西青區(qū)間下穿火車站過街通道綜合施工技術(shù)

孫 建

(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設(shè)有限公司 北京 101100)

1 概述

青島地鐵1號線西鎮(zhèn)站～青島站區(qū)間起止里程為ZK32+606.313～ZK33+230.392，全長約624.079 m，起自西鎮(zhèn)站，沿費縣路向東北敷設(shè)接入青島站。西鎮(zhèn)站站尾及青島站站前采用單洞單線斷面形式，線間距較小區(qū)間局部采用單洞雙線大斷面結(jié)構(gòu)形式。區(qū)間線路出西鎮(zhèn)站后以R＝450 m偏轉(zhuǎn)半徑向南偏轉(zhuǎn)，最后以R＝250 m半徑向北偏轉(zhuǎn)接入青島站，最大線間距14.5 m，最小線間距4.6 m。線路縱段面呈“V”字坡，最大縱坡16.4‰。

西鎮(zhèn)站～青島站區(qū)間礦山法施工段(YK32+938～YK33+225.147)，隧道埋深7.8～25.7 m，隧道洞身大多位于粉質(zhì)黏土和中、微風(fēng)化花崗巖中，地質(zhì)條件較差，地層順序如圖1所示。

圖1 過街通道與隧道正線橫斷面位置關(guān)系及地質(zhì)情況

過街通道位于費縣路下方，通道寬11.5 m，高約2.4 m，剪力墻結(jié)構(gòu)，西鎮(zhèn)站～青島站區(qū)間礦山法施工段區(qū)間隧道正交下穿過街通道，下穿過街通道影響范圍為通道及邊線外沿1.5 m范圍內(nèi)。

過街通道底板標(biāo)高為-0.16 m，拱頂埋深2.13 m，通道頂板以上為回填土。區(qū)間隧道與過街通道垂直距離2.7～4.65 m。

本區(qū)間場區(qū)地下水主要有兩種類型:(1)第四系孔隙水:上層滯水、潛水、承壓水；(2)風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水。

西青區(qū)間礦山法施工段隧道下穿過街通道段位于單縣支路與費縣路交叉口，下穿工程上方管線分布情況見表1。

表1 管線分布

2 工程重難點[1-3]

(1)區(qū)間隧道距離火車站地下過街通道最小凈距為2.7 m。區(qū)間隧道與地下過街通道距離較近，隧道斷面范圍內(nèi)存在上軟下硬地層，隧道施工過程中易引發(fā)過街通道結(jié)構(gòu)開裂、變形過大，甚至引起隧道坍塌。

(2)地質(zhì)條件較差，地下水豐富，嚴(yán)重制約暗挖速度，影響施工安全。

(3)區(qū)間隧道沿費縣路敷設(shè)，地面交通繁忙，道路沿線分布大量管線，施工安全風(fēng)險高，地面沉降控制難度大。

3 隧道下穿過街通道的關(guān)鍵施工技術(shù)

隧道開挖施工卸載改變了圍巖應(yīng)力狀態(tài)，對地層產(chǎn)生擾動，引發(fā)地層變形，地質(zhì)條件較差時，也增加了地層坍塌的風(fēng)險，加大了對地層變形和周邊環(huán)境的影響，當(dāng)隧道近距離下穿既有建(構(gòu))筑物時，施工安全風(fēng)險隨之升高，既有建(構(gòu))筑物保護及地面沉降控制難度也增大。

3.1 隧道超前注漿加固技術(shù)[4-5]

3.1.1 技術(shù)方案

隧道開挖施工中，上軟下硬巖體自身穩(wěn)定性較差，開挖過程中拱頂軟弱圍巖超挖風(fēng)險高，嚴(yán)重時會發(fā)生塌方、大量滲水等問題；采用帷幕注漿技術(shù)，對軟弱破碎巖體注漿，起到加固圍巖、控制滲水作用，確保施工安全可控。

(1)隧道上半斷面帷幕注漿施工進行圍巖加固。隧道超前深孔帷幕注漿的施作方法與管棚超前注漿類似，管棚只在隧道開挖面拱圈周圍布置且數(shù)量較少，超前深孔帷幕注漿則在大部分開挖斷面上布置且數(shù)量較多，隧道超前深孔帷幕注漿的注漿孔布置較為復(fù)雜。

(2)上半斷面帷幕注漿是在施工前，將隧道上半斷面前方12 m深范圍內(nèi)的圍巖注漿加固，并形成止水帷幕以阻止地下水滲入，增強地層自穩(wěn)能力。隧道超前深孔帷幕注漿作為軟弱破碎圍巖或存在高壓富水區(qū)圍巖隧道施工的輔助措施，漿液通過多種運動形式充填到巖土體的孔隙、裂隙中，將圍巖固結(jié)成整體，提高圍巖強度，起到加固圍巖作用；漿液擴散范圍內(nèi)的巖土滲透系數(shù)顯著降低，可以起到防滲堵水的作用。

