富水砂卵石地層CRD（交叉中隔墻）法地鐵風(fēng)道施工技術(shù)

王冰琰

（中鐵十五局集團(tuán)第五工程有限公司 天津，300133）

隨著城市軌道交通工程建設(shè)的不斷發(fā)展，復(fù)雜地質(zhì)條件對工程質(zhì)量提出的要求越來越嚴(yán)苛，北京地區(qū)的典型富水砂卵石地層更是對地下工程的施工提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1]。砂卵石地層結(jié)構(gòu)松散、無膠結(jié)、滲透性好、自穩(wěn)能力差，在有水情況下極易發(fā)生坍塌[2]。CRD（交叉中隔墻）法是淺埋暗挖法的一種主要施工技術(shù)，各洞室初支封閉成環(huán)快、整體受力體系完整、穩(wěn)定性高，在控制早期地層沉降效果方面表現(xiàn)優(yōu)良，但也存在工藝復(fù)雜、開挖洞室多，結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換頻繁、作業(yè)條件差、進(jìn)度慢等缺點[3～4]。深孔注漿作為一種淺埋暗挖施工的輔助措施，在確保隧道圍巖穩(wěn)定、控制地表沉降量、止水等方面作用明顯[5]，采用深孔注漿對地層進(jìn)行加固，在有效改善砂卵石地層力學(xué)性能的同時，還具有一定的止水加固能力，加強(qiáng)土體的自穩(wěn)性，能夠有效地克服CRD工法的部分缺點，保證隧道暗挖施工安全[6～8]。

1 工程概況

北京地鐵十六號線某新建車站附屬風(fēng)道結(jié)構(gòu)受地面條件限制，設(shè)置2座臨時施工豎井：新風(fēng)井與排風(fēng)井。兩座豎井均采用倒掛井壁法施工，井壁開啟馬頭門施工橫通道，橫通道與風(fēng)道正線暗挖通道垂直相交。新風(fēng)井橫通道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)為五層十導(dǎo)洞，排風(fēng)井橫通道為兩層四導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)。風(fēng)道正線為三層單跨框架結(jié)構(gòu)，覆土厚度13.6 m，采用八導(dǎo)洞CRD法施工，風(fēng)道主體結(jié)構(gòu)分別與左線暗挖區(qū)間、暗挖車站相連通。見圖1。

圖1 工程結(jié)構(gòu)剖面

1.1 設(shè)計概況

兩座施工豎井平面結(jié)構(gòu)尺寸相同，內(nèi)凈空長×寬=8.1 m×3.9 m，新風(fēng)井深33.3 m，用于風(fēng)道主體結(jié)構(gòu)及部分暗挖區(qū)間的施作，排風(fēng)井深27.3 m，用于排風(fēng)道施作。豎井為臨時結(jié)構(gòu)，承擔(dān)施工期間所有荷載，為加強(qiáng)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在井口設(shè)置鋼筋混凝土鎖扣圈梁。見表1。

表1 豎井初期支護(hù)參數(shù)

兩座施工豎井的橫通道均采用CRD法整體挑高斷面進(jìn)洞。新風(fēng)井橫通道結(jié)構(gòu)長13.8 m、寬6.8 m、高18.6 m，排風(fēng)井豎井橫通道結(jié)構(gòu)長6.6 m、寬6.8 m、高6.9 m；風(fēng)道正線結(jié)構(gòu)長約60 m、寬6.3 m、高14.4 m。見表2。

表2 CRD法通道初期支護(hù)參數(shù)

1.2 水文地質(zhì)

工程主要穿越卵石、礫巖、泥巖層，工程范圍地下水為潛水，該含水層主要接收大氣降水和側(cè)向徑流補給，以側(cè)向徑流的方式排泄。

開挖圍巖屬強(qiáng)風(fēng)化砂礫巖，局部裂隙發(fā)育，存在透水性，周邊地下水資源豐富，流動性強(qiáng)。水位25.41～26.69m，埋深17.40～19.05 m。受周邊地面環(huán)境限制，風(fēng)道結(jié)構(gòu)地下降水無法與車站管井降水形成封閉圍降，采用注漿止水加固。

