地鐵聯(lián)絡(luò)線下穿河道機(jī)械化施工技術(shù)分析

韓一民

（中鐵十八局集團(tuán)軌道交通工程有限公司，天津 300222）

某地鐵聯(lián)絡(luò)線下穿既有河道，長度29m，聯(lián)絡(luò)線拱部距河道底部僅7.1m。該河道下方地質(zhì)情況復(fù)雜，且河道周邊池還有2座周低層建筑物，造成周邊降水井無法打設(shè)，即聯(lián)絡(luò)線下穿河道段開挖為有水作業(yè)，施工安全風(fēng)險較大。河道下部地層主要由兩部分組成：沖洪積粘性土和砂土層、白堊系泥巖層。

（1）特殊性巖土：場區(qū)內(nèi)有人工雜填土分布，土質(zhì)結(jié)構(gòu)松散不均，土層透水性好，管道漏水或地表積水下滲容易形成漏水洞穴，對洞室開挖特別不利，因聯(lián)絡(luò)線的特殊位置關(guān)系，大部分降水井無法打設(shè)。

（2）聯(lián)絡(luò)線采用暗挖臺階法施工，其下穿河道深水區(qū)域29m，距河道底部埋深7.1m。河道總深度達(dá)4.5m，最大壓強(qiáng)44.1Pa，極易在開挖過程中造成涌砂涌水等坍塌危害。

1 施工方案比選

聯(lián)絡(luò)線采用礦山法施工。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，針對隧道下穿或側(cè)穿建筑物風(fēng)險源，可以采取的加固處理措施無外乎分地上和地下兩種。地上主要是針對建筑的加固處理措施，如袖閥管注漿，打設(shè)隔離樁［1］，但因河道面積較大，且無基礎(chǔ)，地上不具備加固處理?xiàng)l件，故只能在洞內(nèi)采取加固處理措施。洞內(nèi)加固處理措施有全斷面注漿加固、深孔注漿止水（WSS）、超前小導(dǎo)管支護(hù)、徑向注漿加固等措施，也可采取兩種措施結(jié)合進(jìn)行，具體見表1。

經(jīng)方案比選及多方研究討論，考慮到深孔注漿的加固措施施工現(xiàn)場局限性較大，可操作性低，最終確定了采用全斷面注漿+拱部150°雙排超前小導(dǎo)管的方式進(jìn)行超前注漿加固，以確保施工安全及初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，避免河道及周邊建筑物因沉降過大而造成變形、開裂、突水、突泥等風(fēng)險。

2 施工風(fēng)險處理措施

2.1 雙排超前注漿小導(dǎo)管打設(shè)

在聯(lián)絡(luò)線下穿河道段，采取頂拱150°范圍內(nèi)土層超前雙排小導(dǎo)管注漿加固，超前雙排小導(dǎo)管為DN32水煤氣管，內(nèi)排導(dǎo)管t=3.25mm，長度2.0m，間距0.3m；外排導(dǎo)管t=3.25mm，長度3.5m，間距0.3m。注漿漿液根據(jù)地層情況由現(xiàn)場試驗(yàn)確定，并根據(jù)圍巖條件控制好注漿壓力，注漿壓力應(yīng)控制在0.4～0.6MPa。注漿加固后的土體應(yīng)滿足良好的均勻性和自立性［2］。

表1 加固處理措施比選表

2.2 臺階法施工

聯(lián)絡(luò)線為單洞馬蹄形斷面，采用臺階法開挖。開挖時，先是開挖上臺階并預(yù)留核心土，循環(huán)進(jìn)尺為一榀格柵間距。開挖完成后及時架立鋼筋格柵并噴混凝土封閉，至上臺階開挖3.0～5.0m后再進(jìn)行下臺階的開挖支護(hù)。開挖后及時對掌子面噴混凝土進(jìn)行臨時封閉，進(jìn)行下一循環(huán)的超前支護(hù)［3］。上下臺階法施工圖如圖1所示。