3.1.2 技術(shù)參數(shù)

本工程下穿區(qū)段隧道施工遵循“管超前、嚴(yán)注漿、臺階法、短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測”的原則，采用超前帷幕注漿加固技術(shù)，下穿過街通道施工前對區(qū)間隧道上半斷面進行帷幕注漿超前加固，通過過街通道5 m后結(jié)束帷幕注漿。首次注漿長度12 m，開挖9 m再進行一次12 m注漿施工，重疊的3 m區(qū)域作為預(yù)留止?jié){巖盤，如圖2所示。注漿擴散半徑為1.0～1.2 m，注漿孔間距為1.8 m，加固范圍為上半斷面，如圖3所示?，F(xiàn)場施工結(jié)果表明，注漿前軟弱圍巖每天進尺0.5 m，注漿后軟弱圍巖每天進尺1 m，加快了施工進度，降低了施工風(fēng)險。

圖2 超前預(yù)注漿設(shè)計

根據(jù)經(jīng)驗公式注漿壓力為上覆土層壓力的1～2倍，本工程上覆土層壓力為:

P＝ρgh

圖3 半斷面深孔注漿加固范圍示意

式中，P為壓力；ρ為上覆土層天然密度；g為重力加速度；h為土層厚度。本地區(qū)土層密度取1.9 g/cm3，據(jù)上式得出上覆土層壓力，確定注漿終壓為0.8～1 MPa。

漿液擴散半徑為1.0～1.2 m，施工中根據(jù)注漿試驗或施工前期注漿效果驗證、評估后進一步修正確定。嚴(yán)格控制既有通道附近注漿孔的注漿壓力，注意對既有結(jié)構(gòu)的保護。

注漿漿液采用普通水泥單漿液，水灰比0.8～1，漿液配比應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場試驗調(diào)整，注漿數(shù)量以現(xiàn)場實際發(fā)生計量。

3.1.3 注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

單孔注漿以定量定壓相結(jié)合。

定量標(biāo)準(zhǔn):當(dāng)注漿量達到單孔設(shè)計注漿量的1.5～2倍，壓力仍然不上升，可采取注雙液漿等措施縮短凝膠時間，使壓力達到設(shè)計終壓，結(jié)束該孔注漿。

定壓標(biāo)準(zhǔn):各孔段均達到設(shè)計終壓，并穩(wěn)定10 min，且進漿速度為開始進漿速度的1/4或注漿量達到設(shè)計注漿量的80%，即可結(jié)束該孔注漿。

3.1.4 注漿的關(guān)鍵技術(shù)措施

(1)注漿過程中，嚴(yán)格控制注漿壓力，注漿終壓必須達到設(shè)計要求，并穩(wěn)壓，保證漿液的滲透范圍，防止出現(xiàn)危及地下構(gòu)筑物、地面建筑物的異?，F(xiàn)象。注漿過程中進行跟蹤監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)異?，F(xiàn)象時，立即采取下列措施進行處理:

①降低注漿壓力或采用間隙注漿；

②改變注漿材料或縮短漿液凝膠時間；

③調(diào)整注漿實施方案。

(2)施工過程中實時檢查注漿效果，如達不到設(shè)計要求，及時調(diào)整配合比并改善注漿工藝。

(3)為防止孔口漏漿，在小導(dǎo)管尾端封堵鉆孔與花管的空隙。

(4)注漿管與花管采用活接頭聯(lián)結(jié)，保證快速裝拆。

(5)注漿的次序由兩側(cè)對稱向中間進行，自下而上逐孔注漿。

(6)注漿過程有專人記錄，完成后檢驗注漿效果，不合格的進行補注。

(7)注漿達目標(biāo)強度后方可進行開挖作業(yè)。

3.2 分段、分次爆破施工技術(shù)[6]

當(dāng)區(qū)間隧道下穿建(構(gòu))筑物及管線時，爆破振動過大可能會引起建(構(gòu))筑物及管線的損壞；分段、分次爆破可以減小爆破振動，將爆破振動控制在允許范圍之內(nèi)，減小爆破振動對建(構(gòu))筑物及管線的危害。

遵循“多分段、少裝藥”的原則，用足雷管段位，最大限度地減小最大單段起爆。為保護過街通道，上臺階采用機械開挖為主、爆破為輔的方式進行施工；下臺階采用分段、分次爆破開挖的方式進行施工。

3.2.1 炮眼布置

(1)掏槽眼。上臺階開挖后，下臺階有臨空面，不需要掏槽。

(2)輔助眼。本工程輔助眼的排間距根據(jù)工程經(jīng)驗取500～600 mm。

(3)周邊眼。下臺階周邊眼E＝500 mm，周邊眼的炮眼密集系數(shù)K與最小抵抗線W之間的關(guān)系為K＝E/W。K＝0.83，此時光面爆破效果較好，因此，取W＝600 mm。