2 施工方案

2.1 總體施工步序

風(fēng)道結(jié)構(gòu)的施工主要包括施工豎井、豎井橫通道及風(fēng)道正線3部分，共6步。見圖2。

圖2 工程施工步序

第1步：倒掛井壁法開挖新風(fēng)井基坑。

第2步：由井壁依次開啟新風(fēng)井橫通道馬頭門，采用CRD法施工五層十導(dǎo)洞暗挖通道初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。

第3步：橫通道南側(cè)側(cè)壁垂直開啟馬頭門，采用CRD法施工四層八導(dǎo)洞南段風(fēng)道正線初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。

第4步：橫通道北側(cè)壁開啟馬頭門，施工北段風(fēng)道正線初期支護(hù)結(jié)構(gòu)。

第5步：依次施工南北段風(fēng)道正線、新風(fēng)井橫通道及新風(fēng)井二襯結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度后采用倒掛井壁法施工排風(fēng)井。

第6步：由井壁開啟馬頭門，施工排風(fēng)井橫通道，施工剩余部分二襯結(jié)構(gòu)。

2.2 豎井施工工序

豎井鎖口圈梁為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計要求后安裝垂直提升設(shè)備，采用倒掛井壁法開挖豎井基坑。土方開挖遵循分區(qū)、分層原則，每區(qū)施工時先開挖中部土體，在鄰近井壁四周暫時預(yù)留≮0.5 m的臺階，待中部土體開挖完成后再開挖預(yù)留臺階及初支輪廓部位土體，盡量縮短井壁的懸空時間，避免產(chǎn)生較大沉降，嚴(yán)禁將井底全部挖空。豎井開挖至設(shè)計標(biāo)高后進(jìn)行基底驗槽，豎井封底前先澆筑一層50 mm厚C20混凝土墊層，架設(shè)格柵鋼架，安裝連接筋，噴射混凝土。

2.3 橫通道施工工序

采用臺階法開挖，預(yù)留核心土[9]。相鄰洞室間錯距＞6 m；風(fēng)道正線相鄰洞室間錯距10～15 m。見圖3。

圖3 新風(fēng)井暗挖通道施工步序

開挖至馬頭門下三榀格柵位置后，采用100 mm厚C20網(wǎng)噴混凝進(jìn)行臨時封底，在馬頭門拱部打設(shè)雙排小導(dǎo)管對土體進(jìn)行超前注漿加固，馬頭門破除后連立三榀通道格柵鋼架，格柵鋼架主筋與被截斷的鋼架主筋焊接牢固。

為提高初期支護(hù)的剛度，保證順利進(jìn)洞開挖，在豎井橫通道進(jìn)入風(fēng)道正線暗挖通道的馬頭門部位設(shè)置門式鋼架，采用工22a型鋼焊接而成，焊縫高度8 mm，焊縫質(zhì)量等級二級。鋼架隨橫通道各層馬頭門的開啟分別架設(shè)，與馬頭門格柵鋼架焊接牢固，鋼架與導(dǎo)洞初期支護(hù)之間的孔隙填充C20細(xì)石混凝土并振搗密實。見圖4。

圖4 馬頭門門框梁

為避免暗挖導(dǎo)洞拱腳不密實的問題，在每榀鋼架拱腳打設(shè)?25 mm@2.75 mm，長3 m的鎖腳錨管進(jìn)行填充注漿加固，保證導(dǎo)洞基底承載力[10]。

3 注漿止水加固方案

注漿止水范圍隨工程各部位的施工分段進(jìn)行，主要包括：兩座豎井開挖過程中的注漿止水、新風(fēng)井橫通道注漿止水、風(fēng)道正線南北段注漿止水、排風(fēng)井通道剩余部位的注漿止水。見圖5。