圖1 臺階法施工示意圖

2.3 全斷面超前注漿加固

隧道全斷面采用小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固。小導(dǎo)管為DN32水煤氣管，t=3.25mm，長度3.5m，間距0.5×0.5m，梅花形布置，即2m打設(shè)一次，預(yù)留1.5m止?jié){墻。注漿漿液采用水泥漿，注漿壓力應(yīng)控制在0.4～0.6MPa。全斷面注漿導(dǎo)管打設(shè)如圖2所示。

圖2 全斷面注漿導(dǎo)管打設(shè)示意圖

2.3.1 自進(jìn)式錨桿結(jié)合小導(dǎo)管注漿施工工藝

先進(jìn)行自進(jìn)式錨桿施工，待自進(jìn)式錨桿施工完成后，再進(jìn)行小導(dǎo)管施工。自進(jìn)式錨桿施工工藝見圖3，小導(dǎo)管施工工藝見圖4。自進(jìn)式錨桿由鉆頭、錨桿體、連接套、拱型墊板、球形螺母組成。由自進(jìn)式錨桿鉆機(jī)進(jìn)行施工。

2.3.2 自進(jìn)式錨桿施工特點(diǎn)

自進(jìn)式錨桿采用優(yōu)質(zhì)的厚壁無縫鋼管材料，桿體可以任意切割長度采用配件連接，錨桿前高強(qiáng)度的合金鉆頭、連續(xù)的波形螺紋，真正實(shí)現(xiàn)了自進(jìn)式錨桿鉆孔、注漿、錨固、棚護(hù)等功能的統(tǒng)一。適用于地下工程存在的軟弱圍巖、斷層破碎帶、高地應(yīng)力大變形等復(fù)雜的地質(zhì)條件，特別是圍巖較差淺埋地段需要特長支護(hù)的情況［2］。

圖3 自進(jìn)式錨桿施工工藝

圖4 小導(dǎo)管施工工藝

（1）錨桿前有穿透力極強(qiáng)的鉆頭，在一般鑿巖機(jī)械的作用下，可以輕易穿透各類巖石。

（2）具有連續(xù)的波形螺紋，可以作為鉆桿配合鉆頭完成鉆孔成錨孔。

（3）鉆桿的錨桿體無需拔出，其中空可作為注漿通道，從里至外進(jìn)行注漿。

（4）高效能的止?jié){塞使注漿能保持較強(qiáng)的注漿壓力，充分地充填空隙，固定破碎巖體。高強(qiáng)度的墊板、螺母可以將深層圍巖應(yīng)力均勻地傳遞到周壁圍巖上，達(dá)到圍巖與錨桿互為支護(hù)的目的。

（5）采用機(jī)械切削工藝加工的高強(qiáng)度聯(lián)結(jié)套，使自進(jìn)式錨桿具有邊鉆進(jìn)邊加長的特性，可適用于較狹小的施工空間，實(shí)現(xiàn)了特長錨桿加固圍巖的設(shè)計(jì)思想。

（6）由于該錨桿多位一體的功能，使得它在各類圍巖條件下施工時不需套管護(hù)壁、預(yù)注漿等特殊手法也能形成錨孔，并保證錨固與注漿效果。

2.4 襯砌施工

為確保施工安全，聯(lián)絡(luò)線開挖完成后，立即對河道正下方的36m長的隧道進(jìn)行襯砌施工。

（1）為確保結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，聯(lián)絡(luò)線下穿河道的36m段需盡快襯砌完成。為加快施工進(jìn)度，該段襯砌模板支撐系統(tǒng)采用工字鋼排架+組合模板+滿堂支架的方式，其他地段采用襯砌臺車襯砌。

