北京地鐵10號(hào)線角門東站出入口淺埋暗挖施工技術(shù)

周富寬，覃 燁

(1．北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100034;2．中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司，北京 100036)

北京地鐵10號(hào)線角門東站出入口淺埋暗挖施工技術(shù)

周富寬1，覃 燁2

(1．北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司，北京 100034;2．中鐵電氣化局集團(tuán)有限公司，北京 100036)

地鐵車站出入口通常位于十字路口的四個(gè)象限，需跨越城市主干道，穿越復(fù)雜的地下管線，施工環(huán)境惡劣。本文以北京地鐵10號(hào)線角門東站2號(hào)出入口淺埋暗挖施工為例，對(duì)施工中的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)，通過(guò)采用WSS工法深孔注漿技術(shù)確保出入口通道安全穿越含水粉細(xì)砂層，采用接口環(huán)梁解決南北通道與東西通道的垂直轉(zhuǎn)化問(wèn)題，應(yīng)用拆除機(jī)器人代替人工進(jìn)行回填混凝土的破除，采用CRD法進(jìn)行爬坡段施工等措施，降低了暗挖施工對(duì)周邊管線、橋梁和道路的影響，提高了圍巖的強(qiáng)度和防水性能，確保了暗挖施工的安全和工期。

淺埋暗挖 附屬結(jié)構(gòu) WWS工法 拆除機(jī)器人

1 工程概況

北京地鐵10號(hào)線角門東站共設(shè)5個(gè)出入口、1個(gè)消防疏散口、2組風(fēng)亭。其中1號(hào)出入口、2號(hào)出入口及1號(hào)風(fēng)道要跨越馬家堡東路十字路口，因道路下方管線多，管線遷改的難度大、費(fèi)用高，故采用暗挖施工，以穿越路口下復(fù)雜的管線。2號(hào)出入口位于路口東北角，暗挖通道長(zhǎng)約35 m，暗挖通道斷面分 A，B，D 3種斷面，采用復(fù)合式襯砌。圖1為2號(hào)出入口暗挖段示意圖。

圖1 2號(hào)出入口暗挖段示意

2號(hào)出入口南北暗挖通道于2012年3月開始進(jìn)洞開挖，至2012年6月底該暗挖段1～3號(hào)導(dǎo)洞開挖至封堵墻。2012年7月，正值汛期，2號(hào)出入口北側(cè)旱河河水上漲滿槽，南北通道發(fā)生滲水。為保證安全，采用沙袋和C15混凝土對(duì)整個(gè)通道進(jìn)行回填，且與車站接口一側(cè)采用封堵墻進(jìn)行封閉。次年3月，對(duì)該通道東西段進(jìn)行開挖，并對(duì)南北段回填部分重新開挖，在汛期前完成了通道二襯的施工。

2 施工環(huán)境

2.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

2號(hào)出入口地層自上而下依次為雜填土層、砂質(zhì)粉土層、粉細(xì)砂層、砂卵石層、黏質(zhì)粉土層。暗挖通道底部位于卵石層，隧道開挖斷面覆土厚度約2.5～7.8 m。開挖過(guò)程中發(fā)現(xiàn)在通道斷面上半部分有一層滯水層。

2.2 周邊環(huán)境

2號(hào)出入口暗挖段下穿馬家堡東路，馬家堡東路為城市主干路，交通流量大，行駛車輛載重大。2號(hào)出入口暗挖段北側(cè)距離旱河橋僅4.0～4.5 m，旱河改造規(guī)劃二期施工擬將旱河橋西上游200 m河道加寬加深，這意味著暗挖段北側(cè)存在著一個(gè)“蓄水池”，若汛期河水滿槽通過(guò)，該池蓄水可達(dá)16 000 m3，增加了隧道施工風(fēng)險(xiǎn)。2號(hào)出入口暗挖段下穿4條管線，分別為φ800廢棄供水管線(距拱頂160 cm)、φ400中水管線(距拱頂40 cm)、φ600上水管線(距拱頂230 cm)、φ1950電力管溝(距拱頂45 cm)。

3 淺埋暗挖關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 WSS超前帷幕注漿加固技術(shù)

2號(hào)出入口暗挖通道穿越地層主要為粉細(xì)砂層和砂卵石層，土方較松散，含水量較大。東西通道距旱河橋樁基距離約4.5 m，上方涉及到的管線為φ600上水管線、φ800上水管線(廢)、φ400中水管線(位于洞室上方)。為了保證開挖作業(yè)安全，擬采用WSS超前帷幕注漿，整個(gè)通道分兩次注漿，其間搭接2 m。圖2為WSS超前帷幕注漿范圍平面圖及注漿孔布置圖。另外，東西通道北側(cè)為旱河橋，為了減少暗挖段開挖對(duì)橋梁樁基的影響，對(duì)靠近樁基側(cè)的側(cè)墻采用沿開挖方向打設(shè)徑向φ42小導(dǎo)管注漿，對(duì)樁基與暗挖通道之間的土體進(jìn)行加固，漿液采用水泥—水玻璃漿液。

