地鐵隧洞下穿玻璃幕墻建筑施工技術(shù)淺析

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工程概述

西安市地鐵三號線TJSG-11標土建（長樂公園～通化門）站區(qū)間隧道工程，在長樂橋西側(cè)南向輔道設(shè)置區(qū)間盾構(gòu)接收井（兼區(qū)間活塞風(fēng)道），在盾構(gòu)接收井與通化門站之間采用暗挖法隧道施工，如圖1、圖2所示。其中，左線盾構(gòu)隧道長817.751m、穿越金華飯店7層房屋淺埋暗挖隧道長39.3m；右線盾構(gòu)隧道長816.951m、緊鄰東二環(huán)橋樁暗挖隧道長9.68m。左、右線暗挖隧道均采用馬蹄形隧道，開挖斷面6.38m×6.77m，上下臺階臨時仰拱法施工。超前支護為Φ108mm（僅左線）的大管棚加Φ42mm超前小導(dǎo)管。左線暗挖隧道下穿金花大酒店北樓（7層），該樓上部為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，外墻立面為玻璃幕墻，下部為條形基礎(chǔ)，地基采用滿排灰土擠密樁，樁長6m，樁徑0.4m@0.5m（東西）×0.86m（南北）。隧道開挖外輪廓距離房屋樁底約1.1m。

施工技術(shù)難點

圍巖軟弱易擾動、穩(wěn)定性差

結(jié)構(gòu)底板

區(qū)間隧道底板穿過的地層為老黃土（水下）4-1-2-1地層（圖2），此地層含水量為26.9%～31%；液性指數(shù)IL為0.40～0.98。平均值接近軟塑臨界值0.75，土層狀態(tài)為可塑，局部軟塑；受地下水影響該層受擾動后，極易發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象。

結(jié)構(gòu)頂板

區(qū)間隧道頂板穿過的巖土層為3-1-3飽和軟黃土地層、3-2古土壤地層（圖2），雖古土壤層地質(zhì)情況較好，但拱頂?shù)娘柡蛙淈S土地層含水量高、液性指數(shù)IL為1.0，呈流塑狀。自穩(wěn)能力差，無法形成自然應(yīng)力拱，隧道開挖時可能會導(dǎo)致坍塌，進而危及房屋基礎(chǔ)安全，應(yīng)注意采用相應(yīng)的加固措施。

圖1 暗挖隧道與金花飯店平面位置關(guān)系圖

圖2 左線暗挖隧道與金花飯店7層建筑剖面位置關(guān)系圖

環(huán)箍注漿止水效果難保證

因隧洞位于金花大酒店建筑物下，拱頂飽和軟黃土地層降水固結(jié)沉降大，洞外降水條件不具備，設(shè)計的止水措施為WSS注漿，僅對開挖斷面以外2m范圍、暗挖隧道盡頭處2m注漿形式止水盤，開挖斷面范圍內(nèi)不注漿。

隧道拱頂有1m厚的飽和軟黃土，洞身下半部分地層為老黃土（水下）4-1-2-1地層，且位于地下水位以下。如上分析，飽和軟黃土、4-1-2-1地層土性差、局部流塑狀。施工時采用臺階法開挖，若開挖斷面不加固，核心土無法穩(wěn)固，易坍塌、施工風(fēng)險大、安全難受控；其次，左線隧洞上方存在的金花飯店的化糞池、污水管等滲漏可能造成洞身開挖范圍內(nèi)的水囊存在，隧洞邊2m的環(huán)箍注漿很難消除水囊對開挖的影響。

通過樓房采取的施工措施

優(yōu)化原注漿方案

根據(jù)專項方案專家審查意見以及結(jié)合現(xiàn)場實際情況，在與設(shè)計單位數(shù)次溝通后，將原環(huán)箍注漿方案調(diào)整為全斷面WSS注漿方案，如圖3所示。

