大跨度暗挖車站鄰近建筑物開挖施工技術(shù)

謝雪寧 （中國鐵建十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100124）

0 前言

為緩解地面交通的壓力，提升城市形象，合理利用城市空間，越來越多的城市開始進(jìn)行地鐵建設(shè)。在暗挖車站施工過程中，開挖會造成土層應(yīng)力釋放，引起土體水平位移，產(chǎn)生不均勻沉降，可能引起地面建筑物的沉降和傾斜變化，嚴(yán)重時(shí)可能危及地面建筑物的安全，帶來經(jīng)濟(jì)損失及不良社會影響。因此，在施工過程中如何有效的控制地表沉降，保證地面建筑物安全，是施工管理中的一個重要方面。本文從力學(xué)角度分析了城市隧道上方覆土體沉降的機(jī)理；利用平面有限元模型模擬分析了淺埋暗挖法大跨度隧道沉降；采用隨機(jī)介質(zhì)理論法對大斷面淺埋暗挖隧道施工地表沉降進(jìn)行了預(yù)測分析；對城市隧道淺埋暗挖地表沉降規(guī)律及控制方法進(jìn)行了研究。在地鐵隧道開挖的過程中地層應(yīng)力場的變化，施工擾動，隧道跨度及埋深，開挖方法等都是造成地表沉降的主要原因。

本文工程開挖施工過程中發(fā)現(xiàn)車站上方附近建筑物沉降接近預(yù)警值，分析原因后制定專項(xiàng)措施，確保地面建筑物安全，為以后類似地鐵工程建設(shè)提供參考。

1 工程概況

萬年泉路站位于萬年泉路與華樓山路交口處，沿萬年泉路南北方向布置。車站總長199.60m，主體結(jié)構(gòu)開挖總寬度20.658m，總高度18.06m，車站主體采用暗挖“雙側(cè)壁導(dǎo)坑法”施工。車站東側(cè)毗鄰建安小區(qū)、建安小區(qū)沿街商鋪，其中建安小區(qū)沿街商鋪距離車站主體結(jié)構(gòu)水平4.25m～4.75m、垂直4.85m。沿街商鋪均為兩層磚砌結(jié)構(gòu)，預(yù)制板樓板結(jié)構(gòu)，建于1995年，基礎(chǔ)埋深較淺，為毛石漿砌基礎(chǔ)，基礎(chǔ)埋深2m，商鋪現(xiàn)狀較破舊。車站結(jié)構(gòu)采用單拱大跨暗挖斷面，由于結(jié)構(gòu)斷面尺寸大，尤其是中導(dǎo)洞開挖跨度超過11m，高度9.5m，且結(jié)構(gòu)埋深淺處僅6.85m，且此處拱部以土層為主，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)穩(wěn)定較差，結(jié)構(gòu)施工風(fēng)險(xiǎn)高、難度大。

1.1 工程地質(zhì)、水文地質(zhì)情況

車站施工范圍內(nèi)基巖以燕山晚期花崗巖為主，其間穿插有煌斑巖、花崗斑巖并伴隨有構(gòu)造巖，地下水主要是構(gòu)造裂隙水。煌斑巖及細(xì)?；◢弾r等脈巖穿插分布于場區(qū)，脈巖及構(gòu)造巖的發(fā)育造成場區(qū)基巖巖體破碎，完整性較差。由于巖體的各向異性，加之局部巖體破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育，地下水相對富集，透水性也相對較好。地下水主要依靠大氣降水入滲和地表水體入滲補(bǔ)給，季節(jié)性影響較大。

依據(jù)地勘報(bào)告，車站暗挖施工范圍內(nèi)次生斷裂構(gòu)造發(fā)育，脈巖、碎裂巖及糜棱巖的發(fā)育造成巖體破碎，軟硬不均。開挖后圍巖為強(qiáng)、中、微風(fēng)化巖和各種巖脈及構(gòu)造巖，涌水量受季節(jié)以及節(jié)理發(fā)育程度影響，局部構(gòu)造發(fā)育地段開挖過程中可能有涌水現(xiàn)象發(fā)生。

