熱力隧道下穿既有地鐵線施工綜合防護(hù)技術(shù)

熊建紅，李 鋒

(北京中鐵隧建筑有限公司，北京 510250)

1 工程概述

崇文門熱力隧道由南向北下穿北京2號線地鐵區(qū)間，熱力隧道為雙洞布置，平頂直墻箱型封閉結(jié)構(gòu)，隧道頂板與地鐵結(jié)構(gòu)底板墊層剛性接觸，即兩結(jié)構(gòu)之間不保留土體，直接接觸。單洞斷面尺寸1.8 m×2.5 m。地層由上至下分別為雜填土、素填土、粉土、粉質(zhì)黏土、粉砂、細(xì)砂、圓礫、黏土等，熱力隧道頂板結(jié)構(gòu)位于粉土層，側(cè)墻及底板結(jié)構(gòu)位于中粗砂及粉細(xì)砂層。隧道范圍內(nèi)主要為上層滯水和潛水。上層滯水水位埋深約5.5 m，潛水水位埋深約14.3 m。

根據(jù)既有線結(jié)構(gòu)沉降控制要求，隧道上方地鐵結(jié)構(gòu)沉降及差異沉降應(yīng)控制在2.5 mm之內(nèi)，在施工期間，既有地鐵2號線不減速運(yùn)營。

2 施工流程及要點(diǎn)

熱力隧道與地鐵2號線相交位于北京站西街正下方，熱力隧道為雙跨矩形框架結(jié)構(gòu)，頂板覆土為3～5 m，由于覆土厚度不具備明挖法施工的條件。為了確保不擾動既有線結(jié)構(gòu)，將對既有線影響降到最低，經(jīng)專家論證，隧道采用淺埋暗挖法施工，同時采取全斷面注漿和增設(shè)千斤頂支撐的措施。在隧道下穿前必須做好初支，首先對地鐵結(jié)構(gòu)下方不小于開挖寬度范圍的土體進(jìn)行超前地質(zhì)探測，如發(fā)現(xiàn)空洞、水囊、地下不明物體時，采用注漿加固、填充空洞等有效措施進(jìn)行處理。在開挖下穿斷面時，應(yīng)先進(jìn)行全斷面注漿加固地層，同時在型鋼拱架上利用千斤頂對上部地鐵結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，確保施工中2號線地鐵控制在沉降范圍內(nèi)。隧道下穿地鐵既有線開挖初支施工工藝流程見圖1。

圖1 開挖初支施工工藝流程

2.1 全斷面超前深孔注漿施工

在穿越地鐵2號線區(qū)間段采用長23 m超前長管注漿，預(yù)加固隧道開挖面及兩側(cè)2.0 m、底板下2.0 m范圍內(nèi)土體。注漿長管水平間距500 mm，豎向間距500 mm，呈梅花型布置，于既有2號線區(qū)間南側(cè)單向進(jìn)行，注漿管采用φ83×5 mm熱軋無縫鋼管。漿液初定為超細(xì)水泥漿，施工過程中根據(jù)注漿實(shí)際效果進(jìn)行調(diào)整、更換。水灰比根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定，漿液加固后的土體無側(cè)限抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到0.8 MPa。φ83超前注漿長管布置及加固范圍見圖2。

1)注漿管成孔施工。注漿長管施工采用TT40水平定向鉆機(jī)，根據(jù)勘察資料及周邊工程揭露的地層顯示，既有2號線區(qū)間下方的地質(zhì)情況主要為粉細(xì)砂層，為減少或避免鉆孔施工對車站下方土體的擾動，采用跳孔施作且施工完畢一根立即開始注漿，注漿完畢后再鉆下一眼。為防止?jié){液竄流，長管部位的施工先后順序?yàn)閿嗝嫱鈨蓚?cè)、斷面底部，最后再由上而下施工隧道開挖范圍內(nèi)的長管，長管施工順序示意圖見圖3。

圖2 超前注漿長管布置及加固范圍(單位:mm)

圖3 注漿長管施工順序示意(單位:mm)

2)長管注漿施工。注漿采用后退式分段注漿工藝，每1 m設(shè)一個注漿段，由內(nèi)向外逐段壓漿，注漿段內(nèi)采用DYS氣囊式止?jié){塞封閉增壓，為避免漿液回流，在管身各環(huán)注漿孔部位車槽并采用袖閥式彈性橡膠止?jié){閥封堵。注漿前，使用清水清管，同時觀測清水回流情況，存在回流的部位在后退式分段注漿前先對其注漿封堵，盡量做到低壓擴(kuò)散注漿，確保地層預(yù)注漿加固效果。注漿壓力控制在0.5～0.6 MPa，并根據(jù)現(xiàn)場地層進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

注漿選用SYB-60/5型(ZBSB-70/5)雙液注漿泵、DYS氣囊式止?jié){塞。深孔注漿順序與打管順序一致，單管注漿施工流程為安裝注漿芯管→整體清管→回流部位注漿封堵→分段壓漿→ 清管→整管注漿→孔口處理→檢驗(yàn)。