（2）仰拱模板每節(jié)之間采用螺栓連接，中間設(shè)置兩層可調(diào)試對口撐，對口撐兩端絲桿可調(diào)范圍不小于10cm，模板底端與鋼模底角預(yù)埋鋼筋焊接牢固。混凝土澆注時，先從兩側(cè)邊墻上口進(jìn)行對稱分層灌注，直到澆滿，振搗時采用插入式振動器進(jìn)行振搗。仰拱混凝土澆筑高度為設(shè)計(jì)軌面下10cm，仰拱拆模后，保證與襯砌臺車底角模板有10cm的搭接長度，仰拱模板支撐體系如圖5所示。

圖5 仰拱襯砌施工示意圖

（3）拱部支撐采用滿堂碗扣式支架，支架排距設(shè)計(jì)為60cm×60cm，分區(qū)支架通過鋼管卡扣連接成一體。支架必須設(shè)置縱、橫向掃地桿，模板支架四邊與中間每隔四排支架立桿應(yīng)設(shè)置一道縱向剪刀撐，由底至頂連續(xù)設(shè)置，水平傾角宜在45°～60°之間，剪刀撐每步與立桿扣接，扣接點(diǎn)距碗扣節(jié)點(diǎn)的距離宜≤150mm。聯(lián)絡(luò)線跨度小于8m，混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%后即可拆除支架。

3 施工控制要點(diǎn)

（1）在聯(lián)絡(luò)線下穿河道段施工過程中，嚴(yán)格按照“管超前，嚴(yán)注漿，短開挖，強(qiáng)支護(hù)，快封閉、勤量測”的18字方針進(jìn)行施工，施工中控制要點(diǎn)流程如圖6所示。

（2）臺階法開挖應(yīng)嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺，避免超挖，臺階長度控制在3～5m，及時施做下臺階，盡快閉合成環(huán)。

圖6 下穿河道風(fēng)險源措施流程圖

（3）注漿導(dǎo)管施工應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求施做：

①鉆孔、安裝注漿導(dǎo)管后，管口用麻絲和錨固劑封堵鋼管與孔壁間空隙，管口安裝封頭和孔口閥，并能承受規(guī)定的最大注漿壓力和水壓。

②注漿前，應(yīng)對開挖面及5m范圍內(nèi)的坑道噴射厚為50～100mm混凝土封閉，以防止注漿作業(yè)時發(fā)生孔口跑漿現(xiàn)象。

③注漿按由下至上、先無水孔后有水孔間隔分序注漿，漿液先稀后濃、注漿量先大后小。

④結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：以終壓控制為主，注漿量較核。當(dāng)注漿壓力為0.4～0.6MPa，持續(xù)15min即可終止。

⑤注漿后至開挖的時間間隔，應(yīng)視漿液種類決定。當(dāng)采用單液水泥漿時，開挖時間為注漿后8h，采用水泥—水玻璃漿液時為4h左右。開挖時應(yīng)保留1.5～2.0m的止?jié){墻，防止下一次注漿時孔口跑漿。

（4）開挖完成后，為確保結(jié)構(gòu)安全，需盡快施做二次襯砌，并進(jìn)行襯砌背后注漿止水。

根據(jù)觀測數(shù)據(jù)顯示，隧道初支結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各類監(jiān)測數(shù)據(jù)均未超過報警值。

4 結(jié)束語

因地鐵線路受控于各類地表建（構(gòu)）筑物和地下管線的影響，降水井難以施做，無法保證無水作業(yè)，這就需要我們根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，進(jìn)行風(fēng)險辨識和分析，制定處理方案或措施，嚴(yán)格按照施工方案進(jìn)行施工，以避免結(jié)構(gòu)變形失穩(wěn)、涌水、突泥、坍塌等安全質(zhì)量事故的發(fā)生。本文根據(jù)聯(lián)絡(luò)線下穿河道風(fēng)險特點(diǎn)，針對可實(shí)施的處理方案進(jìn)行了比選，并確定了最優(yōu)方案，并嚴(yán)格既定的施工方案進(jìn)行實(shí)施，取得了很好的效果。聯(lián)絡(luò)線隧道開挖已順利完成，河道下方的隧道襯砌也已完成，實(shí)現(xiàn)了安全質(zhì)量的最終控制目標(biāo)。