地鐵區(qū)間隧道穿越京山鐵路施工控制技術(shù)

宮建崗

(1.上海交通大學(xué)船舶海洋與建筑工程學(xué)院,上海 200240;2.中鐵十一局集團(tuán)有限公司,湖北武漢 430000)

0 工程概況

北京地鐵五號線區(qū)間隧道蒲黃榆至天壇東門段在玉蜓橋兩側(cè)下穿京山鐵路,地鐵左線隧道在京山鐵路上行線 K7+109.8、下行線 K7+118.4處與之相交,右線隧道在京山鐵路上行線 K7+022.8、下行線K7+030.1與之相交。鐵路影響范圍為相交點(diǎn)前后各 25m。

影響范圍內(nèi)京山上下行線采用鋼筋混凝土軌枕、60 kg無縫線路、R=920m的曲線。涉及供電設(shè)備有“京山上行 154#、京山下行 153#接觸網(wǎng)混凝土支柱”位于地鐵隧道上方,隧道開挖對供電設(shè)備產(chǎn)生一定影響。

地鐵區(qū)間隧道為馬蹄形隧道,開挖高度 6.4 m,寬度 5.9 m。復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)包括初期支護(hù)(25 cmC20早強(qiáng)噴射混凝土)和二次襯砌(30 cmC30鋼筋混凝土)。初襯與二襯之間鋪設(shè)防水層[1]。

該段地鐵隧道埋深 17.0 m(隧道頂距離地面高度),自上而下地層包括雜填土約 1.5 m、粉土約 6m、粘土約 2.5m、粉細(xì)砂約 6m、中粗砂約 1 m。

1 帷幕注漿加固技術(shù)

為確保隧道施工安全和鐵路設(shè)施安全,對穿越京山鐵路 30 m范圍進(jìn)行帷幕注漿加固。根據(jù)隧道斷面大小情況及現(xiàn)有設(shè)備狀況,分三段進(jìn)行帷幕注漿,每個循環(huán)注漿段長 12m,搭接 3.0 m。施工流程圖如圖1[2]。

圖1 區(qū)間隧道穿越鐵路段施工流程

(1)帷幕注漿加固范圍。全斷面帷幕注漿加固范圍為開挖輪廓外 2.5 m范圍,如圖2所示?？v向注漿長度每個循環(huán) 12 m。

全斷面帷幕注漿施工工序主要包括:成孔和注漿。選用的機(jī)械設(shè)備有:XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)和 PH15型注漿機(jī)。

(2)帷幕注漿成孔。選用 XY-2型地質(zhì)鉆機(jī)成孔。鉆孔順序:從拱頂處自上而下、由外向內(nèi)鉆設(shè)注漿孔,每成一孔及時(shí)退出鉆機(jī),安裝注漿管。拱部開挖輪廓線外的注漿范圍采用小導(dǎo)管,Φ48普通鋼管,壁厚 3.5 mm,管頭 300錐體。拱部以下注漿范圍內(nèi)采用 Φ48×3.5 mm(公稱直徑 ×壁厚)的PVC管。成孔直徑定為 73 mm,利于安裝注漿管,便于封堵孔壁和管壁間空隙,保證注漿效果。鉆孔順序?yàn)?先上后下,先外后內(nèi)。終端注漿管布置如圖3所示。

(3)采用全斷面帷幕注漿漿液材料,普通水泥 +防水外加劑(水∶水泥 =0.6∶1)(中粗砂、卵石圓礫中,擴(kuò)散半徑 R=0.6 m);超細(xì)加固型TGRM水泥特種灌漿料(水∶TGRM=0.6∶1)(粉土、粉質(zhì)粘土中,擴(kuò)散半徑 R=0.4m)。注漿工藝,先上后下,先外后內(nèi),后退式分段注漿,抽管分段設(shè)止?jié){塞。

圖2 帷幕注漿設(shè)計(jì)圖(單位:mm)

圖3 終端注漿加固范圍(單位:mm)

