超淺埋地鐵出入口下穿既有磚房施工技術(shù)

彭昌海

(北京中鐵隧建筑有限公司，北京 100022)

0 引言

隨著我國城市地鐵隧道施工技術(shù)的快速發(fā)展，為提高結(jié)構(gòu)承載能力，減少施工占地，拆遷工作以及降低施工成本，超淺埋施工在城市地鐵隧道中得到了廣泛使用。超淺埋隧道會(huì)引起地面及建筑物等的不均勻沉降或建筑物開裂，在這些因素影響下，怎樣減少對(duì)地面及建筑物的影響將成為超淺埋隧道施工的重要技術(shù)問題。文獻(xiàn)［1］介紹了以大量工程建設(shè)中的數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)為依托，全面客觀地對(duì)我國隧道及地下工程修建技術(shù)進(jìn)行梳理、總結(jié)和提升，并加以系統(tǒng)闡述;文獻(xiàn)［2］介紹了淺埋暗挖隧道近距下穿既有地鐵的關(guān)鍵技術(shù);文獻(xiàn)［3］介紹了地鐵隧道施工對(duì)鄰近建筑物影響的研究;文獻(xiàn)［4］介紹了盾構(gòu)下穿建(構(gòu))筑物控制沉降注漿技術(shù)研究與應(yīng)用;文獻(xiàn)［5］介紹了淺埋隧道下穿越淺基礎(chǔ)建筑物注漿保護(hù)技術(shù);文獻(xiàn)［6］介紹了隧道工程淺埋暗挖法施工要點(diǎn)。而本論文針對(duì)在出入口隧道下穿既有磚房，工程施工具有較大的風(fēng)險(xiǎn)，施工全過程先后進(jìn)行了優(yōu)化方案、量測(cè)分析等，以指導(dǎo)施工，確保工程的順利完成，并有效地規(guī)避工程風(fēng)險(xiǎn)。

1 工程概況

重慶市軌道交通1號(hào)線為重慶市軌道交通線網(wǎng)中的一條骨干線路，歇臺(tái)子車站位于渝州路與科園六路的交叉口，渝州路的路面下。渝州路為城市主干道，站位處地面建筑較多，路面交通復(fù)雜，地面下管線密集。

歇臺(tái)子車站1號(hào)出入口中軸線與車站交于YK9+962.515，總長(zhǎng)約158.90 m，通道凈寬度4.5～7.5 m，周邊建構(gòu)筑物眾多;YK9+935.912～+962.515段前進(jìn)方向右側(cè)分別為磚2及混凝土9建筑，緊靠通道結(jié)構(gòu)邊墻(平面);K9+887.941～+935.912段從年代久遠(yuǎn)的2層磚房的正下方穿過，設(shè)計(jì)隧道拱頂絕大部分埋深3～4 m，基本位于回填土層及強(qiáng)風(fēng)化巖層中。1號(hào)出入口下穿房屋段，隧道拱頂基本為填土層和黏土層，下伏基巖為強(qiáng)風(fēng)化砂質(zhì)泥巖，巖體破碎，主要發(fā)育2組裂隙。由于管網(wǎng)破漏，下穿房屋段拱頂?shù)乃靥钔良梆ね翆涌赡艽嬖谝欢ǖ牡叵滤⒔輲r體，圍巖劣變?yōu)閺?qiáng)風(fēng)化狀態(tài)，屬于超淺埋隧道。

2 地表房屋情況

據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，1號(hào)出入口穿越的2層磚混結(jié)構(gòu)門面房，屬一棟臨時(shí)基建房。樓房修建于20世紀(jì)80年代末，修建時(shí)間較長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)質(zhì)量差，磚房基礎(chǔ)為漿砌條石基礎(chǔ)，基礎(chǔ)深度約1.5 m，現(xiàn)有磚房長(zhǎng)約55 m，寬約10 m，為砌磚結(jié)構(gòu)，樓板為混凝土預(yù)制板。整棟磚房全部位于出入口正上方，房屋基礎(chǔ)距隧道拱頂約2 m，1號(hào)出入口隧道與磚房平面關(guān)系如圖1所示。

圖1 1號(hào)出入口隧道與磚房關(guān)系平面圖Fig.1 Relationship between No.1 tunnel entrance t and the existing building