圖2 WSS超前帷幕注漿范圍及孔位布置示意

3.2 東西段向南北段垂直轉(zhuǎn)換技術(shù)

2號(hào)出入口暗挖段分為南北通道和東西通道，東西通道與南北通道夾角為94°。兩通道對(duì)接時(shí)，需將南北通道的初支受力轉(zhuǎn)換到東西通道上。

采用接口環(huán)梁的方案解決兩個(gè)通道的垂直轉(zhuǎn)化問(wèn)題。環(huán)梁截面尺寸為400 mm×600 mm，施工中要注意環(huán)梁鋼筋的焊接長(zhǎng)度必須滿足要求，單面搭接焊接長(zhǎng)度＞10d(d為鋼筋直徑)，雙面搭接焊接長(zhǎng)度 ＞5d，以保證環(huán)梁強(qiáng)度。將已完成的南北通道初支連接筋錨入環(huán)梁內(nèi)，并與主筋焊接，見圖3。環(huán)梁采用C25噴射混凝土，施工中及時(shí)對(duì)環(huán)梁部位加設(shè)初支收斂環(huán)及拱頂沉降筋。初支開挖完成后，及時(shí)對(duì)拱頂和邊墻周邊土體進(jìn)行注漿加固，同時(shí)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)巡視及監(jiān)控量測(cè)工作。

圖3 混凝土環(huán)梁位置示意(單位:mm)

3.3 回填混凝土的破除技術(shù)

東西段開挖至與南北段接口處，采用垂直轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行馬頭門破除后，發(fā)現(xiàn)2號(hào)出入口南北暗挖段與東西暗挖段接口區(qū)域(B型挑高段)內(nèi)全部為回填的混凝土，由于洞內(nèi)環(huán)境適宜，混凝土強(qiáng)度高，局部達(dá)C30以上。混凝土填實(shí)后沒(méi)有臨空面，工作面窄，破除難度極大。施工中嘗試了各種破除工具，如鑿巖機(jī)、大風(fēng)鎬、劈裂器、微型炸藥、圓盤鋸、小型破碎機(jī)等，終因破除混凝土難度大、施工條件差，只能采取人工破除。采用人工24 h輪班作業(yè)，破除速度也僅8～10 m3/d。

由于人口破除速度太慢，嘗試用機(jī)械來(lái)代替人工作業(yè)，但暗挖通道內(nèi)的工作面僅寬3.4 m，高2.9 m，并且進(jìn)入南北通道后，其斷面比開挖作業(yè)斷面要高，必須向上破除混凝土。因此，普通的破除機(jī)械設(shè)備由于體積大、破除角度有限，無(wú)法在洞內(nèi)施工。

經(jīng)調(diào)研知，BROKK拆除機(jī)器人能克服普通破除機(jī)械的缺點(diǎn)，代替人工進(jìn)行破除作業(yè)。拆除機(jī)器人的主要特點(diǎn):①機(jī)動(dòng)靈活，機(jī)身小巧;②作業(yè)環(huán)保，拆除機(jī)器人使施工能在無(wú)振動(dòng)、低噪音、無(wú)廢氣、無(wú)揚(yáng)塵的情況下進(jìn)行，對(duì)周圍環(huán)境的影響減少到最低;③高效安全，工具頭動(dòng)力強(qiáng)勁，與手持液壓拆除工具相比，有更強(qiáng)的沖擊破碎能力，拆除速度可以提高5倍以上。

BROKK 400型拆除機(jī)器人，最低行走高度為1 722 mm，最小行走寬度1 500 mm，工作寬度2 448 mm，沖擊功為1 048 J，每小時(shí)破碎混凝土4.74 m3，機(jī)身質(zhì)量4.8 t，錘頭破碎力與20 t的挖掘機(jī)所帶的錘頭相當(dāng)。其工作裝置由3個(gè)工作臂、可快速更換接頭、4個(gè)液壓缸等組成，各部件之間鉸接，依靠4個(gè)液壓缸的伸縮實(shí)現(xiàn)拆除機(jī)器人的各種動(dòng)作，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)使工作裝置能240°或360°旋轉(zhuǎn)，作業(yè)范圍大、精度高。工作頭由液壓缸驅(qū)動(dòng)，可轉(zhuǎn)動(dòng)160°～170°。采用拆除機(jī)器人在洞內(nèi)破除混凝土，破除效率為40 m3/d。

3.4 南北段爬坡段回掏施工技術(shù)