(4)封閉掌子面。注漿前要對掌子面進(jìn)行網(wǎng)噴混凝土封閉處理,根據(jù)注漿壓力(砂層 0.6 MPa,土層1.0MPa)不同,調(diào)整封閉掌子面混凝土厚度(約 15 cm),但最小厚度不小于 10 cm,必要時(shí)應(yīng)鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片并打設(shè)錨管,確保注漿時(shí)不產(chǎn)生裂紋和隆起。

(5)注漿。注漿管安裝完成后,對掌子面進(jìn)行二次封閉,然后進(jìn)行注漿。注漿采用后退式分段注漿,將 12m的注漿管分成 10段進(jìn)行注漿,通過調(diào)整注漿管內(nèi)的止?jié){閥位置實(shí)現(xiàn)分段注漿。封閉掌子面后,先注 TGRM填充加固型灌漿料(水∶TGRM=0.6∶1),該灌漿料能將孔壁和管壁間的空隙填充密實(shí),并具有一定強(qiáng)度。對所有的注漿管進(jìn)行填充加固后,再對每一根管進(jìn)行分段后退式注漿,注漿材料為超細(xì)型TGRM水泥特種灌漿料(水∶TGRM=0.8∶1),注漿壓力為 0.6MPa,并根據(jù)地質(zhì)情況和注果進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。注漿效果可通過預(yù)留觀察孔、注漿壓力和注漿量等因素綜合分析進(jìn)行預(yù)測,開挖過程中對注漿效果不理想部位須進(jìn)行重新注漿加固,以保證施工安全。全斷面帷幕注漿順序?yàn)?先上后下,先外后內(nèi)。

2 穿越京山鐵路段隧道開挖支護(hù)施工技術(shù)

(1)隧道開挖與支護(hù)。在全斷面帷幕注漿加固支護(hù)作用下,以環(huán)向開挖保留核心土法施工,核心土長度約 1.5m,環(huán)向開挖寬度 80～100 cm,以保證格柵架立及噴混凝土施工的操作空間?？v向開挖進(jìn)尺為一榀格柵間距(區(qū)間隧道穿越京山鐵路段格柵間距為 50 cm)[3]。

(2)初支背后注漿回填?？v向每隔 2.0 m埋設(shè)一環(huán)注漿管,注漿管設(shè)置在拱部 120°范圍的拱頂和墻腳,隧道下臺階施工完成后及時(shí)注漿回填,壓力控制在 0.3 MPa左右。

3 施工量測與效果

(1)量測項(xiàng)目。在穿越鐵路 30 m區(qū)段,每 5m設(shè)置一個量測斷面。分別開展軌面變形、地表沉降、拱頂下沉和凈空收斂量測,重點(diǎn)是軌面變形量測[4]。

(2)管理基準(zhǔn)。根據(jù)施工期間的鐵路車速,確定左、右線和縱向 10m范圍內(nèi)軌面允許的均勻沉降為5.0mm,累計(jì)軌面的最大允許沉降 15.0 mm。

(3)施工效果。經(jīng)洞內(nèi)帷幕注漿加固施工控制和注漿回填等綜合施工技術(shù)后,路基沉降曲線如圖4,累計(jì)軌面最大變形未超過 10.0mm,不均勻沉降在 4.0mm以內(nèi),保證了鐵路運(yùn)營安全。

圖4 京山鐵路監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)態(tài)曲線

4 結(jié)語

在采用帷幕注漿加固地層的前提下,加強(qiáng)開挖支護(hù)過程中的質(zhì)量控制,包括對臺階長度及循環(huán)進(jìn)尺的控制,格柵拱腳的填實(shí)、及時(shí)回填注漿。監(jiān)控結(jié)果表明,穿越鐵路段累計(jì)地表最大沉降量為14mm,從而保證了鐵路運(yùn)營安全。

[1]北京城建設(shè)計(jì)研究總院.GB50157—2003地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京:中國計(jì)劃出版社,2003.

[2]張民慶,彭峰.地下工程注漿技術(shù)[M].北京:地質(zhì)出版社,2008.

[3]關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2003.

[4]朱永全,宋玉香.隧道工程[M].北京:中國鐵道出版社,2005.