物理打设方式都会造成土体散落或疏松；控制措施：a、根据不同的情况选择适当的打设方式，施工中一般
12、采用风管吹入的方式，风管吹入会引起一部分超挖（如本槁施工超挖过大甚至塌方时，不可采用此种方式），预埋超前导管后风镐顶入和预埋套管喷锚结束后风管吹入或风镐顶入引起的超挖就会相对较小；b、应采用隔孔打设的方式进行，避免连续打设造成土体整体坍落；（7）超挖原因：初支背后未喷实或未能及时进行初支背后回填注浆，土体逐层剥落造成土体松散。原因分析：拱顶塌方后初支背后未喷密实，造成已完初支上方土体应力集中释放，形成漏斗状沉降，或回填注浆不到位，围岩的应力不能均匀的传递到初支混凝土上，增加了下一槁土方开挖和相邻导洞的影响。控制措施：a、回填注浆时效性尤为重要，必须在土体沉降变形前对土体缝隙进行填充，回填注浆分
13、两次进行，第一次为距离开挖面5m左右，该次为低压注浆（封闭初支不密实部位），第二次为距离开挖面IOm左右，该次为饱压注浆。b、当注浆时长时间无压力时，应及时采取措施，防止浆液流失造成浪费，分析无压力原因是浆液浓度过低、注浆浆液不合适还是注浆方式不合理造成的，可通过调整浆液配比、将单液浆调整为双液浆、采取间歇注浆方式进行注浆等，而达到注浆的目的；C、当初支出现塌方后，要将塌方处理到位，回填注浆密实后方可进行下一步土方开挖。(8)超挖原因：边墙地层位于层间水区域，由于层间水冲刷引起的土体塌落。原因分析：粘土以上层间水很大，容易产生流沙，且粘土与卵石交接部位位于下台阶中部，容易引起塌方。控制措施：a
14、、用沙袋将粘土与粉细砂或砂卵石交界处码实，防止层间水将砂子从走，造成土层损失；b、通过锁脚锚杆将砂卵石进行注浆加固；c、调节格栅连接板位置，在粘土层以上设置节格栅，如下图所示格栅节点位于砂卵石与粘土交界处或位于粘土内，即使有层间水也不会引起塌方。(9)超挖原因：机械施工震动造成的土体塌落。原因分析：主体导洞下台阶位于粘土层，粘土硬度大，粘土上方为粉细砂和砂卵石，施工中需使用风镐进行破除，震动较大，容易引起土体塌落。控制措施：a、按规范预留U形槽，减小土压力；b、下台阶开挖时先开挖中间土体后开挖拱角土体；C、粘土用挖机开挖，较小震动。(10)超挖原因：临时仰拱挖机开挖造成的超挖。原因分析：挖机开
15、挖，开挖幅度过大，很容易引起超挖。控制措施：a、采用挖机开挖主要土体，再有人工修边的方式开挖。（三）超挖原因：导洞格栅预留扣拱法兰处的超挖。原因分析：预留扣拱节点主要有三种方式，分别为预留钢筋、预留法兰盘、预留钢板。前两种方式都会引起部分超挖，改变了开挖面原有较为稳定的拱形结构，造成土体塌落。预埋件处超挖控制措施：a、施工过程中注意开挖顺序，预埋件处暂不开挖，等待架设格栅时在进行开挖，减少本部分土体的暴漏时间；b、尽量采用预留钢板的预留扣拱节点型式，减少土体开挖。(12)超挖原因：格栅安装时造成的土体剥落。原因分析：导洞上台阶架立格栅时先将1,2格栅连为一体，再将其与3格栅一同架设，为了格栅架设方便，安装时上下撬动，就会造成阴影部分的超挖，且格栅安装时2、3格栅节点需上翘，容易造成土体剥落。控制措施：a、加强对工人的技术交底，严禁主观意识超挖，严格按照轮廓线进行开挖;b、开挖时先将拱角超挖5cm,待格栅安装完毕，格栅定位时再将拱角用木板垫起。(13)超挖原因：管理原因。原因分析：由于管理人员交底及教育不到位，施工人员不能完全掌握施工技术，无法按规范施工,出现一些违规作业，容易造成超挖。控制措施：a、对施工人员进行技术交底，确保施工人员掌握施工要点，能够按照规范进行施工；b