注漿要求及工藝

（1）注漿孔水平/豎向按0.6m，環(huán)向間距0.6m均勻布置（開挖后觀察掌子面劈裂注漿效果，對注漿布孔適量調(diào)整），注漿采用WSS注漿工藝。

（2）注漿沿隧道掘進方向10m一循環(huán)，形成2m止水盤。

（3）采用后退式注漿工藝，加固后土體應(yīng)具有良好的均勻性和自立性，掌子面不得有明顯滲水，其滲透系數(shù)應(yīng)小于1×10-6cm/s，其無側(cè)限抗壓強度不小于0.8MPa。加固完畢后，應(yīng)對加固體進行檢驗，不合格者應(yīng)進行補鉆孔注漿措施。

圖3 全斷面WSS注漿止水圖

（4）注漿管的傾角及長度應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)及施工條件綜合確定，確保加固區(qū)域及加固效果。

（5）注漿參數(shù)設(shè)計:

孔徑：42mm；孔深：10m～12m；

注漿壓力：P=0.5Mpa～2Mpa（注漿時加強地面及玻璃幕墻建筑物的監(jiān)控量測，根據(jù)監(jiān)測情況隨時調(diào)整注漿壓力，確保不因注漿壓力控制不當，而造成對地面及建筑物的不良影響）；

擴散半徑：垂直孔R1=350mm，斜孔R2=500mm；

土體平均注入率：35%～40%（每立方米為單位計算）；

凝結(jié)時間：30s～60s（根據(jù)地質(zhì)條件、注漿效果可適當調(diào)整）。

注漿與開挖

左線隧道施工需5個注漿循環(huán)，隧道采用短臺階和臨時仰拱法開挖，待上臺階掌子面施工至止水盤時，將核心土一并開挖掉，并在上臺階向掌子面前方拱腰線以上區(qū)域?qū)嵤￤SS注漿。然后開挖下臺階至止水盤處，在下臺階對其余區(qū)域?qū)嵤￤SS注漿。注漿作業(yè)分上、下臺階施工，注漿作業(yè)前應(yīng)及時封閉（臨時封閉）初期支護；注漿過程中加強對掌子面處的觀察，并預(yù)備一定的搶險物資，如工字鋼、沙包等；并加強地表及建筑物監(jiān)測，確保暗挖施工及地表建筑物安全。

分階段控制沉降

洞內(nèi)開挖遵循“先注漿、強支護、短進尺、早封閉、勤量測”的原則。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，將允許沉降總量依次分配到每榀開挖期間、格柵架立期間、噴砼封閉期間。根據(jù)監(jiān)控量測結(jié)果，監(jiān)控每循環(huán)進尺在以上三個階段的沉降情況，通過對比每循環(huán)進尺沉降情況，確定最佳的施工參數(shù)。

分位置優(yōu)化支護參數(shù)

玻璃幕墻樓房以北地段

（ZDK30773.561～779.561 L=6m）

（1）采用短臺階臨時仰拱法開挖，先開挖上臺階并架設(shè)臨時仰拱，上臺階拉開下臺階3m后，在進行下臺階開挖。

（2）格柵間距0.5m/榀，初期支護厚30cm，臨時仰拱采用I20工鋼，砼噴射厚度為25cm。

（3）超前支護拱部150°范圍，φ108大管棚和φ42小導(dǎo)管間隔布置，環(huán)向間距350mm。大管棚全長設(shè)置，小導(dǎo)管壁厚3.5mm、長3m、縱向間距1.5m。每榀格柵拱腳各設(shè)兩根φ42的鎖腳錨管。

（4）加強開挖前方掌子面的超前地質(zhì)探測，有必要時增加正前方掌子面的固結(jié)注漿。

（5）掌子面開挖后及時噴射混凝土封閉。

下穿玻璃幕墻樓房地段

（ZDK30749.561～773.561 L=24m）

（1）采用短臺階臨時仰拱法開挖，先開挖上臺階并架設(shè)臨時仰拱，上臺階拉開下臺階3m后，在進行下臺階開挖。開挖時嚴肅施工紀律、嚴控開挖進尺、逐榀開挖，最大限度縮短循環(huán)進尺時間，快速噴砼封閉。

（2）格柵間距0.5m/榀，初期支護厚30cm, 臨時仰拱采用I25工鋼，砼噴射厚度為30cm。

（3）超前小導(dǎo)管調(diào)整為拱部180°范圍內(nèi)加密打設(shè)φ42小導(dǎo)管（大管棚在開挖前一次打設(shè)完畢，在拱部150°范圍內(nèi)布置），環(huán)向間距調(diào)整300mm。小導(dǎo)管壁厚3.5mm、長3m、縱向間距調(diào)整為1m。