2 施工中出現(xiàn)的問題與分析

2.1 施工中出現(xiàn)的問題

開挖過程中受雨季影響，暗挖車站上部土層壓力增大，地面沉降接近預(yù)警值，車站上部東側(cè)建筑物產(chǎn)生沉降，建筑物有承重墻開裂、地板開裂、吊頂脫落、店面玻璃門開關(guān)不靈活、地面臺階下部基礎(chǔ)沉降產(chǎn)生裂縫等現(xiàn)象。

2.2 原因分析

分析了土體產(chǎn)生沉降的內(nèi)在機(jī)理，認(rèn)為沉降的產(chǎn)生受地質(zhì)及水文條件和人為施工活動影響，地面沉降是在不良地質(zhì)條件下，采用不適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行施工活動的結(jié)果。研究表明：暗挖施工擾動土體引起的地面土體沉降、地下水降水效果好壞、建筑物自身穩(wěn)定性及抵抗變形能力、施工工序因素是造成臨近建筑物沉降的原因。

通過理論分析結(jié)合現(xiàn)象實(shí)際情況，綜合分析后認(rèn)為上述問題的產(chǎn)生由如下因素造成：①此里程段圍巖裂隙發(fā)育、節(jié)理多，巖層之間主要靠泥狀膠結(jié)物膠結(jié)，在水的作用下容易產(chǎn)生局部掉塊。②2#導(dǎo)洞爆破震動對上部1#導(dǎo)洞造成一定影響。③由于連續(xù)降雨，受雨季積水影響，導(dǎo)致房屋下部回填壓縮密實(shí)，造成房屋基礎(chǔ)下部空洞。

2 施工專項(xiàng)措施

研究表明：上部導(dǎo)洞開挖引發(fā)的地表沉降比例達(dá)到59.3%，是暗挖車站控制地表沉降的關(guān)鍵步序。暗挖車站下穿施工中為控制既有線的變形，除了常規(guī)的施工技術(shù)措施外，從減少隧道開挖過程中地層損失，限制地層松動圈隨時(shí)間發(fā)展等方面采取了主動的控制措施，能起到良好的效果。

為有效控制地表沉降，確保地面建筑物安全，本次施工專項(xiàng)措施的設(shè)計(jì)基本思路為：隧道內(nèi)增加補(bǔ)強(qiáng)措施，加強(qiáng)初支強(qiáng)度；地面建筑物基礎(chǔ)采用袖閥管進(jìn)行加固。

2.1 隧道內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)措施

2.1.1 原施工方案

此段里程范圍內(nèi)采用格柵鋼架、系統(tǒng)錨桿聯(lián)合支護(hù)形式。格柵鋼架間距為1m，格柵支護(hù)采用350mm厚C25噴射早強(qiáng)混凝土。臨時(shí)中隔壁與臨時(shí)仰拱采用型鋼支護(hù)，型鋼支護(hù)段采用300mm厚C25噴射早強(qiáng)混凝土。各導(dǎo)洞采用臺階法開挖，并在臺階處增加鎖腳錨桿。

2.1.2 補(bǔ)強(qiáng)措施

①對節(jié)點(diǎn)板以上拱部設(shè)置Ф25組合中空注漿錨桿，單根錨桿長度為4m；布設(shè)間距：1.5m（環(huán)向）×1m（縱向），梅花形布設(shè)。

②每榀格柵節(jié)點(diǎn)兩側(cè)各打設(shè)一排EX28N漲殼式預(yù)應(yīng)力中空注漿錨桿，錨桿直徑46mm，單根長度為10m；預(yù)加力施加大小為90kN。注漿材料為水泥漿。

