淺埋暗挖綜合管廊下穿城市主干道超前加固技術(shù)

姜世超

(中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100023)

城市地下管廊是通過(guò)通信、供水、中水、熱力、真空管道等多種媒介，在同一空間內(nèi)形成一個(gè)現(xiàn)代化、集中化、科學(xué)化的城市地下空間建筑[2]。它能有效解決城市發(fā)展中各種管線維護(hù)和擴(kuò)建所帶來(lái)的“拉鏈路”問(wèn)題[3]。

為了保證地面道路及地下管線正常運(yùn)行，北京城市副中心城市干線綜合管廊采用“初支聯(lián)立二襯獨(dú)立法”暗挖法施工。該工程地下土層松散、自穩(wěn)能力差，施工中易對(duì)地面道路、管線的沉降產(chǎn)生影響，通過(guò)采用合理開(kāi)挖及初期支護(hù)施工方法，同時(shí)在施工過(guò)程中對(duì)穿越城市主干道路段的土體采取有效加固措施并且針對(duì)上部道路實(shí)時(shí)進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)指導(dǎo)暗挖施工技術(shù)方案調(diào)整，保證施工安全及地面道路及管線沉降變形處于正常控制范圍。

1 工程概況

北京城市副中心城市干線綜合管廊下穿既有玉帶河大街，采用淺埋暗挖法施工。暗挖段管廊長(zhǎng)度為56.34m，從兩側(cè)明挖段對(duì)向施工。暗挖段斷面為四倉(cāng)結(jié)構(gòu)，分為燃?xì)鈧}(cāng)、水信倉(cāng)、電力倉(cāng)和能源倉(cāng)（圖1）。入廊管線包括燃?xì)夤芫€(DN300mm)、給水（DN800mm)、再生水（DN400mm)、氣力垃圾管（DN500)、電力（110kV 及10kV 電纜）、地埋管（DN600mm)，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)如表1 所示。

表1 環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)工程情況匯總表

圖1 暗挖結(jié)構(gòu)拱頂斷面示意圖

暗挖段結(jié)構(gòu)頂拱主要位于粉質(zhì)粘土②1 層，結(jié)構(gòu)主要穿越地層主要為粉細(xì)砂③層，結(jié)構(gòu)持力層主要位于粉細(xì)砂③層及粉細(xì)砂④1 層。根據(jù)地勘報(bào)告，本工程地下水潛水水位標(biāo)高為10.53m，位于結(jié)構(gòu)拱頂以上。

2 工程難點(diǎn)

1）暗挖結(jié)構(gòu)上方有多條市政管線橫跨，暗挖結(jié)構(gòu)與管線十分接近，實(shí)際施工時(shí)管廊初支結(jié)構(gòu)密貼熱力管溝底施工，如何控制管線結(jié)構(gòu)及道路沉降嚴(yán)重制約暗挖結(jié)構(gòu)施工。

2）暗挖支護(hù)結(jié)構(gòu)斷面跨度及寬度在同類施工中較大，開(kāi)挖步序多，且暗挖結(jié)構(gòu)從拱頂結(jié)構(gòu)斷面漸變?yōu)槠巾敂嗝娲嬖谵D(zhuǎn)化難度大的難題，如何有效控制結(jié)構(gòu)斷面轉(zhuǎn)換工序嚴(yán)重制約暗挖結(jié)構(gòu)施工。

3 超前加固施工技術(shù)

管廊主要位于細(xì)砂、粉砂層，土體自穩(wěn)性差，開(kāi)挖極易造成水土流失及坍塌。根據(jù)已施工的臨近基坑水位在明開(kāi)底板以下1m，考慮暗挖管道廊道的縱向坡度，底板局部處于水層，通廊縱向不具備打設(shè)降水井條件，故需對(duì)隧道周邊地段進(jìn)行注漿止水。注漿止水后，必須按照設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行超前注漿[4]。

3.1 注漿止水及加固范圍

為保證無(wú)水作業(yè)，確保施工安全，需增加弧形底板注漿，隧道范圍內(nèi)擬采用全斷面深孔注漿的施工方法。根據(jù)隧道注漿擴(kuò)散半徑計(jì)算，隧道注漿孔間距50cm，隧道內(nèi)注漿止水范圍按照隧道一襯外擴(kuò)3m 計(jì)算[5]，注漿注入順序?yàn)閺纳现料逻M(jìn)行施工。

3.2 全斷面注漿施工

3.2.1 封閉掌子面

施工前采用鋼筋網(wǎng)片+C25 噴射混凝土封閉掌子面。在掌子面上打入不少于1.5m 間距1.0m的?25 鋼筋錨桿，打入角度為斜下方15°，外露25cm。在錨桿上方安放雙層?6＠150×150mm鋼筋網(wǎng)片，間距120mm，留置40mm 厚保護(hù)層，形成鋼筋骨架形成鋼筋骨架后，噴射200mmC25混凝土。待掌子面混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后方可進(jìn)行超前隧道全斷面注漿。

