基于地鐵隧道輪廓線內(nèi)的樁基處理方案對(duì)比分析

袁戰(zhàn)會(huì)

（中鐵二十局集團(tuán)有限公司，西安 710016）

1 工程案例

1.1 工程概況

成都軌道交通17 號(hào)線二仙站位于成華區(qū)沿二仙橋北路東西方向，呈一定角度布置，與既有7 號(hào)線二仙橋站沿中環(huán)路南北方向布置斜交站廳換乘，7 號(hào)線二仙橋站為地下2 層站，17 號(hào)線二仙橋站為地下3 層站，在位于中環(huán)路處小里程端為盾構(gòu)始發(fā)，下穿既有7 號(hào)線車(chē)站底板[1]。

1.2 位置關(guān)系

踏水橋站—二仙橋站區(qū)間隧道下穿既有7 號(hào)線二仙橋站主體及圍護(hù)結(jié)構(gòu)[2]，隧道范圍內(nèi)存在16 根φ1 200@2 000 鋼筋混凝土圍護(hù)樁以及4 根φ800 mm 臨時(shí)立柱樁，7 號(hào)線二仙橋站中環(huán)路進(jìn)城方向圍護(hù)樁侵入隧道最大長(zhǎng)度1.7 m，左右線隧道各3 根，中環(huán)路出城方向圍護(hù)樁侵入隧道最大長(zhǎng)度3.1 m，左右線隧道各5 根，7 號(hào)線二仙橋站跨中底板以下存臨時(shí)立柱樁侵入隧道最大長(zhǎng)度5.1 m，其中臨時(shí)立柱樁中型鋼格構(gòu)柱侵入隧道最大長(zhǎng)度1.2 m，左右線隧道各2 根。隧道與車(chē)站相對(duì)關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 礦山法隧道與既有7 號(hào)線二仙橋站典型剖面關(guān)系圖

踏水橋站—二仙橋站區(qū)間隧道距7 號(hào)線車(chē)站底板最小豎向凈距約1.5 m。與中環(huán)路處蜀龍路跨線橋A 匝道6A 橋樁凈距8 cm。區(qū)間隧道與7 號(hào)線圍護(hù)樁平面位置關(guān)系見(jiàn)圖2。

圖2 區(qū)間隧道與7 號(hào)線圍護(hù)樁平面位置關(guān)系

1.3 水位地質(zhì)

從17 號(hào)線二仙橋站端頭基坑開(kāi)挖地質(zhì)揭露顯示從上往下依次為<1-2>雜填土，埋深0.3～3 m；<3-2-3>粉質(zhì)黏土，埋深3～8.6 m；<3-8-1>稍密卵石土，埋深8.6～11 m；<3-8-2>中密卵石土，埋深11～15.5 m；<3-4-4>卵石夾砂層，埋深15.5～19 m；<3-8-3>密實(shí)卵石土，埋深19～24.3 m；<5-1-2>強(qiáng)風(fēng)化泥巖，埋深24.3～26.8 m；<5-1-3>中風(fēng)化泥巖埋深26.8～31 m，區(qū)間隧道斷面位于泥巖卵石土交界處。

1.4 管線情況

17 號(hào)線二仙橋站端頭管線主要有DN159 mm 燃?xì)夤?，鋼管，管底距區(qū)間隧道拱頂18 m；DN700 mm 雨水管，混凝土管，管底距區(qū)間隧道拱頂17.2 m；DN600 mm 污水管，混凝土管，管底距區(qū)間隧道拱頂13 m；DN600 mm 給水管，鑄鐵管，管底距區(qū)間隧道拱頂16 m。

2 初步設(shè)計(jì)方案

2.1 方案概述

首先對(duì)既有暗挖隧道上方進(jìn)行卸土，減小開(kāi)挖過(guò)程中土體自重對(duì)既有線存在的影響，然后從7 號(hào)線小里程端分3 循環(huán)打設(shè)φ194 mm 管棚，第一循環(huán)從二仙橋站小里程端頭打設(shè)，第二循環(huán)從臨近既有7 號(hào)線二仙橋站東側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)位置從隧道內(nèi)的管棚工作室打設(shè)，第三循環(huán)在隧道通過(guò)二仙橋站西側(cè)圍護(hù)結(jié)構(gòu)后從隧道內(nèi)的管棚工作室打設(shè)。超前支護(hù)完成后進(jìn)行CRD 法開(kāi)挖、架初支、壁后注漿、破除既有線圍護(hù)樁及臨時(shí)格構(gòu)柱樁，礦山法隧道初支全部施作完成后，立即盾構(gòu)空推通過(guò)礦山法區(qū)段，兩者間隔時(shí)間嚴(yán)格控制，空推過(guò)程中對(duì)管片與礦山法初支的間隙填充豆粒石混凝土，須保證填充密實(shí)。