3 下穿磚房施工總體措施

1號(hào)出入口隧道上方的2層磚房拆遷困難，為盡可能有效地控制房屋沉降、保障施工安全與質(zhì)量，遵照“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則，暗挖隧道在磚房基礎(chǔ)以下、隧道平頂以上，采用雙排φ108大管棚進(jìn)行超前注漿加固地層及磚房基礎(chǔ)，并結(jié)合暗挖時(shí)超前小導(dǎo)管超前支護(hù)，開挖前掌子面注漿結(jié)合環(huán)向注漿，保障安全。隧道開挖后中風(fēng)化巖以上采用φ68袖閥管注漿加固，徑向采取φ42鋼花管并注漿，中風(fēng)化巖以下采取φ22藥卷錨桿，結(jié)合格柵鋼架、鋼筋網(wǎng)、噴射C25鋼纖維混凝土進(jìn)行初期支護(hù)，并及時(shí)施作二次襯砌。

1)開挖。由于1號(hào)出入口下穿2層磚房段暗挖隧道埋深淺，圍巖軟弱，地質(zhì)復(fù)雜，地面管線(電信、聯(lián)信光纜、軍纜、燃?xì)?、DN400給水管道等)密集;因此，1號(hào)出入口開挖宜采用靜態(tài)破碎結(jié)合人工方式作業(yè)開挖，CD工法開挖，嚴(yán)格短進(jìn)尺，加強(qiáng)支護(hù)，確保地面建筑物及施工安全，施工步序圖如圖2所示。

圖2 下穿磚房段矩形斷面施工步序圖Fig.2 Construction sequence of rectangular cross－section at crossing underneath building section

2)支護(hù)。為有效的全面加固2層磚房，出入口下穿磚房段，在磚房基礎(chǔ)以下、隧道拱頂以上施作雙排φ108大管棚，通過注漿加固房屋基礎(chǔ)及地層;暗挖隧道采用掌子面拱部注漿結(jié)合拱部超前進(jìn)行注漿，開挖后采取徑向注漿及φ22系統(tǒng)錨桿結(jié)合格柵鋼架、鋼筋網(wǎng)、噴射C25鋼纖維混凝土進(jìn)行初期支護(hù)。

4 施工技術(shù)

1)開挖支護(hù)

視工程地質(zhì)情況，采用CD工法施工4部開挖，土方采用人工開挖，風(fēng)化巖層采用靜態(tài)破碎，嚴(yán)禁爆破作業(yè)。洞內(nèi)采用挖掘機(jī)配合裝載機(jī)鏟運(yùn)，在豎井底直接裝入碴斗，10 t電動(dòng)葫蘆垂直提升出碴，每循環(huán)開挖后及時(shí)“噴、錨、網(wǎng)、噴”支護(hù)。

在暗挖平頂直墻隧道開挖前采用φ42鋼花管，壁厚5 mm，進(jìn)行掌子面注漿，間距80 cm×80 cm梅花型布置，L=4.5 m，4 m/環(huán)，注漿管施作完成后掌子面進(jìn)行噴射10 cm厚C25混凝土進(jìn)行封閉，并注入1∶1水泥漿。徑向加固注漿采用φ68袖閥管，L=3.5 m，每2 m一環(huán)，環(huán)向間距2 m梅花型布置;超前導(dǎo)管采用φ42鋼花管，L=2.5 m，壁厚5 mm，外插角10°，水平間距40 cm，縱向間距1 m;錨桿采用φ22砂漿錨桿，L=3 m，環(huán)向間距1.0 m，縱向間距0.4 m梅花型布置。采用雙層鋼筋網(wǎng)φ8@200 mm×200 mm。鋼架為格柵鋼架，噴射混凝土采用C25鋼纖維混凝土支護(hù)。在施作初支噴混凝土前，預(yù)埋φ42普通焊接鋼管，L=0.5 m，在噴混凝土后進(jìn)行背后注漿，注漿管環(huán)縱向間距1.5 m×1.5 m，注漿壓力0.5 MPa。

2)二次襯砌施工

采用“組合腳手架+拱架+大塊鋼模板”施工。該段通過加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，及早進(jìn)行二次襯砌施工;襯砌鋼筋集中加工，洞內(nèi)綁扎φ16以上環(huán)向鋼筋，采用機(jī)械連接;混凝土采用泵送入模，采用模板外掛附著式平板振搗器和插入式振動(dòng)棒振搗密實(shí)。