3.2.2 鉆孔布置

如圖2 所示，在鉆孔過(guò)程中先上后下，先外后內(nèi)，布孔間距600mm，注漿采用后退式分段注漿。鉆孔施工按照上下臺(tái)階拉開(kāi)4m 距離，每循環(huán)進(jìn)尺結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況北向南劃分（7+12+9+9)m 4 個(gè)注漿段，由南向北施工段為（7+10.1）m 兩個(gè)注漿段，后序注漿段預(yù)留2m 已注漿段作為止?jié){盤(pán)。

圖2 鉆孔布置圖

3.2.3 漿液配制

在施工過(guò)程中采用雙重管A（磷酸+水玻璃）+B（水泥漿+水玻璃）無(wú)收縮雙液注漿工法[6]。采用二重管鉆機(jī)鉆孔至預(yù)定深度后注漿，兩種漿液通過(guò)二重管端頭的漿液混合器充分混合[7]。對(duì)隧道開(kāi)挖面外側(cè)加固將采用外擴(kuò)角度進(jìn)行鉆孔，對(duì)開(kāi)挖面采用水平鉆桿注漿法施工（即鉆桿回抽法）。根據(jù)隧道穿越不穩(wěn)定土層自上向下為細(xì)砂、中砂的特點(diǎn)，對(duì)隧道全部斷面進(jìn)行注漿處理土體。

3.2.4 注漿

隧洞拱頂、兩側(cè)及底板按照8°～10°采用鉆桿（根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定），采用?42 注漿管，注漿壓力為0.8～1.2MPa。隧道注漿止水范圍按照初期支護(hù)外擴(kuò)3m計(jì)算。漿液配比可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況調(diào)整。注漿順序從上往下注漿。根據(jù)注漿壓力變化，判斷注漿是否達(dá)到要求，從而保證注漿止水效果。注漿施工后，待土體達(dá)到一定強(qiáng)度后，方可開(kāi)挖隧道掌子面。每次注漿前，用噴射混凝土封閉掌子面，注漿施工結(jié)束后再進(jìn)行隧道開(kāi)挖[8]。

4 監(jiān)控量測(cè)及分析

因淺埋暗挖結(jié)構(gòu)周圍地層容易失穩(wěn)，結(jié)構(gòu)上有雨水、熱力等多種管線，為了保證地面道路及地下市政管線正常運(yùn)行，必須加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)。其中，為保證指正管線、地表道路交通安全，重點(diǎn)進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)。

4.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)及風(fēng)險(xiǎn)控制方法

采用精密電子水準(zhǔn)儀進(jìn)行地表沉降觀測(cè)。沿暗挖段軸線方向布設(shè)量測(cè)點(diǎn)，在地下工程施工影響范圍處設(shè)置路面沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)道路實(shí)際情況擬布設(shè)10 排道路測(cè)點(diǎn)（每排3 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位），布設(shè)間距為5m，確保對(duì)地表沉降進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，地表沉降控制值為15mm。

風(fēng)險(xiǎn)控制采用雙控指標(biāo)，即實(shí)測(cè)絕對(duì)值和速率值[9]。設(shè)定F=實(shí)測(cè)值/控制標(biāo)準(zhǔn)值（表2）。

表2 風(fēng)險(xiǎn)控制情況表

4.2 地表沉降對(duì)比效果分析

為了全面研究小導(dǎo)管注漿及全斷面注漿止水加固對(duì)地面沉降的影響，收集開(kāi)挖長(zhǎng)度為：5m、10m、15m、20m、25m、30m、35m、40m、45m、50m 時(shí)地表沉降變形數(shù)據(jù)，本文以暗挖支護(hù)結(jié)構(gòu)中線正上方的10 個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行說(shuō)明，對(duì)地表沉降模擬數(shù)據(jù)與實(shí)際數(shù)據(jù)對(duì)比如圖3所示。

圖3 最大地表沉降對(duì)比曲線圖

由圖3 可以看出，在模擬小導(dǎo)管注漿條件下，隨著開(kāi)挖支護(hù)長(zhǎng)度的增加，地表沉降增大。當(dāng)開(kāi)挖長(zhǎng)度達(dá)到30m（熱管結(jié)構(gòu)內(nèi)段）時(shí)，最大累積沉降量為59.90mm。采用全斷面注漿止水加固，開(kāi)挖面長(zhǎng)度增加引起的地表沉降增大。當(dāng)開(kāi)挖長(zhǎng)度達(dá)到30m（熱管結(jié)構(gòu)內(nèi)段）時(shí)，累計(jì)最大沉降量為15mm。

5 結(jié)語(yǔ)

在穿越風(fēng)險(xiǎn)源區(qū)域暗挖支護(hù)結(jié)構(gòu)采用全斷面注漿止水加固比小導(dǎo)管注漿加固地層，未超過(guò)15mm 限值的監(jiān)測(cè)沉降控制值，加固效果突出，有效的減小了地表沉降量瞬時(shí)增量，成為控制地表及管線結(jié)構(gòu)沉降的重要施工工序，為后續(xù)施工提供作業(yè)空間、時(shí)間，有效保障了地面道路和市政管線的正常運(yùn)行。