（4）下穿樓房區(qū)段每進尺1m封閉掌子面進行初支背后壓入單液漿，將初支與開挖面之間形成的空隙迅速回填密實，控沉降。

（5）加強開挖前方掌子面的超前地質(zhì)探測，有必要時增加正前方掌子面的固結(jié)注漿。

（6）掌子面開挖后及時噴射混凝土封閉。

（7） 做好應(yīng)急準備，在開挖面附近備齊應(yīng)急工鋼、應(yīng)急格柵、注漿材料、注漿機、沙袋等應(yīng)急物資，出現(xiàn)異常立即封閉掌子面，實施二次注漿。

其它輔助措施

（1）施工中洞內(nèi)、洞外加強通訊聯(lián)系，做好洞內(nèi)外的應(yīng)急預(yù)案，發(fā)現(xiàn)險情，快速啟動預(yù)案。

（2）隧道開挖拱頂設(shè)置的壁厚6mm、φ108的大管棚在開挖前一次打設(shè)完畢，打設(shè)長度39m，為確保大管棚的打設(shè)質(zhì)量，采用了有導(dǎo)向功能的專用管棚機進行施工。

（3）本方案實施中，因下臺階地層含水量較大，盡管進行了全斷面注漿處理，但注漿盲區(qū)的存在再所難免，致使格柵架立過程中仍出現(xiàn)下臺階掌子面局部經(jīng)積水浸泡而微小塌方現(xiàn)象，現(xiàn)場除采取引、排地下水外，對掌子面封閉進行二次注漿。二次注漿時，根據(jù)開挖后掌子面劈裂注漿情況以及充分利用黃土地層水平與垂直滲透系數(shù)相差較大的特點，將水平布孔間距調(diào)整至0.4m、垂直布孔間距調(diào)整至0.8m，使得注漿效果顯著提高。

（4）為控制上導(dǎo)洞初支的下沉，施工中采用了增設(shè)底縱梁（或大拱腳的）方法，控制拱腳的沉降。同時，每榀拱腳在原設(shè)計二根鎖腳錨管的基礎(chǔ)上增設(shè)一根，強化鎖腳力度。

（5）監(jiān)控量測是穿越建筑物地段暗挖方案的一個重要組成部分。在施工過程中，洞內(nèi)、洞外（地表、建筑物）的監(jiān)測不間斷進行，監(jiān)測數(shù)據(jù)及時的反饋，為支護參數(shù)的優(yōu)化、施工工藝的改進提供了可靠依據(jù)，確保了施工的安全。

沉降結(jié)果分析

監(jiān)測點布置

因所穿越的房屋外墻為玻璃幕墻，在玻璃幕墻上布置了監(jiān)測點標記并與第三方一同取得初值。建筑物玻璃幕墻上共布點27個（BL-1～27），隧道地表布設(shè)監(jiān)測點7個（JH4-11、JH5-12、JH5-62、JH6-12、JH6-62、JH7-12、JH7-62），監(jiān)測點與線路及建筑物相互關(guān)系如圖4所示。

沉降變形分析

圖5是暗挖隧道穿越建筑物（金花飯店北樓砼7）前、中、后的沉降變化曲線。對沉降曲線分析可得出如下結(jié)論：

（1）隧道穿越建筑物前只有距離掌子面最近的BL-9、BL-10、BL-11、BL-12點出現(xiàn)3mm～5mm變化，其他距離掌子面較遠的點位基本無變化，說明地層經(jīng)注漿加固，上下臺階處的掌子面土體自穩(wěn)能力強，土體抵抗擾動能力強，沉降小。

