某地鐵暗挖區(qū)間過排水暗渠施工風(fēng)險(xiǎn)與處理

劉 輝 屈興兵

1 工程概況

1.1 工程位置及范圍

沈陽地鐵二號(hào)線一期土建工程市府廣場(chǎng)站—青年大街站區(qū)間(以下簡(jiǎn)稱市—青區(qū)間)主要位于沈陽市沈河區(qū),市—青區(qū)間自市府廣場(chǎng)站起,沿青年大街,經(jīng)小西路、中山路、藥王廟路路口,到青年大街站。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

1.2.1 工程地質(zhì)

本區(qū)間地形變化平緩,場(chǎng)區(qū)地面標(biāo)高44.1 m～45.5 m,自北向南逐漸降低,地面高差1.4 m。本場(chǎng)地地層以砂礫石層為主,局部有黏土層,地基土自上而下依次為第四系全新統(tǒng)人工填筑層、渾河高漫灘及古河道、第四系渾河新扇。

1.2.2 水文地質(zhì)

場(chǎng)區(qū)地下水有兩層,隔水層多處缺失,兩層水互相連通,承壓水水頭與潛水水位埋深基本相同。地下水水位埋深為8.7 m～10.0 m,標(biāo)高35.11 m～36.44 m。場(chǎng)區(qū)地下水、環(huán)境土對(duì)混凝土、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋均無腐蝕性,對(duì)鋼結(jié)構(gòu)成弱腐蝕性。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告,設(shè)防水位埋深 4.7 m,標(biāo)高40.44 m;確定場(chǎng)地綜合滲透系數(shù)推薦值為100 m/d。

2 管線風(fēng)險(xiǎn)分析

市—青區(qū)間范圍,場(chǎng)地內(nèi)地下管網(wǎng)主要沿青年大街分布,包括給水、電信、電力、熱力、煤氣、排污等。其中對(duì)市—青區(qū)間施工影響較大的管線為1955年修建的磚砌結(jié)構(gòu)的排水暗渠,該暗渠基本位于市—青區(qū)間上方與區(qū)間并行,并且存在多處交叉點(diǎn)。經(jīng)過50多年的使用,暗渠存在嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象。

針對(duì)如上管線情況,結(jié)合本工程實(shí)際,風(fēng)險(xiǎn)分析如下:1)由于暗渠修建時(shí)間較長(zhǎng),已經(jīng)使用了50多年,而且結(jié)構(gòu)本身為磚混結(jié)構(gòu),年久失修,不可避免的會(huì)出現(xiàn)滲漏水情況。2)地鐵施工不可避免的會(huì)出現(xiàn)沉降現(xiàn)象,而暗渠本身由于施工年限較長(zhǎng),自身強(qiáng)度下降較多,沉降稍大就可能引起破裂,從而引起更大的不安全因素。3)本區(qū)間1號(hào)橫通道開挖斷面高度為13.7 m,拱頂埋深5.4 m。橫通道拱頂距離暗渠基底2.4 m,暗渠內(nèi)有流水。隧道上方的青年大街為沈陽市南北交通主干道,交通流量很大,且1號(hào)橫通道拱頂覆土大部分為松散回填土層,車輛行駛所引起的振動(dòng)對(duì)拱頂覆土穩(wěn)定性的影響較大,存在極大的安全隱患。4)東暗渠一直在使用過程中,而且水流較大,對(duì)暗渠沖刷持續(xù)破壞較大,暗渠周圍出現(xiàn)水囊的幾率很大。而且暗渠下方由于長(zhǎng)期滲漏水沖刷,土質(zhì)相對(duì)疏松,更易出現(xiàn)流砂,甚至坍塌,從而引起管線破裂等危險(xiǎn)因素。5)由于青年大街在市—青區(qū)間范圍內(nèi)基本無其他雨水管線,若遇到下雨天氣,青年大街東側(cè)、整個(gè)市府廣場(chǎng)以及青年大街以東的中山路范圍內(nèi)的所有雨水均通過東、西暗渠進(jìn)行排水,暗渠排水量大大增加,其排水能力難以滿足突降大雨的排水量,暗渠內(nèi)水流的水壓必將大增,存在極大的安全隱患。6)一旦因?yàn)榘登B漏水導(dǎo)致垮塌或者存水水囊破裂漏水后,必然引起地面塌陷,暗渠破壞,影響巨大,后果嚴(yán)重。