圖5 注漿止水范圍

新風(fēng)井及其橫通道與風(fēng)道正線南段的地下水埋深約為18 m，注漿止水設(shè)計為高程23.53～26.7 m，注漿壓力0.8～1.0 MPa。

進(jìn)行北段正線施工時，地下水埋深較南端實測上升約2 m，現(xiàn)場按照原設(shè)計注漿止水范圍實施后，地下水位線以下未注漿的風(fēng)道正線第二層導(dǎo)洞掌子面出現(xiàn)大面積的滲水，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣，暗挖施工風(fēng)險增大。因此北段正線、排風(fēng)井及其橫通道的止水范圍擴(kuò)大至高程19.37～26.7 m，注漿壓力調(diào)整為0.2～0.8 MPa。

注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，加固后地層無側(cè)限抗壓強(qiáng)度為1.0 MPa，滲透系數(shù)≤1.0×10-7cm/s。每段注漿前設(shè)置試驗段，注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場地層情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，必要時可添加調(diào)節(jié)漿液凝結(jié)時間和可注性的外加劑。

3.1 深孔注漿工藝

深孔注漿采用二重管鉆機(jī)后退式注漿工藝。二重管鉆機(jī)適鉆桿為特制二重管，鉆桿頭部位有混合器，在鉆進(jìn)至設(shè)計位置后，利用鉆桿實施注漿，可以實現(xiàn)較長距離注漿。在遇到卵石的情況下可直接鉆孔穿過，出現(xiàn)塌孔時可直接進(jìn)行注漿加固，保證止水加固效果。見圖6。

圖6 注漿工藝流程

3.2 豎井注漿止水

豎井與橫通道在開挖過程中進(jìn)行超前探測，在非注漿止水段發(fā)現(xiàn)地層含水量較大時應(yīng)立即封閉掌子面，打設(shè)導(dǎo)管進(jìn)行注漿堵水和地層加固，注漿壓力0.2～0.5 MPa，注漿后強(qiáng)度需達(dá)到0.7 MPa。

注漿止水前對豎井進(jìn)行臨時封底，設(shè)置0.3 m厚C20止?jié){墻，距離井壁四周環(huán)向2 m范圍內(nèi)垂直向下打設(shè)長度為1.5 m的?22 mm加強(qiáng)鋼筋，間距為0.5 m×0.5 m。豎井注漿范圍為開挖輪廓線外2 m，輪廓線內(nèi)0.5 m，每孔打設(shè)5根?42 mm導(dǎo)管，每孔擴(kuò)散半徑0.5m，環(huán)向注漿咬合0.3 m。見圖7。

圖7 1-1斷面注漿范圍

3.3 橫通道注漿止水

新風(fēng)井橫通道的注漿止水分兩段，兩段之間搭接2 m，每段注漿前設(shè)置0.3 m厚C20噴射混凝土止?jié){墻，止?jié){墻設(shè)雙層?6 mm@150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)，沿通道初支側(cè)壁及拱頂環(huán)向2 m范圍內(nèi)水平向土體打設(shè)長度為1.5 m的?22 mm加強(qiáng)鋼筋，間距0.5 m×0.5 m。見圖8。

圖8 2-2斷面注漿范圍

排風(fēng)井、風(fēng)道正線止水注漿范圍已基本涵蓋排風(fēng)井橫通道，僅對剩余連接處進(jìn)行注漿止水，封閉風(fēng)道結(jié)構(gòu)外側(cè)止水帷幕。見圖9。

圖9 3-3斷面注漿范圍

拱部深孔注漿加固范圍內(nèi)的超前小導(dǎo)管取消打設(shè)，通道開挖后需及時進(jìn)行初支背后注漿，嚴(yán)格控制注漿壓力，必要時進(jìn)行多次補漿，漿液采用水泥漿或水泥砂漿。