4.1 靜態(tài)破碎施工

開挖過程中為減小對(duì)地面磚房的擾動(dòng)，確保施工安全，出入口隧道應(yīng)采用靜態(tài)破碎施工工法。靜態(tài)破碎劑是一種不使用炸藥就能使巖石破裂的粉狀工程施工材料，它的主要成份是生石灰(即氧化鈣)，還含有一些按一定比例摻入的化合物催化劑，是國際上流行的新型、環(huán)保、非爆炸施工材料。

4.1.1 靜態(tài)破碎施工原則和工藝流程

出入口斷面分次靜態(tài)爆破應(yīng)遵循“掏槽先行、分區(qū)破碎、安全可靠”、“垂直巖面、斷面布置、孔眼同一平面、與臨空面平行”和“滿孔裝藥、搗固密實(shí)、先內(nèi)后外、確保安全”的施工原則。

4.1.2 孔距與排距

孔距與排距的大小與被破物的硬度有直接關(guān)系，硬度越大，孔距與排距越小，反之越大。因此實(shí)際施工應(yīng)當(dāng)通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定適宜的破碎參數(shù)，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定爆破參數(shù)如下:分3個(gè)區(qū)域分次爆破，孔眼一次鉆孔成型，第1區(qū)域是中心掏槽區(qū)域，為邊長(zhǎng)3.5 m的矩形，先在中心部位打設(shè)2排掏槽眼，孔距和排距均為20 cm，其余孔眼的孔距為30 cm，排距為40 cm;第2區(qū)域?yàn)樯吓_(tái)階拱圈區(qū)域，所有孔眼的孔距均為30 cm，周邊眼與內(nèi)圈眼排距為35 cm，內(nèi)圈眼與輔助崩落眼排距為40 cm;第3區(qū)域?yàn)橄屡_(tái)階仰拱區(qū)域，孔位布置與第2區(qū)域一致，只是不同時(shí)間裝藥破碎。

4.1.3 鉆孔及裝藥技術(shù)要求

鉆孔直徑與破碎效果有直接關(guān)系，鉆孔過小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力;鉆孔過大，裝藥及反應(yīng)過程容易沖孔。根據(jù)我國目前成熟的靜態(tài)爆破施工經(jīng)驗(yàn)，選擇鉆孔孔徑為42 mm。鉆孔深度根據(jù)圍巖硬度情況確定，孔眼越深，所需藥劑作用力越大，爆破效果相對(duì)越差。本工程出入口巖石經(jīng)測(cè)定普氏系數(shù)F為7～8，為了保證出入口的施工安全及減少對(duì)上部磚房的擾動(dòng)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)破碎效果試驗(yàn)確定鉆孔深為1 m。鉆孔采用YT－28手持氣腿式鉆機(jī)，滿足一般隧道鉆孔要求即可。

由于采取分區(qū)分次破碎，因此，全部鉆孔完成后，將2、3區(qū)孔眼用棉紗或其他柔軟物質(zhì)塞住保護(hù)好，以免進(jìn)入石渣等。裝藥孔眼必須將孔內(nèi)余水和余渣用高壓風(fēng)吹洗干凈，孔口旁清理干凈至無土石渣后方可進(jìn)行裝藥破碎。

4.1.4 藥劑反應(yīng)時(shí)間的控制

藥劑反應(yīng)的快慢與溫度有直接的關(guān)系，溫度越高，反應(yīng)時(shí)間越快，反之越慢。實(shí)際操作中，控制藥劑反應(yīng)時(shí)間太快的方法有2種:一種是在藥劑拌合(浸泡)水中加入抑制劑;另一種方法是嚴(yán)格控制拌和(浸泡)水、藥劑和巖石的溫度。加快藥劑作用反應(yīng)的解決方法一般是摻加促發(fā)劑和提高拌和水溫度，拌合水一般控制在15～20℃范圍內(nèi)，防止藥劑反應(yīng)過快發(fā)生沖孔傷人事件。但為了縮短施工時(shí)間、加快處理進(jìn)度，有必要在保證安全情況下縮短藥劑最大效應(yīng)反應(yīng)的時(shí)間，因此藥劑反應(yīng)時(shí)間一般控制在30～60 min左右較好，裂縫達(dá)到2 cm的時(shí)間控制在3 h左右。

