深覆土復(fù)雜地層聯(lián)絡(luò)通道明挖法研究及施工

吳鵬

中鐵二局第四工程有限公司 四川成都 61030

1 概述

隨著我國(guó)城市都市化發(fā)展，作為城市軌道交通主要運(yùn)輸工具，地鐵因運(yùn)量大，速度快，節(jié)省土地，噪音小，污染小等優(yōu)點(diǎn)，全國(guó)各大城市陸續(xù)開始建設(shè)地鐵，截至2018年10月，中國(guó)已開通的城市地鐵已有36個(gè)。地鐵聯(lián)絡(luò)通一般設(shè)置在區(qū)段中部，承擔(dān)著連接，防火，集、排水等作用，因施工的特殊環(huán)境要求，通常會(huì)采用比較成熟完善的設(shè)計(jì)施工方法，尤其會(huì)根據(jù)地面條件以及地層等進(jìn)行比選，一般采用礦山法+注漿加固法，礦山法+凍結(jié)加固法施工，本文以北京地鐵7號(hào)線東延高施區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道及泵房礦山法+凍結(jié)加固法改明挖法+局部礦山法施工方法，介紹在深覆土復(fù)雜地層中及地面條件較好的聯(lián)絡(luò)通道施工的非常規(guī)方法和技術(shù)，結(jié)合施工中可遇到的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)施工方案優(yōu)化，并用來指導(dǎo)相同或類似其他聯(lián)絡(luò)通道施工。

2 高施區(qū)間及聯(lián)絡(luò)通道情況

2.1 區(qū)間及聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)尺寸

高樓金站-施園站區(qū)間線路起于高樓金站，出高樓金站后沿群芳南街向東鋪設(shè)，下穿頤瑞東路，隨后右線線路以351.5m半經(jīng)、左線線路以375m半徑向南偏轉(zhuǎn)，下穿張家灣車輛段后，到達(dá)施園站。本區(qū)間在高樓金站后設(shè)置盾構(gòu)接收井，在施園站前設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)井。

區(qū)間采用明挖法+盾構(gòu)法施工，區(qū)間設(shè)聯(lián)絡(luò)通道兼泵房一座。

聯(lián)絡(luò)通道及泵房結(jié)構(gòu)斷面為拱頂直墻斷面，初支結(jié)構(gòu)開挖尺寸為高4.87m，寬3.9m，初支結(jié)構(gòu)厚度0.25m，二襯結(jié)構(gòu)凈寬2.8m，凈高2.8m，頂板及側(cè)墻厚度為300mm，底板厚度為350mm。泵房位置初支結(jié)構(gòu)開挖尺寸為高7.60m，寬3.4m，初支結(jié)構(gòu)厚度0.25m，通道線間距為22.08m。覆土約為23.9m，上方無(wú)現(xiàn)狀管線。

圖1 聯(lián)絡(luò)通道及泵房結(jié)構(gòu)斷面圖

2.2 工程地質(zhì)及水文情況

聯(lián)絡(luò)通道及泵房拱頂位于黏質(zhì)粉土⑧層，側(cè)部主要為粉質(zhì)粘土⑧層、細(xì)砂⑨層，圍巖穩(wěn)定性很差，施工過程中容易發(fā)生坍塌，需要及時(shí)支護(hù)。

根據(jù)詳勘報(bào)告，聯(lián)絡(luò)通道及泵房大部分位于含水細(xì)砂層，地層水文情況為潛水（二）含水層為細(xì)砂⑤，水位標(biāo)高9.21m，承壓水（一）含水層為細(xì)砂⑦，水頭標(biāo)高8.26m，承壓水（二）含水層為細(xì)砂⑨，水頭標(biāo)高3.66m。

2.3 周邊環(huán)境

聯(lián)絡(luò)通道位于新城樂居小區(qū)對(duì)面，場(chǎng)地目前為閑置空地，施工影響較小，施工周邊環(huán)境條件較好。

3 方案優(yōu)化

3.1 原設(shè)計(jì)方案情況

聯(lián)絡(luò)通道及泵房采用礦山法+凍結(jié)法加固方案施工。

高施區(qū)間盾構(gòu)右線隧道貫通之后，開始進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道的凍結(jié)孔、凍結(jié)站安裝、積極凍結(jié)等工序施工。最后進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道開挖及二襯施工。

3.2 方案優(yōu)化

聯(lián)絡(luò)通道采用礦山法+凍結(jié)法加固施工方案，需高施區(qū)間盾構(gòu)隧道單線貫通后方可實(shí)施加固，從凍結(jié)孔施工開始至二襯施工完畢，需工期110天。該方案優(yōu)點(diǎn)是：適用地層含水豐富，可行性較強(qiáng)，工藝成熟，安全性教高，無(wú)污染，對(duì)地面環(huán)境無(wú)任何影響；缺點(diǎn)：需在單線隧道貫通后，方可實(shí)施，周期長(zhǎng)，每道工序均在工期關(guān)鍵線路，如果工期緊，存在交叉施工，甚至影響鋪軌。預(yù)算費(fèi)用約660萬(wàn)元。

