常 杰
(中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司 北京 101400)
隨著我國(guó)城市軌道交通的快速發(fā)展,越來(lái)越多的城市加快了地鐵建設(shè)步伐,以解決日漸凸顯的交通擁擠問(wèn)題[1]。在河流眾多的南方城市修建地鐵,不僅水文地質(zhì)條件復(fù)雜,線路往往還要下穿河道,有時(shí)還會(huì)遭遇已建橋梁的墩臺(tái)基礎(chǔ),這些都給地鐵施工帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。
貴陽(yáng)軌道交通2號(hào)線一期15標(biāo)區(qū)間隧道位于貴陽(yáng)市老城區(qū)一環(huán)路內(nèi),為單洞雙線隧道,起訖里程為DK36+300~DK37+300,在DK36+373~DK36+469段下穿南明河、團(tuán)坡橋、河兩側(cè)截污溝及南明河逆斷層,下穿段與南明河正交,全長(zhǎng)96 m。南明河寬35 m,水位距離隧頂10 m(枯水期),枯水期流量為13 m3/s。隧頂距河床最小埋深僅4.5 m,斷層影響寬度約6 m。位于線路正上方的團(tuán)坡橋由中幅改造部分和兩邊拓寬部分組成,總寬45 m。改造部分上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁,拓寬部分上部結(jié)構(gòu)為凈跨35 m的肋拱橋。改造部分的橋墩基礎(chǔ)是在原既有橋墩基礎(chǔ)上加高而成(既有橋墩基礎(chǔ)建于1964年)。南明河兩側(cè)截污溝尺寸為3×3.4 m,溝底距隧頂10 m。地鐵隧道與南明河位置關(guān)系見(jiàn)圖1。
圖1 地鐵隧道與南明河的位置關(guān)系
地鐵結(jié)構(gòu)施工工法有明挖法、暗挖法、盾構(gòu)法等[2]。采用明挖法施工需將南明河導(dǎo)流后分幅施工,河底以下地層主要為中風(fēng)化泥質(zhì)白云巖,機(jī)械開(kāi)挖困難,而爆破作業(yè)對(duì)周邊環(huán)境和建筑物影響較大。盾構(gòu)法主要適用于不穩(wěn)定土層、砂層[3]。由于隧址沿線地層巖溶較發(fā)育,盾構(gòu)掘進(jìn)如遇到溶洞溶腔,應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真論證。暗挖對(duì)不同地質(zhì)情況及周邊環(huán)境應(yīng)采用不同的工程措施及施工方法,同時(shí)可根據(jù)施工監(jiān)控量測(cè)的信息反饋來(lái)驗(yàn)證或修正設(shè)計(jì)和施工工藝。因此地鐵隧道下穿南明河段采用暗挖法施工。
根據(jù)下穿段隧址的地質(zhì)、水文及周邊建筑物情況,采用暗挖法需要解決兩大難題。
(1)水流滲透
南明河常年有水,河水與地下水系連通,同時(shí)河床下地質(zhì)情況為中等巖溶發(fā)育,有溶洞及溶腔存在,經(jīng)河水滲透可能留下聚集水囊。下穿段施工受河水及地下水補(bǔ)給,滲水量將大幅增加。若遇到充填型溶洞、溶腔,則容易發(fā)生涌水、涌泥及塌方。若打通河流下滲通道,則有可能引起河水倒灌隧道甚至河床沉陷,引發(fā)嚴(yán)重后果[4]。
(2)地層沉降
下穿段鄰近結(jié)構(gòu)物主要有南明河兩側(cè)截污溝及團(tuán)坡橋。暗挖法施工引起地層的位移會(huì)降低已有結(jié)構(gòu)的承載力,易造成河床、截污溝變形過(guò)大,產(chǎn)生裂縫,甚至沉陷、斷裂。河床裂縫、沉陷及截污溝斷裂繼而引發(fā)水患。團(tuán)坡橋水中基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ),拓寬部分上部結(jié)構(gòu)為拱橋,對(duì)基礎(chǔ)穩(wěn)定性要求更高。暗挖施工會(huì)引起附加變形及差異沉降,當(dāng)變形過(guò)大時(shí)將危及橋梁的安全和正常運(yùn)營(yíng)[5]。
地鐵隧道穿越跨河橋梁段施工以“淺埋暗挖法”基本原理為依據(jù),在洞外采取河床清淤回填、施作水平隔水層等控制措施,在洞內(nèi)采取全斷面帷幕注漿、超前管棚支護(hù)、懸臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)、二襯缺陷預(yù)控、監(jiān)控量測(cè)等控制措施,確保施工期間南明河無(wú)污染、無(wú)滲漏,團(tuán)坡橋零沉降。
(1)下穿段河床預(yù)加固技術(shù)