2.2 開挖初支

待全斷面超前深孔注漿結(jié)束以后，立即現(xiàn)場取芯送實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行注漿工藝鑒定，如地基承載力不能滿足設(shè)計要求，則應(yīng)對地層進(jìn)行二次補(bǔ)充注漿。經(jīng)監(jiān)理和設(shè)計確認(rèn)達(dá)到設(shè)計要求的強(qiáng)度后，方可進(jìn)行開挖作業(yè)。在開挖過程中，可能出現(xiàn)局部注漿加固效果欠佳的情況，應(yīng)立即封閉掌子面，對相應(yīng)部位進(jìn)行補(bǔ)充注漿，經(jīng)各方確認(rèn)鑒定合格后，方可繼續(xù)施工。

開挖方法采用淺埋暗挖法施工，先施工左側(cè)隧道，待左側(cè)隧道開挖初支施工完畢后方可進(jìn)行右側(cè)隧道施工。由于隧道在下穿既有2號線地鐵結(jié)構(gòu)時為剛性接觸，開挖時如發(fā)現(xiàn)兩結(jié)構(gòu)間存在少量土體，則應(yīng)將其全部挖除，再采用噴混凝土、初襯背后回填注漿等措施填滿空隙。開挖過程中，對掌子面范圍內(nèi)的φ83×5 mm注漿長管按每米一次采用金剛繩鋸進(jìn)行切割，并運(yùn)送至地面。

2.3 用千斤頂控制沉降

在型鋼拱架上利用千斤頂支撐對上部地鐵結(jié)構(gòu)的沉降進(jìn)行控制，千斤頂最大頂力不大于450 kN，行程不小于100 mm，隨型鋼架架立，封閉下部初襯后，進(jìn)行預(yù)加頂力，單個斷面設(shè)置4臺，縱向間距1 980mm，千斤頂縱斷面布置見圖4。

圖4 千斤頂縱斷面布置(單位:mm)

1)施工工藝。

千斤頂安裝及施加頂力工藝流程見圖5。

圖5 千斤頂安裝及施加頂力工藝流程

2)施工方法。布置千斤頂?shù)乃淼罃嗝嫔喜砍跻r施工完畢后，立即將鋼牛腿焊接在型鋼鋼架上，間隔5榀格柵設(shè)置一道。鋼牛腿施工完畢后，通過人工進(jìn)行安裝固定千斤頂。千斤頂斷面下部封閉成環(huán)后，立刻采用移動泵站對頂部工字鋼施加頂力，頂力按每50 kN分級逐步進(jìn)行施加。頂力施加完畢后，采用鋼楔子將頂部工字鋼與立柱之間的縫隙楔死。下穿段共設(shè)有6個千斤頂斷面，每個斷面?zhèn)湟慌_移動泵站負(fù)責(zé)對該斷面的4臺千斤頂施加及補(bǔ)償頂力。每臺移動泵站均由2人輪班進(jìn)行不間斷看管，并做好階段檢查及交接班記錄。若千斤頂頂力衰減或發(fā)生突發(fā)事故，及時由工作面其他工種人員協(xié)助對頂力進(jìn)行補(bǔ)償，同時楔緊鋼楔子。

圖6 隧道下穿既有線段二襯施工工藝流程

3)技術(shù)要點(diǎn)。在隧道開挖過程中要防止機(jī)械或人為破壞千斤頂支撐體系，避免千斤頂失穩(wěn)，造成事故。千斤頂支撐體系的拆除施工應(yīng)特別注意分級釋放軸力，避免瞬間預(yù)加應(yīng)力釋放過大而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)局部變形、開裂，對既有線造成影響。

2.4 二襯施工

隧道初襯貫通后立即進(jìn)行二襯施工，先澆筑全段底板，再由兩端向中間同步進(jìn)行側(cè)(中)墻和頂板二襯，到達(dá)千斤頂斷面時，兩側(cè)二襯結(jié)構(gòu)需達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度，在同時拆除兩端各兩個斷面的千斤頂，二襯結(jié)構(gòu)繼續(xù)向前施工一步，步距與拆除千斤頂?shù)拈L度相協(xié)調(diào)，待二襯結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后，拆除最后兩個千斤頂，施做二襯結(jié)構(gòu)，施工工藝見圖6。

3 結(jié)語

熱力隧道施工過程中對地鐵2號線進(jìn)行了監(jiān)測，主要監(jiān)測地表沉降、隧道內(nèi)拱頂沉降、結(jié)構(gòu)收斂、軌道結(jié)構(gòu)軌距、水平、高低、方向變化及線路方向偏差、道床與結(jié)構(gòu)剝離情況、道床裂縫等內(nèi)容。監(jiān)測數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，按照以上的技術(shù)方法，下穿段施工對既有線結(jié)構(gòu)的影響可在控制范圍之內(nèi)，地鐵2號線結(jié)構(gòu)的最大累積沉降為1.7 mm，滿足相關(guān)規(guī)范要求。

[1] 中華人民共和國建設(shè)部.GB50208—2002 地下工程防水技術(shù)規(guī)范［S］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2006.

[2] 北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司.QGD—007—2005 軌道交通隧道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)［S］.北京:北京市建設(shè)委員會，2005.

[3] 王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論［M］.北京:中國鐵道出版社，2005.

[4] 田家琳.地鐵新線區(qū)間隧道下穿地鐵既有線的二襯施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(6):60-62.

[5] 杜建華，高謙，宋衛(wèi)東，等.間隔土層厚度對新建隧道垂直下穿既有地鐵線影響的研究［J］.鐵道建筑，2008(6):37-40.