圖4 金花飯店監(jiān)控量測點布置圖

圖5 玻璃幕墻測點在不同階段沉降曲線圖

（2）7月30日掌子面位于建筑物正下方偏南位置，即BL-13測點附近，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)看以看出建筑物北側(cè)一排測點（BL-1～BL-10）隨著隧道慢慢通過測點（尤其是BL-10號點）受開挖影響沉降量逐漸增大。BL11～BL15均在隧道上方，掌子面已通過BL11、BL12、BL13三點沉降相對較大，BL14、BL15在掌子面前方變化相對較小，建筑物南側(cè)一排測點（BL16～BL23）因遠離開挖面而沉降量較小，且明顯小于同期北側(cè)一排測點。

（3）隧道穿越整個建筑物后，可以看出隧道上方的BL11～BL15沉降變化在17mm～20mm之間，北側(cè)一排測點與南側(cè)一排測點沉降變化相當，因此曲線圖基本對稱。

（4）比較穿越建筑物過程中與穿越后兩條曲線圖可以看出：距離隧道較遠的BL-1～BL-6期間的變化量最小，隧道上方且7月30日前已經(jīng)通過的BL-7～BL-13各點在此期間沉降變化也不明顯，而由于距離隧道較近，成環(huán)時間較晚的BL-15～BL-23各測點在7月30日之后仍有變化。

（5）9月14日暗挖隧道完全穿越建筑物后，鑒于部分點沉降過大，采取了停止開挖，封閉掌子面，對隧道位于建筑物下方的拱頂、拱腳、仰拱部分迅速實施了初支背后回填注漿的施工措施，在回填壓入單液漿的同時加密監(jiān)控量測，在回填注漿初期，相對于開挖時仍有沉降，但沉降速率小。在回填注漿完成的2d內(nèi)注漿沉降得以控制，最大沉降BL-16號點沉降量為-20mm。說明初支背后的及時回填注漿對于控制沉降效果十分明顯。

結(jié)語

通過左線隧道近距離安全穿越金花飯店7層玻璃幕墻房屋分析：

（1）在區(qū)間隧道開挖中采用短臺階和臨時仰拱工法并輔以其它輔助工法能夠較好地控制地表的沉降。玻璃幕墻最大累計沉降量為-20mm，滿足設(shè)計要求，且建筑物玻璃幕墻呈良好、完整、無損狀態(tài)；采用臨時仰拱法使上臺階初期支護及時成環(huán)、增加鎖腳數(shù)量能強化拱腳抵抗沉降力度、采取底縱梁（大拱腳）等方法對沉降控制也起到了相應(yīng)的作用，減小了對建筑物樁基的影響，確保了建筑物的安全。

（2）在特殊、復(fù)雜環(huán)境下應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況，根據(jù)監(jiān)控量測的數(shù)據(jù)以及結(jié)合隧道與建筑物相處的具體位置對支護的參數(shù)進行優(yōu)化調(diào)整，不但對控制沉降有利，而且體現(xiàn)了動態(tài)設(shè)計、動態(tài)施工的理念。

（3）初支背后回填注漿對于迅速充填初期支護背后形成的建筑空隙進而控制沉降效果明顯，在本次穿越金花飯店玻璃幕墻房屋過程中，迅速啟動的初支背后回填注漿對于控制沉降、緩解沉降速率起到了十分重要的作用。

（4）在洞外降水條件不具備的情況下，采取全斷面注漿帷幕止水對于確保隧道的無水作業(yè)十分重要。尤其是根據(jù)注漿后掌子面的劈裂情況，針對黃土地層水平、垂直滲透系數(shù)相差較大的特點，及時調(diào)整注漿布孔，使得注漿的效果明顯提高，確保了開挖的安全。

綜上所述，在該區(qū)間隧道開挖過程中，采用短臺階和臨時仰拱工法以及分段優(yōu)化支護參數(shù)等開挖方案能夠較好地控制地表的沉降，有效地保障施工與建筑物的安全，工程實施過程中取得的經(jīng)驗對類似工程具有借鑒意義。

[1] 西安地鐵三號線11標《長-通區(qū)間暗挖工程開挖、支護安全專項施工方案》2015年3月.

[2] 長～通區(qū)間巖土工程勘察報告,機械工業(yè)勘察設(shè)計研究院 2011年1月.

[3] 長～通錨噴構(gòu)筑法暗挖隧道施工圖設(shè)計,中鐵隧道勘測設(shè)計院有限公司2014年3月.