下穿河流段應(yīng)選擇旱季施工,保證上游河流來(lái)水量最少[6]。在河道上、下游堆碼由砂礫石與黏土混合裝填的土袋,形成擋水圍堰對(duì)河道進(jìn)行導(dǎo)流。先施工南岸側(cè)圍堰,進(jìn)行南岸河底低洼處淤泥、雜物清理,采用素混凝土回填至河床底。施工完畢后再進(jìn)行北岸側(cè)圍堰施工及河底低洼處處理。
(2)水平隔水層施工技術(shù)
圍堰內(nèi)河床低洼處處理完畢后,施作30 cm厚C30鋼筋混凝土水平隔水層。施工范圍:沿隧道方向長(zhǎng)度35 m,即南明河河面寬度;沿南明河方向長(zhǎng)度60 m,其邊線在隧道開(kāi)挖輪廓線外左右各20 m,見(jiàn)圖2。
圖2 河底鋪砌施工
(3)上臺(tái)階完成全斷面帷幕注漿技術(shù)
由于隧道斷面在開(kāi)挖后寬僅為5.5 m,全斷面帷幕注漿設(shè)備選型較為困難。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況,對(duì)掌子面布孔位置重新設(shè)計(jì),采用上臺(tái)階完成全斷面帷幕注漿施工的方法,解決全斷面帷幕注漿與臺(tái)階法開(kāi)挖相結(jié)合施工周期長(zhǎng)的問(wèn)題。具體做法:將原設(shè)計(jì)上臺(tái)階開(kāi)挖斷面下調(diào)1 m,進(jìn)行上臺(tái)階開(kāi)挖并對(duì)掌子面進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù);上臺(tái)階臨時(shí)仰拱及止?jié){墻施工;下臺(tái)階開(kāi)挖到位并對(duì)掌子面進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù);下臺(tái)階止?jié){墻施工;在上臺(tái)階上布設(shè)注漿孔,注漿孔間距30 cm,打設(shè)角度8°~48°之間,調(diào)整鉆孔長(zhǎng)度,使其注漿擴(kuò)散半徑及注漿效果不變(見(jiàn)圖3)?,F(xiàn)場(chǎng)采用2臺(tái)HC726型履帶式潛孔鉆,注漿與鉆孔施工同步進(jìn)行。帷幕注漿完成后,阻止了地下水進(jìn)入隧道開(kāi)挖輪廓線范圍,確保隧道在無(wú)水或少水狀態(tài)下開(kāi)挖[7]。
圖3 更改后的全斷面帷幕注漿孔位布置縱剖面
(4)超前管棚導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)技術(shù)
隧道進(jìn)洞大管棚施作采用“跟管”鉆工藝,鉆孔設(shè)備采用志高90潛孔鉆機(jī)。鉆孔前,將孔位由拱腳向拱頂進(jìn)行編號(hào),鉆進(jìn)時(shí)先鉆奇數(shù)孔,待奇數(shù)孔管棚注漿完成后再進(jìn)行偶數(shù)管棚孔鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中,導(dǎo)管隨鉆頭跟進(jìn),導(dǎo)管采用螺旋套絲連接。鉆進(jìn)過(guò)程中用測(cè)斜儀量測(cè)鉆桿鉆進(jìn)的偏斜度,偏斜度超過(guò)設(shè)計(jì)要求時(shí)及時(shí)糾正[8]。
管棚鉆進(jìn)完成后,安裝由4根φ22 mm主筋和固定環(huán)組成的鋼筋籠。在管棚尾部安裝加工好的止?jié){閥后,采用全孔壓入方式向管棚內(nèi)注漿。
(5)懸臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工技術(shù)
全斷面帷幕注漿及超前大管棚施工完成后,懸臂式掘進(jìn)機(jī)就位。本工程選用(徐工EBZ260)懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)施工,對(duì)欠挖部位采用挖掘機(jī)配合修邊[9]。施工時(shí)掘進(jìn)機(jī)先駛?cè)胨淼酪活^,利用切割部在隧道掌子面進(jìn)行上臺(tái)階切削掘進(jìn),切削下來(lái)的渣土形成后續(xù)開(kāi)挖工作平臺(tái)。掘進(jìn)完成后,安裝上臺(tái)階拱部鋼架,噴混凝土完成拱部初期支護(hù)。切割部在隧道掌子面進(jìn)行下臺(tái)階切削掘進(jìn),施作隧道仰拱,初期支護(hù)成環(huán),并及時(shí)跟進(jìn)二次襯砌。
每次掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺為兩榀鋼架(1.0~1.6 m),帷幕注漿段懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖進(jìn)尺≤1 m[10],一榀一支護(hù)。切削下來(lái)的渣土直接由“第一運(yùn)輸機(jī)”輸送至掘進(jìn)機(jī)后方,再用挖掘機(jī)裝入運(yùn)渣車運(yùn)至豎井后垂直提升到場(chǎng)內(nèi)臨時(shí)存渣區(qū)[11]。仰拱部分采用挖掘機(jī)開(kāi)挖,滯后掌子面距離為14 m。施工方式見(jiàn)圖4。