聯(lián)絡(luò)通道采用明挖法+局部礦山法施工方案，需臨時(shí)占地，解決地下水的問題，并在高施區(qū)間盾構(gòu)推進(jìn)至聯(lián)絡(luò)通道前10天完成結(jié)構(gòu)。該方案優(yōu)點(diǎn)是：適用地層含水較小，可提前施作聯(lián)絡(luò)通道兼泵房豎井范圍內(nèi)結(jié)構(gòu)；較原方案節(jié)約工期89天。缺點(diǎn)：開挖過程中風(fēng)險(xiǎn)較高，水文地質(zhì)復(fù)雜的情況下，需配合降水施工。預(yù)算費(fèi)用350萬(wàn)元

綜合地表施工環(huán)境，工期，工程費(fèi)用，安全質(zhì)量可以保證等因素，采用明挖法+局部礦山法施工方案，即可節(jié)約工程費(fèi)用，又可縮減工期，是優(yōu)選方案。

3.3 施工方法

聯(lián)絡(luò)通道采用明挖法倒掛井壁法施工，豎井開挖尺寸15.5m×4.8m，豎井深31.53m。豎井與盾構(gòu)區(qū)間隧道之間部分采用礦山法施工，初支開挖寬度4.1m，高度5.67m。首先施做豎井鎖口圈梁，待鎖口圈達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，向下開挖豎井，并施做初期支護(hù)；在豎井開挖過程中同步進(jìn)行兩側(cè)豎井與隧道之間土體深孔注漿加固；待區(qū)間正線盾構(gòu)推過豎井后，分區(qū)、分段鑿除馬頭門范圍井壁混凝土；并同步架設(shè)通道格柵鋼架，然后采用臺(tái)階法開挖剩余部分聯(lián)絡(luò)通道。

豎井兩端均為區(qū)間正線隧道，盾構(gòu)管片中部距豎井初支結(jié)構(gòu)預(yù)留距離為0.344m，拱部距豎井初支結(jié)構(gòu)2.122m，底部距豎井初支結(jié)構(gòu)距離為2.699m。

為保證施工安全，先開挖豎井并做好深孔注漿，然后施做豎井范圍內(nèi)的聯(lián)絡(luò)通道及泵房二襯結(jié)構(gòu)，待區(qū)間右線盾構(gòu)掘進(jìn)側(cè)向穿越豎井后，開始臺(tái)階法開挖右線端頭剩余部分聯(lián)絡(luò)通道，同理，待區(qū)間左線盾構(gòu)掘進(jìn)側(cè)向穿越豎井后，開始開挖左線端頭剩余部分聯(lián)絡(luò)通道，開挖完成后開始進(jìn)行聯(lián)絡(luò)通道環(huán)梁二襯施工。

4 主要施工工藝及要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程圖

圖2 聯(lián)絡(luò)通道及泵房施工工藝流程圖

4.2 施工控制重點(diǎn)

明挖法倒掛井壁法施工的施工重點(diǎn)有三個(gè)方面：

（1）地下水豐富且情況復(fù)雜，開挖范圍共存在存在三層地下水，其中有兩層為承壓水，開挖過程易出現(xiàn)流砂、管涌等現(xiàn)象，造成周邊地表沉降過大。必須保證降水效果，確保無(wú)水作業(yè)、確保開挖安全。

應(yīng)對(duì)措施：

開挖前打設(shè)降水井將周邊地層水位降到結(jié)構(gòu)線以下；

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及地勘報(bào)告中對(duì)于地層情況的描述，對(duì)于砂層地質(zhì)開挖前，應(yīng)打設(shè)超前小導(dǎo)管注漿，確保開挖面施工安全；

當(dāng)基坑開挖至承壓水標(biāo)高上1-2m時(shí)，進(jìn)行試開挖，探查承壓水對(duì)基坑開挖的影響后再繼續(xù)往下開挖；

（2）聯(lián)絡(luò)通道及泵房豎井開挖深度大，達(dá)到31.534m，重點(diǎn)要確保基坑開挖支護(hù)過程中的安全質(zhì)量。

應(yīng)對(duì)措施：

施工前進(jìn)行地質(zhì)補(bǔ)勘，查清豎井范圍內(nèi)具體地質(zhì)情況分布，在施工過程中要針對(duì)實(shí)際地質(zhì)情況采取相應(yīng)的施工應(yīng)對(duì)措施；

施工過程中做好測(cè)量控制，防止井位偏斜；開挖是嚴(yán)格控制進(jìn)尺量，并及時(shí)架設(shè)格柵鋼架并掛網(wǎng)噴射混凝土，確保土體穩(wěn)定；