4.2 管棚施工

為減小1號(hào)出入口施工對(duì)上部磚房建筑的擾動(dòng)，下穿磚房段采用雙層管棚φ108 mm壁厚9 mm的熱軋無縫鋼管，L=65 m，水平間距40 cm。為了減少管棚鋼管接頭數(shù)量及確保大管棚施工精度，在施作管棚前，先做管棚導(dǎo)向墻，導(dǎo)向墻采用C20素混凝量，并在導(dǎo)向墻上按測(cè)量放出的管棚位置安設(shè)φ127導(dǎo)向管并定位在導(dǎo)向墻內(nèi)，導(dǎo)向管長(zhǎng)1.5m。管棚導(dǎo)向墻完成后，采用MK－5型坑道管棚鉆機(jī)施工大管棚，并及時(shí)注漿進(jìn)行填充及有限擴(kuò)散注漿。

4.3 超前支護(hù)和預(yù)加固施工

4.3.1 超前支護(hù)施工

1號(hào)出入口下穿磚房段超前支護(hù)采用φ42鋼花管，L=2.5 m，縱向間距1 m，外傾角10°，鉆孔與隧道中線盡量平行，環(huán)向間距40 cm，超前小導(dǎo)管從鋼架背腹部穿過。

小導(dǎo)管在洞外加工成型，周邊布孔成花管，打孔按15 cm梅花型布置，前端做成尖錐狀10 cm，尾部焊上箍筋。每環(huán)小導(dǎo)管施工完成后均應(yīng)注漿，漿液采用水泥漿，用JW－200注漿泵注漿。

漿液配比:C30水泥漿液水灰比1∶1(質(zhì)量比)。測(cè)量放樣:按設(shè)計(jì)要求，在掌子面上準(zhǔn)確畫出本循環(huán)需施設(shè)的超前支護(hù)孔位。

安裝:采用YT－28風(fēng)鉆頂入。

加工及施工:將前端加工成尖錐狀，尾部焊φ6加勁筋。除尾部1 m外，管壁四周鉆φ6 mm的壓漿孔(壓漿孔呈梅花型布置，間距150 mm)以方便漿液向圍巖內(nèi)壓注。施工時(shí)，用風(fēng)鉆先成孔，然后用風(fēng)鉆將小導(dǎo)管直接頂入孔中。

孔口密封處理:導(dǎo)管尾端外露足夠長(zhǎng)度，并與格柵鋼架焊接在一起，然后通過復(fù)噴混凝土或抹砂漿密封孔口。

注漿:注漿前導(dǎo)管孔口達(dá)到密閉標(biāo)準(zhǔn)，以防漏漿，然后按設(shè)計(jì)配合比制水泥漿，采用注漿泵壓注，注漿壓力為0.5～1.0 MPa，以設(shè)計(jì)注漿量作為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，若注漿壓力達(dá)至設(shè)計(jì)終壓大于20 min，進(jìn)漿量仍達(dá)不到注漿終量時(shí)，亦可結(jié)束注漿。注漿結(jié)束后，將管口封堵，以防漿液倒流管外。

注漿記錄:注漿過程要隨時(shí)觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、串漿、漏漿。做好注漿記錄，分析注漿效果。

4.3.2 掌子面注漿施工

掌子面小導(dǎo)管采用φ42 mm壁厚5 mm的鋼花管，長(zhǎng)4.5 m，環(huán)向間距80 cm，縱向間距4 m/環(huán)。小導(dǎo)管按設(shè)計(jì)要求垂直于掌子面呈梅花型布置，采用YT－28風(fēng)鉆頂入，每鉆完一孔便頂進(jìn)一根鋼管，同時(shí)做好施工記錄，待小導(dǎo)管施作完成后，采取噴射10 cm厚C25混凝土封閉掌子面，然后進(jìn)行注漿，注漿方法同超前施工。