圖4 掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工示意
(6)二襯缺陷預(yù)控技術(shù)
為減少隧道二襯施工出現(xiàn)厚度不足、脫空等缺陷,施工中除加強(qiáng)人工觀察外,還采用了液位繼電報(bào)警器進(jìn)行了預(yù)控。具體做法:①沿隧道線路中心拱頂、拱腰處防水板上密貼布設(shè)4組接觸線(采用爆破線),每組2根。②連接液位繼電報(bào)警器,將接觸線與液位繼電報(bào)警器相連。連接后液位繼電報(bào)警器上顯示為紅燈亮。③當(dāng)二襯混凝土沖頂時(shí),混凝土接觸到接觸線兩個(gè)端頭,與報(bào)警器形成閉合電路,報(bào)警器上顯示為綠燈亮;相反,當(dāng)混凝土沖頂未澆筑飽滿時(shí),未形成閉合電路,報(bào)警器上顯示為紅燈亮。由此避免了二襯混凝土厚度不足、脫空等缺陷。
(7)監(jiān)控量測(cè)技術(shù)
在隧道洞身支護(hù)完成后,尤其是在仰拱施工完畢,噴錨支護(hù)已閉合成環(huán)后,及時(shí)進(jìn)行全斷面監(jiān)控量測(cè)。隧道監(jiān)控量測(cè)必測(cè)項(xiàng)目為初期支護(hù)狀況觀測(cè)、地表沉降觀測(cè)、團(tuán)坡橋豎向及水平位移觀測(cè)、團(tuán)坡橋傾斜觀測(cè)、洞內(nèi)水平收斂及拱頂位移。
鑒于隧道施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)點(diǎn)經(jīng)常被損壞,通過(guò)多次試驗(yàn),在監(jiān)測(cè)板上采用特殊膠粘貼反光片,并在四邊采用螺栓固定,防止反光片遇潮脫落。通過(guò)封閉彈條控制實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài),即測(cè)量狀態(tài)及防污染折疊狀態(tài),滿足現(xiàn)場(chǎng)多種監(jiān)測(cè)需要,見(jiàn)圖5。
圖5 采用裝配式監(jiān)測(cè)點(diǎn)替代反光片
(1)地鐵隧道暗挖下穿段前,對(duì)河道進(jìn)行半幅圍堰導(dǎo)流,并對(duì)河底淤泥、雜物進(jìn)行清理,采用素混凝土回填至河床底。素混凝土與原河床下土體成為整體,保證了原覆土層土壓力的穩(wěn)定,同時(shí)統(tǒng)一了隧頂覆土層厚度。
(2)對(duì)地鐵隧道下穿段河底施作水平隔水層,切斷地表水與地下水聯(lián)系通道,阻擋河水涌入隧道,為洞內(nèi)無(wú)水作業(yè)創(chuàng)造了初步條件,在后續(xù)注漿施工時(shí)有效防止了漿液外泄。
(3)沿開(kāi)挖輪廓線和開(kāi)挖工作面進(jìn)行全斷面帷幕注漿,使?jié){液在開(kāi)挖輪廓線外一定范圍內(nèi)形成一定厚度的隔水帷幕和加強(qiáng)圈。
(4)隧道開(kāi)挖前,采用超長(zhǎng)管棚對(duì)隧道拱頂部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固,確保拱頂?shù)姆€(wěn)定性。
(5)懸臂式掘進(jìn)機(jī)臺(tái)階法開(kāi)挖可減小對(duì)圍巖及橋梁基礎(chǔ)的擾動(dòng),使地層沉降得到有效控制,同時(shí)懸臂式掘進(jìn)機(jī)可同步進(jìn)行掘進(jìn)和渣土裝運(yùn),大大提高了淺埋巖溶隧道的掘進(jìn)速度[11-12]。
(6)利用液位繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道襯砌混凝土拱頂空洞監(jiān)測(cè),有效解決了二次襯砌背后出現(xiàn)空洞的技術(shù)難題,消除了隧道在施工階段和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的縱向不均勻沉降。
(7)在隧道施工過(guò)程中,采用可折疊的裝配式監(jiān)測(cè)點(diǎn),提高了監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)效率。
通過(guò)采用上述一系列措施確保了南明河無(wú)污染、團(tuán)坡橋零沉降,順利完成了下穿段施工任務(wù),取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效應(yīng)。