3.4 正線注漿止水

風(fēng)道正線南段長度為39.4 m，共進(jìn)行三次注漿，長度分別為12、14、12.05 m，每段之間及端頭部位設(shè)置2 m厚分隔墻，止?jié){墻結(jié)合分隔墻進(jìn)行設(shè)置。見圖10。

圖10 風(fēng)道正線南段注漿范圍

風(fēng)道正線北段長度為14.4 m，共進(jìn)行兩次注漿，長度分別為8.28、10.625 m，每段之間及端頭部位設(shè)置2 m厚分隔墻。見圖11。

圖11 風(fēng)道正線北段注漿范圍

3.5 注漿質(zhì)量控制

1）鉆孔質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)每個注漿孔位置、每環(huán)注漿管末端距注漿口垂直高度及注漿擴(kuò)散范圍確定鉆桿角度、鉆孔長度及鉆桿偏移角度。鉆機(jī)就位后通過調(diào)整鉆桿豎向角度及鉆機(jī)水平方向確定鉆孔角度。對準(zhǔn)孔位后，鉆機(jī)不得移位。見表3。

表3 鉆孔質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)

2）單根注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。注漿過程中，壓力逐漸升高，流量逐漸減少，當(dāng)壓力達(dá)到注漿終壓，注漿量達(dá)到設(shè)計注漿量80%以上；注漿壓力未達(dá)到設(shè)計終壓，但注漿量已達(dá)到設(shè)計注漿量，無漏漿。

3）設(shè)計注漿段注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。所有注漿孔均達(dá)到注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，無漏注現(xiàn)象。

4）注漿質(zhì)量檢驗點數(shù)量為總孔數(shù)的2%，不應(yīng)少于3個。當(dāng)檢驗點合格率≤80%或雖＞80%，但檢驗點的平均值達(dá)不到強(qiáng)度或防滲的設(shè)計要求時，應(yīng)對不合格的注漿區(qū)實施重復(fù)注漿。

4 實施效果

風(fēng)道正線主體結(jié)構(gòu)已施工完成，現(xiàn)場開挖情況的統(tǒng)計顯示，結(jié)構(gòu)拱部砂卵石層漿脈明顯，漿液易堆積成塊，掌子面較為穩(wěn)定，涌水情況得到顯著改善。風(fēng)道結(jié)構(gòu)中線上方地表測點沉降隨施工進(jìn)度的變化情況整體呈下沉趨勢，最大沉降為-17.94 cm。

深孔注漿會對地層產(chǎn)生擾動，地面出現(xiàn)了不同程度隆起，其中最大隆起約4.5 mm。在注漿施工中，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測情況動態(tài)調(diào)整注漿壓力，嚴(yán)格控制注漿深度，均衡控制前期地層抬升和后期開挖引起的沉降。

5 結(jié)語

工程的成功實踐表明在富水砂卵石地層進(jìn)行深孔注漿可以有效地對暗挖通道周邊地層進(jìn)行止水加固，保證地下施工作業(yè)人員以及周邊既有建（構(gòu)）筑物安全。注漿范圍、孔位布置、注漿壓力等注漿參數(shù)的設(shè)計需要結(jié)合工程結(jié)構(gòu)特點及地質(zhì)條件進(jìn)行并根據(jù)掌子面開挖情況、地層水位變化等具體情況進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

相較于傳統(tǒng)的管井降水，深孔注漿可以有效減弱因長期抽排地下水而導(dǎo)致的地層沉降，避免出現(xiàn)地層空洞。洞內(nèi)注漿施工不占用地面場地，不影響地面交通以及既有設(shè)施的正常運行，具有一定的推廣價值。但同時深孔注漿施工具有操作難度大，不能與暗挖施工同步進(jìn)行的缺點，因此在實際施工中需要提前做好規(guī)劃，合理安排工籌。