4.3.3 初支背后注漿施工

初支背后注漿采用φ42 mm壁厚5 mm的鋼花管，長(zhǎng)0.5 m，環(huán)向間距1.5 m，縱向間距1.5 m/環(huán)。小導(dǎo)管沿初支背后呈梅花型布置，拱架安裝時(shí)，按要求布置鋼管間距和長(zhǎng)度。注漿采用無收縮改性水泥漿，外加劑采用XPM納米增強(qiáng)膨脹劑，摻量為水泥漿的10%，水泥漿水灰比 1∶1(質(zhì)量比)，注漿終止壓力為0.5 MPa。

4.3.4 徑向注漿施工

徑向注漿采用外經(jīng)φ68袖閥管，長(zhǎng)3.5 m，環(huán)向間距2.0 m，縱向間距2.0 m/環(huán)。徑向注漿分3輪注漿，注漿材料采用1∶1水泥漿，第1輪注漿水灰比為1.0，第2輪注漿水灰比為0.9，第3輪注漿水灰比為0.8。袖閥劈裂注漿單孔工藝流程為:鉆孔—灌注封殼料—安裝袖閥管—進(jìn)行第1輪次注漿—清洗袖閥管內(nèi)的殘留漿液—待凝12 h—進(jìn)行第2輪次注漿—清洗袖閥管內(nèi)的殘留漿液—待凝12 h—進(jìn)行第3輪次注漿。封殼料采用水泥、黏土混合漿，配合比為水泥∶黏土∶水=1∶1.5∶1.88，3 d 齡期抗壓強(qiáng)度為 0.3 MPa。

4.4 洞內(nèi)跟蹤注漿

為確保施工中隧道上方房屋安全，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，施工中根據(jù)監(jiān)控量測(cè)及時(shí)反饋信息，同時(shí)在洞內(nèi)跟蹤注漿。采用φ42注漿管，管長(zhǎng)3 m，徑向排設(shè)，根據(jù)量測(cè)地表沉降及洞內(nèi)沉降、收斂數(shù)值，確定注漿的范圍及注漿壓力。注漿由現(xiàn)場(chǎng)條件及沉降大小確定，注漿過程中根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)。

4.5 施工監(jiān)測(cè)

下穿2層磚房施工時(shí)，在出入口磚房段選擇5個(gè)里程點(diǎn)作為控制斷面，在每個(gè)斷面拱頂、拱腰埋設(shè)5個(gè)初支鋼筋應(yīng)力傳感器，并且在2層磚房周邊沿線5 m布設(shè)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，獲取準(zhǔn)確信息，以便了解其變化態(tài)勢(shì)。通過合理化施工，下穿磚房期間地表累計(jì)沉降最大1.3 mm，洞內(nèi)拱頂下沉和水平收斂如圖3所示。

圖3 2010年下穿磚房段部分點(diǎn)位拱頂下沉和水平收斂回歸曲線圖Fig.3 Regression curves of crown settlement and horizontal convergence at crossing underneath building section

表1 出入口通道地面房屋沉降監(jiān)測(cè)部分結(jié)果(2010年)Table 1 Ground settlement monitoring results of the building mm

從表1可見，所測(cè)得的各沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)的沉降量均未超過二級(jí)變形測(cè)量的允許誤差±0.5 mm，也就是說按照二級(jí)變形測(cè)量的精度要求，出入口通道上方的2層磚房各沉降測(cè)點(diǎn)未出現(xiàn)沉降。

5 結(jié)論

城市地鐵暗挖淺埋隧道施工環(huán)境復(fù)雜，施工中應(yīng)本著“嚴(yán)調(diào)查、嚴(yán)量測(cè)、嚴(yán)控制、嚴(yán)防范”的原則指導(dǎo)施工。本文結(jié)合施工實(shí)際情況采用靜態(tài)破碎開挖、大管棚、超前小導(dǎo)管、掌子面注漿、徑向注漿、洞內(nèi)跟蹤注漿施工為主要施工措施，使淺埋出入口隧道成功下穿磚房。從而有效解決施工風(fēng)險(xiǎn)大、任務(wù)重的難題，全過程采用信息化施工，形成快速、連續(xù)的施工條件，各項(xiàng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明變形均控制在合理范圍之內(nèi)，相互之間擾動(dòng)最小，確保了施工的安全，保證了施工的順利進(jìn)行。工程經(jīng)過精心組織，下穿磚房段用時(shí)2個(gè)月，為出入口通道提前移交裝修提供了條件，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益。

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