3 過管線段技術(shù)措施

3.1 處理措施概況

對(duì)暗渠處理措施的范圍根據(jù)一般污水管線對(duì)周邊環(huán)境的影響確定如下:位于區(qū)間正線正上方5 m范圍以內(nèi)的東暗渠采用洞內(nèi)+洞外技術(shù)措施進(jìn)行處理;位于區(qū)間正線正上方5 m范圍以外的東暗渠只采用洞內(nèi)技術(shù)措施進(jìn)行處理。綜合考慮各方面因素,本著以減少東暗渠對(duì)區(qū)間暗挖施工影響為主的主導(dǎo)思想,對(duì)東暗渠采取防滲處理的方式為采用特種帆布材料+角鋼剛性骨架的形式進(jìn)行,具體見圖1。

采取如下雙保險(xiǎn)的技術(shù)措施:在暗渠內(nèi)壁鋪設(shè)特種防水帆布對(duì)暗渠進(jìn)行防滲處理后,在隧道掌子面施工范圍內(nèi)根據(jù)暗渠內(nèi)水流量,采用2根～3根φ 500鋼管進(jìn)行導(dǎo)流(僅導(dǎo)流有隧道下穿的暗渠段),以保證東暗渠內(nèi)的污水通過剛性導(dǎo)流管流動(dòng),從而形成一個(gè)剛性通道,防止隧道發(fā)生坍塌事故造成暗渠破裂時(shí)污水下灌。剛性導(dǎo)流的范圍為區(qū)間正線下穿東暗渠施工段。

3.2 洞外處理措施

1)東暗渠開孔。由于東暗渠修建年代久遠(yuǎn),暗渠自身強(qiáng)度較低,在進(jìn)行東暗渠開孔時(shí)必須分段施作,東暗渠側(cè)壁上的工作孔尺寸為高1.5 m,寬1.5 m。在分段開孔后施作一個(gè)工鋼門框?qū)ぷ骺走M(jìn)行加強(qiáng)。在工作孔打開后立即對(duì)東暗渠內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)。由于東暗渠內(nèi)有現(xiàn)狀污水排放,只要施工人員進(jìn)入東暗渠必須進(jìn)行通風(fēng),待監(jiān)測(cè)無有害氣體后施工人員方可進(jìn)行東暗渠開孔施工,具體見圖2。2)鋪設(shè)導(dǎo)流管。在工作孔打開并對(duì)東暗渠內(nèi)進(jìn)行通風(fēng)后,在暗渠內(nèi)鋪設(shè)兩根導(dǎo)流管,導(dǎo)流管采用φ 400的PVC管,每根長(zhǎng)度為2 m,每?jī)筛g采用 PVC套管連接,每段次鋪設(shè)的長(zhǎng)度為24 m。3)截流。待導(dǎo)流管鋪設(shè)完畢后,用砂袋在導(dǎo)流管兩端對(duì)暗渠進(jìn)行截流,使暗渠內(nèi)的污水通過導(dǎo)流管排放,而導(dǎo)流管范圍內(nèi)的暗渠處于無流水作業(yè)狀態(tài),然后采用污水泵將導(dǎo)流管范圍內(nèi)的殘留水抽走。4)鋪設(shè)防水帆布。在鋪設(shè)帆布前先對(duì)暗渠底部的淤泥進(jìn)行處理,以保證防水帆布的順利施作和工作性能。在淤泥清理完畢后,在基本無水作業(yè)的暗渠內(nèi)鋪設(shè)防水帆布,防水帆布采用定制長(zhǎng)度、寬度,一次鋪設(shè)成型,帆布沿暗渠流向方向的兩端采用粘扣+防水膠連接,防水帆布與暗渠壁的連接采用角鋼+膨脹螺栓連接。5)架設(shè)剛性骨架。剛性骨架為矩形斷面,四邊分別位于矩形暗渠的四個(gè)角,沿暗渠流向設(shè)置,每個(gè)剛性骨架的間距為10 m～15 m,剛性骨架采用洞外制作洞內(nèi)連接的方式固定,角鋼之間采用螺栓連接,角鋼與暗渠的連接采用膨脹螺栓連接,具體見圖3。