3.2.2 單孔裝藥量

(1)周邊眼。周邊眼的裝藥量主要根據(jù)炮眼間距、最小抵抗線和裝藥集中度確定。根據(jù)開挖圍巖情況及振速指標(biāo)要求，結(jié)合工程類比經(jīng)驗，可取下臺階單孔裝藥量為0.2 kg。

(2)輔助眼。輔助眼的裝藥量與圍巖的堅硬程度、炸藥單耗、炮眼長度及輔助眼的炮眼數(shù)量及排間距等參數(shù)有關(guān)，輔助眼的單孔裝藥量按以下公式計算:

q＝τγL

式中，q為輔助眼的單孔裝藥量，單位kg；τ為裝藥系數(shù)，根據(jù)炮孔間、排距及圍巖性質(zhì)，本工程下臺階取τ＝0.2；γ為每米藥卷的炸藥質(zhì)量，單位kg/m，對于直徑為32 mm的乳化炸藥，γ＝1 kg/m；L為炮眼長度，單位m。

輔助眼炮孔深度為0.8 m，q＝0.2×1 kg/m×0.8 m＝0.16 kg，取q＝0.2 kg。

3.2.3 循環(huán)進尺

根據(jù)青島市地鐵隧道下穿建筑物和管線的保護要求，考慮上臺階開挖后，下臺階上方出現(xiàn)空腔，對地表的振動影響小，適當(dāng)增加下臺階循環(huán)進尺，因此調(diào)整鋼架的間距為0.5 m，下臺階的循環(huán)進尺應(yīng)控制在1 m。

西青區(qū)間礦山法段隧道下穿過街通道爆破施工結(jié)果表明，本文提出的爆破控制技術(shù)有效減小了振動，保證了建(構(gòu))筑物及管線的安全。

3.3 監(jiān)控量測施工技術(shù)

下穿過街通道施工過程中，必須實行監(jiān)控量測，了解支護結(jié)構(gòu)的受力和應(yīng)力分布，掌握圍巖動態(tài)，對過街通道和管線結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性做出評價，反饋分析、動態(tài)調(diào)整確定支護結(jié)構(gòu)形式、支護參數(shù)和支護時間，同時評價支護結(jié)構(gòu)的合理性和安全性，以確保施工安全和防止地表、管線及過街通道產(chǎn)生較大沉降變形。

根據(jù)下穿施工工程特點，在過街通道結(jié)構(gòu)上、過街通道與隧道斷面邊線相切的位置設(shè)置2個沉降觀測點，測點布置如圖4所示。采用靜力水準(zhǔn)儀，對過街通道沉降進行自動化監(jiān)測[7]，結(jié)合隧道施工圍巖收斂、地表沉降監(jiān)測，對過街通道和管線結(jié)構(gòu)進行綜合監(jiān)測與評價。

圖4 西青區(qū)間地下過街通道自動化監(jiān)測布置

西青區(qū)間隧道下穿過街通道監(jiān)測數(shù)據(jù)見表2，施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，地表沉降最大值為6.23 mm、過街通道沉降最大值為2.64 mm，最大沉降值均小于目標(biāo)控制值，保證了過街通道結(jié)構(gòu)、管線及周邊建(構(gòu))筑物的結(jié)構(gòu)安全。

表2 西青區(qū)間監(jiān)測數(shù)據(jù)分析

4 結(jié)論

(1)針對西青區(qū)間礦山法施工段隧道下穿火車站地下過街通道地質(zhì)條件復(fù)雜等特點，采用區(qū)間隧道上半斷面帷幕注漿超前加固方法，運用定量與定壓雙控注漿標(biāo)準(zhǔn)，提出首次注漿長度12 m，每開挖進尺9 m再進行下一次注漿12 m，重疊的3 m區(qū)域作為預(yù)留止?jié){巖盤的施工技術(shù)措施，在工程施工過程中由注漿前軟弱圍巖每天進尺0.5 m，提高到注漿后軟弱圍巖每天進尺1 m，加快了施工進度，確保了施工安全。

(2)提出上下臺階法及分段、分次爆破施工方法，上臺階采用機械開挖為主、爆破為輔的方式進行施工；下臺階采用分段、分次爆破開挖的方式進行爆破施工，有效減小了振動和爆破施工對建(構(gòu))筑物及管線的影響。

(3)西青區(qū)間隧道下穿過街通道施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，地表沉降最大值為6.23 mm、過街通道沉降最大值為2.64 mm，最大沉降值均小于目標(biāo)控制值，保證了過街通道結(jié)構(gòu)、管線及周邊建(構(gòu))筑物的安全。

研究提出的區(qū)間隧道下穿過街通道綜合施工技術(shù)，保證了過街通道的安全，嚴(yán)格控制了地表及管線沉降，避免了因過街通道破壞造成安全隱患和經(jīng)濟損失，有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。