施工期間，做好臨邊防護(hù)及提升設(shè)備的運(yùn)行管理，避免出現(xiàn)安全事故。

加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，做到信息化施工。

（3）待區(qū)間正線盾構(gòu)機(jī)側(cè)向通過豎井后，需從豎井內(nèi)向區(qū)間隧道方向開馬頭門施工剩余部分聯(lián)絡(luò)通道。作業(yè)時(shí)需將原有豎井初支結(jié)構(gòu)拆除并支立聯(lián)絡(luò)通道初支結(jié)構(gòu)，必須保證破除過程中結(jié)構(gòu)順利的進(jìn)行受力轉(zhuǎn)換。

應(yīng)對(duì)措施：

破除馬頭門前對(duì)前方土體進(jìn)行深孔注漿加固，并取芯試驗(yàn)滿足設(shè)計(jì)要求；

破除過程中按順序分區(qū)、逐段破除，出現(xiàn)異常情況立即停止作業(yè)并恢復(fù)初支結(jié)構(gòu)；

破除后立即支立聯(lián)絡(luò)通道格柵鋼架并將之與豎井初支結(jié)構(gòu)緊密連接，形成共同受力；

作業(yè)過程中加強(qiáng)豎井收斂及地面沉降監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋信息用于指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

4.3 施工要點(diǎn)

（1）倒掛井壁格柵及支撐施工。土方開挖后及時(shí)架立格柵，格柵鋼架在場(chǎng)外加工成品。格柵鋼架間距750mm/500mm，誤差不大于±50mm，安裝前將格柵下浮土及其他雜物清理干凈，格柵架立時(shí)，要求全斷面內(nèi)每一循環(huán)步長(zhǎng)的格柵，應(yīng)架設(shè)在同一平面內(nèi)，步距差-5至+5cm，格柵縱向通過連接筋連接成一體，連接筋間距1m，內(nèi)外雙層梅花形布置，連接筋與連接筋采用直螺紋機(jī)械連接，在格柵內(nèi)外側(cè)設(shè)置Φ6@150×150mm鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片搭接長(zhǎng)度不小于一個(gè)網(wǎng)格，格柵架設(shè)完成后，及時(shí)噴射混凝土進(jìn)行封閉。

豎井中部設(shè)置兩道工22a工字鋼對(duì)撐，四個(gè)角部設(shè)置工16角撐，型鋼支撐端頭與鋼板焊接，格柵連接點(diǎn)采用角鋼、螺栓連接，格柵與型鋼支撐間采用鋼板焊接連接。安裝型鋼支撐時(shí)將型鋼端頭的鋼板與格柵鋼架中對(duì)應(yīng)部位的鋼板焊接牢固，焊接施工符合有關(guān)設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。邊開挖邊支護(hù)，每次進(jìn)尺一榀格柵距離，型鋼橫撐同格柵拱架一同架設(shè)，確保結(jié)構(gòu)不受偏壓。

圖3 豎井初支格柵鋼架總裝圖

（2）二襯混凝土施工。聯(lián)絡(luò)通道及泵房二襯施工依照先下后上、先中間后兩邊的順序進(jìn)行施工。

縱向共分為4個(gè)步驟依次進(jìn)行二襯施工，首先進(jìn)行豎井范圍內(nèi)的二襯結(jié)構(gòu)施工，待兩側(cè)礦山法段初支開挖完成后進(jìn)行剩余部分二襯施工，將聯(lián)絡(luò)通道及泵房與區(qū)間隧道接駁，結(jié)構(gòu)施工順序如下圖所示。其中步驟①為泵房結(jié)構(gòu)范圍，無(wú)需拆除豎井支撐；步驟②需拆除豎井部分對(duì)撐，步驟③、④需拆除豎井部分角撐。

圖4 二襯施工縱向、豎向步序圖

豎直方向需按照底板、側(cè)墻、拱頂?shù)捻樞蛞来芜M(jìn)行二襯結(jié)構(gòu)施工，且施工時(shí)僅拆除結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的豎井型鋼支撐，嚴(yán)禁超拆。即在施工底板時(shí)，僅拆除底板結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的角撐或?qū)危装褰Y(jié)構(gòu)完成后方可拆除側(cè)墻結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的型鋼支撐，拱頂部分也需在側(cè)墻二襯結(jié)構(gòu)施工完成后方可拆除對(duì)撐或角撐。

5 結(jié)語(yǔ)

采用明挖法+局部礦山法施工，結(jié)合施工過程中的地表監(jiān)測(cè)、水平收斂等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，均處于控制值內(nèi)，該工法不僅縮短了施工工期，節(jié)約預(yù)算成本，避免了對(duì)鋪軌施工干擾，施工過程安全、質(zhì)量也得到了有效的保證。同時(shí)根據(jù)后期效果來看，對(duì)深覆土地下水較發(fā)育的復(fù)雜地層和地面條件較好的聯(lián)絡(luò)通道施工，具有較大的借鑒意義。