3.3 洞內(nèi)技術(shù)措施

1)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。采用打超前小導(dǎo)管和作探孔的方法進(jìn)行超前地質(zhì)探測(cè),超前小導(dǎo)管是按照設(shè)計(jì)要求打設(shè)的注漿導(dǎo)管,目的是注漿加固地層和小范圍探測(cè)前方地質(zhì);探測(cè)孔呈梅花形布置,間距為2 m,每個(gè)探測(cè)孔深度為 5 m,每開挖 2 m對(duì)前方地質(zhì)進(jìn)行一次探測(cè),要始終保持對(duì)前方地質(zhì)3 m的探測(cè)長(zhǎng)度。2)加強(qiáng)超前支護(hù)。超前支護(hù)對(duì)保證暗挖施工安全具有決定性意義。在進(jìn)行下穿東暗渠段施工時(shí),采用加密超前導(dǎo)管,管長(zhǎng)2.5 m,環(huán)線間距由30 cm變?yōu)?0 cm;每循環(huán)一排,注水泥、水玻璃雙液漿作加固地層處理。注漿時(shí)每榀封閉掌子面,避免漿液從掌子面冒出,同時(shí)避免注漿壓力太大造成掌子面塌方,注漿壓力為0.2 MPa～0.3 MPa。注漿參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。3)加強(qiáng)初支背后回填注漿。初支背后回填注漿采用全方位回填方案,每3 m設(shè)置一組回填注漿管,注漿管環(huán)向間距1.5 m,采用φ 32鋼管,鋼管長(zhǎng)度在1 m～1.2 m之間?；靥钭{緊跟成環(huán)初支進(jìn)行,每3 m回填注漿一次,注漿采用純水泥漿,同時(shí)采用砂漿泵。施工過程中由于回填注漿要求緊跟初支結(jié)構(gòu)進(jìn)行且距離東暗渠較近,注漿時(shí)必須嚴(yán)格控制注漿壓力在0.2 MPa～0.5 MPa之間,如漿液擴(kuò)散效果不理想,可采取加密回填注漿管的措施進(jìn)行處理,不得提高注漿壓力,防止結(jié)構(gòu)和東暗渠變形。當(dāng)開挖和回填注漿發(fā)生矛盾時(shí),先進(jìn)行開挖施工。4)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。過暗渠段的監(jiān)控量測(cè)分為洞內(nèi)和地面兩部分:洞內(nèi)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目有初支拱頂下沉、凈空收斂、鋼筋應(yīng)力、初支與圍巖接觸應(yīng)力,其中初支拱頂下沉、凈空收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)每2.5 m布置一組,并位于同一斷面。鋼筋應(yīng)力、初支與圍巖接觸應(yīng)力每10 m布設(shè)一組。拱頂下沉和凈空收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)見圖4。

地面主要監(jiān)測(cè)暗渠的沉降情況,監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置方法為:在有檢查井的部位,直接打開檢查井將監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)到暗渠的底板上,無檢查井的部位采用鉆機(jī)破開路面硬化層,洛陽鏟探挖到暗渠蓋板頂埋設(shè)測(cè)桿,測(cè)桿用混凝土固定在暗渠蓋板頂面上。

4 實(shí)施效果

通過以上技術(shù)措施,取得了很好的效果:下穿暗渠段施工順利完成,隧道拱頂下沉量最大為8.5 mm,凈空收斂5.3 mm,暗渠最大沉降量為4.6 mm,確保了施工期間暗渠的正常使用和工程本身的安全,取得了良好的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)效益。

[1] 王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].合肥:安徽教育出版社,2004.

[2] 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3] 胡達(dá)遠(yuǎn).隧道工程淺埋暗挖法的施工技術(shù)[J].山西建筑,2008,34(18):331-332.

[4] 林宗元.巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測(cè)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2005.