③架立型Ⅰ22鋼支撐，安裝鋼支撐前鑿開初支混凝土面，將鋼支撐伸入混凝土面中后重新填充鑿除部位，使鋼支撐與初支斷面形成整體受力結(jié)構(gòu)。鋼支撐在中上導(dǎo)洞開挖前進(jìn)行拆除。

2.2 地面建筑物加固

隧道內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)措施施工完成后，加強(qiáng)施工監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測情況待隧道變形穩(wěn)定，地面沉陷基本穩(wěn)定后對房屋下部基礎(chǔ)進(jìn)行加固注漿，并對房屋西側(cè)墻體與排水溝間范圍進(jìn)行隔離注漿。具體參數(shù)如下。

①注漿范圍。注漿深度：房屋基礎(chǔ)向下1m范圍，具體注漿深度根據(jù)地層條件現(xiàn)場確定。注漿平面范圍：房屋西側(cè)墻體向東側(cè)約3m，向西側(cè)約1.5m。

②注漿材料及漿液配置。注漿材料選用普通425硅酸鹽水泥。水泥漿水灰比為0.6～1.0，在碎石屑墊層中采用0.6，在地基土層中采用0.6～1.0，為防止?jié){液析水，摻入防析水劑纖維素，其用量約為水泥重量的（0.2～0.3）%，摻加摻量占水泥質(zhì)量百分比為15%的氯化鈣速凝劑，摻量占水泥質(zhì)量百分比為0.05%去垢劑流動劑，摻量占水泥質(zhì)量百分比為0.02%鋁粉膨脹劑。

③孔間距。第一排注漿孔離墻體0.5m，其余孔間距0.5～0.8m，孔間距可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

④注漿壓力。以不超過地層壓重與強(qiáng)度為限，實(shí)際使用的灌漿壓力在100～300kPa之間變化。

⑤注漿方法。采用自下而上栓塞分段灌漿法，孔可稍向基礎(chǔ)中心傾斜，使水泥漿液能直接滲入基底下的地基中，灌漿時(shí)使用壓漿設(shè)備將漿液壓入。

2.3 輔助措施

①聯(lián)系物探單位對建筑物及隧道周圍環(huán)境進(jìn)行全面探測，上報(bào)探測情況和探測情況分析報(bào)告。

②車站中導(dǎo)洞開挖控制爆破震速，減小爆破施工對車站結(jié)構(gòu)和車站周圍環(huán)境的影響。

③施工過程中加強(qiáng)對隧道周圍環(huán)境監(jiān)測，補(bǔ)充建筑物及路面的監(jiān)測點(diǎn)，對臨測點(diǎn)布點(diǎn)位置進(jìn)行討論分析并對建筑物的臨測點(diǎn)進(jìn)行重新布點(diǎn)。監(jiān)測內(nèi)容需體現(xiàn)建筑物的差異沉降。

3 結(jié)束語

暗挖車站施工是一項(xiàng)未知因素較多、風(fēng)險(xiǎn)較大的系統(tǒng)工程，施工過程中總會遇到各種各樣的問題，大跨度暗挖車站施工本身風(fēng)險(xiǎn)比較大，施工中由于地質(zhì)條件的復(fù)雜性和周圍環(huán)境的不確定性，更增加了施工的風(fēng)險(xiǎn)。暗挖施工引起的地面沉降與地面老舊建筑物沉降控制標(biāo)準(zhǔn)要求嚴(yán)格之間的矛盾越來越突出，施工中遇到的問題也會越來越多。所以，施工過程中，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場出現(xiàn)的問題及時(shí)調(diào)整施工方案，本文在分析暗挖車站施工過程中遇到的問題基礎(chǔ)上，通過增加隧道內(nèi)補(bǔ)強(qiáng)措施及對地面建筑物基礎(chǔ)加固，有效控制了地面建筑物沉降，安全完成了全斷面開挖施工，為后續(xù)類似情況的出現(xiàn)提供了一種解決問題的思路。