2號(hào)出入口南北段B型斷面通道分為標(biāo)準(zhǔn)段和挑高段，標(biāo)準(zhǔn)斷面尺寸為5 050 mm×7 600 mm(高 ×寬)、挑高斷面尺寸為7 250 mm×7 600 mm，標(biāo)準(zhǔn)斷面向挑高斷面直接變高2.2 m，見圖4。施工時(shí)需要挑高過(guò)渡，先以30°爬坡施工，每榀挑高高度為289 mm。待挑高段堵頭墻施作完畢，再對(duì)挑高段三角區(qū)域進(jìn)行回掏。

圖4 2號(hào)出入口南北段剖面

3.4.1 爬坡施工

B型挑高段開挖采用CRD法施工，初支拱頂距原地面5.5 m，上方土體主要為粉砂層，在開挖過(guò)程中要遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”十八字方針。爬坡段施工時(shí)，應(yīng)對(duì)已架設(shè)格柵及時(shí)埋設(shè)φ25鋼焊管，長(zhǎng)度為2.5 m，環(huán)向布置為3根/m，與掌子面夾角為60°，每榀一環(huán)，每榀間距500 mm，見圖5。每架設(shè)一榀格柵，封閉掌子面，及時(shí)架設(shè)下一榀格柵，拱部位置進(jìn)行超前注漿加固，注漿材料采用水玻璃，注漿壓力為0.3～0.5 MPa。

圖5 爬坡段超前小導(dǎo)管注漿示意

3.4.2 回掏施工

待B型挑高段初支封閉成環(huán)，及對(duì)三角區(qū)域進(jìn)行注漿后，再對(duì)三角區(qū)域進(jìn)行回掏，在回掏過(guò)程中，要時(shí)刻關(guān)注周圍土體的變形。沿著已支護(hù)后的平直段對(duì)三角區(qū)域格柵進(jìn)行破除，作業(yè)方式采用人工配合風(fēng)鎬，為了減少地面沉降，應(yīng)采用氣焊割除格柵。架設(shè)拱頂格柵時(shí)，要嚴(yán)格控制格柵尺寸，格柵架設(shè)完成，應(yīng)及時(shí)埋設(shè)超前注漿小導(dǎo)管，兩榀一注漿。待挖至B型標(biāo)準(zhǔn)斷面時(shí)，對(duì)掌子面進(jìn)行封閉。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)地鐵10號(hào)線角門東站2號(hào)出入口現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)、水文、周邊建(構(gòu))筑物及管線情況的科學(xué)分析，合理地采用WSS工法深孔注漿技術(shù)，確保暗挖段成功穿越了含水粉細(xì)砂層，最大程度地降低了暗挖施工對(duì)周邊管線、橋梁和道路的影響，提高了圍巖的強(qiáng)度和防水性能，保證了暗挖區(qū)域在汛期前完成二襯施工，從而確保整個(gè)工程的安全。

地鐵車站出入口通常都要跨越城市主干道，穿越復(fù)雜的地下管線，在施工組織中應(yīng)杜絕“重主體、輕附屬”。往往附屬結(jié)構(gòu)周邊環(huán)境更惡劣，施工組織更困難，因此在附屬結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)系統(tǒng)分析，采取穩(wěn)妥的技術(shù)措施。這樣才能保證其安全地通過(guò)城市主干道及縱橫交錯(cuò)的地下管線。

［1］北京市市政工程總公司．DBJ 01-87—2005 北京市市政基礎(chǔ)設(shè)施工程暗挖施工安全技術(shù)規(guī)程［S］．北京:中國(guó)市場(chǎng)出版社，2005．

［2］向衛(wèi)國(guó)，徐玉勝，江輝煌，等．隧道施工引起地下管線變形的安全評(píng)估［J］．鐵道建筑，2010(7):70-72．

［3］劉百成．北京地鐵十號(hào)線二重管無(wú)收縮雙液注漿WSS工法施工技術(shù)［J］．鐵道建筑技術(shù)，2008(3):50-52，56．

［4］李新樂(lè)，竇慧娟，王海濤．淺埋暗挖隧道下穿既有鐵路和涵洞施工技術(shù)方案研究［J］．鐵道建筑，2012(7):47-50．

［5］王暖堂，陳瑞陽(yáng)，謝篙．城市地鐵復(fù)雜洞群淺埋暗挖施工技術(shù)［J］．巖土力學(xué)，2002(2):208-212．

［6］黎愛清．大支坪隧道帷幕注漿施工技術(shù)［J］．鐵道建筑，2012(4):93-95．

［7］劉皖懷，彭小兵，羅傳義．頂設(shè)導(dǎo)坑多層小導(dǎo)管注漿穿越塌方區(qū)施工技術(shù)［J］．鐵道建筑，2008(6):57-59．

［8］王進(jìn)．BROOK多功能拆除機(jī)器人及其應(yīng)用［J］．建筑機(jī)械，2006(6):83-85．

U455．41+1

B

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．09．18

1003-1995(2013)09-0057-03

2013-04-28;

2013-06-26

周富寬(1979— )，男，陜西大荔人，工程師。

(責(zé)任審編 李付軍)