2.2 存在問(wèn)題及風(fēng)險(xiǎn)分析

1）盾構(gòu)邊推邊拆中隔壁，密閉環(huán)境動(dòng)火切除中隔壁，通過(guò)盾構(gòu)人艙搬運(yùn)，風(fēng)險(xiǎn)較大。

2）管棚分3 段實(shí)施[3]，第一段初支施作時(shí)需在到達(dá)既有線前上抬1 m 實(shí)施洞內(nèi)管棚工作室，開(kāi)挖過(guò)程初支與第一段管棚沖突，須割除，導(dǎo)致第一段管棚長(zhǎng)度最短僅5 m，3 段管棚無(wú)法形成，開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)較大。

3）暗挖實(shí)施前需卸除頂板覆土，既有7 號(hào)線位于中環(huán)路二仙橋西路段，進(jìn)城出城需中斷交通，目前上方匝道橋因二仙橋方案調(diào)整關(guān)停，中斷交通卸土無(wú)法實(shí)施。

4）第一段暗挖上方存較厚砂層，暗挖位于泥巖卵石交界面，上方存DN600 mm 鑄鐵給水管，且上方為進(jìn)城道路，開(kāi)挖存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。

5）隧道開(kāi)挖面位于泥巖及卵石土復(fù)合地層，中環(huán)路進(jìn)城方向存在DN600 mm 鑄鐵給水管、出城方向存DN1 000 mm鑄鐵給水管，且上方為進(jìn)城及地鐵站出入口道路，開(kāi)挖過(guò)程中存在較大安全風(fēng)險(xiǎn)。

6）多層風(fēng)險(xiǎn)疊加，始發(fā)難建壓。暗挖結(jié)束后即開(kāi)始空推始發(fā)，盾構(gòu)區(qū)間始發(fā)段為R450 m 小半徑，隨即下穿7 號(hào)線A 出入口，側(cè)穿陶瓷玻璃廠淺基礎(chǔ)房屋，盾構(gòu)始發(fā)較難建壓，很難保證上方土體不發(fā)生塌陷和沉降。

7）空推拼管片填充豆礫石難以填充密實(shí)，管片易上浮，難以保證隧道成型質(zhì)量。

8）暗挖隧道僅能利用車(chē)站端頭降水井，無(wú)其他部位實(shí)施降水條件，且隧道位于泥巖卵石交界處，只能通過(guò)明排降水。

9）盾構(gòu)始發(fā)處位于DN1 000 mm 給水管處，且始發(fā)處無(wú)加強(qiáng)環(huán)梁，風(fēng)險(xiǎn)較大。

3 方案研究

3.1 方案一：臨時(shí)二襯

增設(shè)450 mm 厚鋼筋混凝土臨時(shí)二襯，將中隔壁和橫撐澆筑進(jìn)二襯中，待二襯混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后再拆撐[4]。盾構(gòu)機(jī)在二襯中空推拼裝管片作為永久結(jié)構(gòu)。

車(chē)站下方礦山法拱頂設(shè)置的超前108 大管棚由0.4 m 間距加密至0.3 m 間距，緩解土體松散。

將礦山法隧道起點(diǎn)由原方案伸出車(chē)站調(diào)整為出車(chē)站西側(cè)圍護(hù)樁位置，長(zhǎng)度減少約14 m（單延米）。盾構(gòu)在進(jìn)洞掘進(jìn)前需要有減壓過(guò)程，地面易產(chǎn)生沉降變形，尤其是C1 出入口變形縫附近有較大風(fēng)險(xiǎn)。因此，在礦山法小里程端頭回填4 m 長(zhǎng)度的C15 低標(biāo)號(hào)素混凝土，使盾構(gòu)機(jī)提前減壓、輔助盾構(gòu)始發(fā)姿態(tài)控制。

3.2 方案二：永久拱形二襯

實(shí)施350 mm 初支+800 mm 二襯，破除既有7 號(hào)線二仙橋車(chē)站兩側(cè)圍護(hù)樁及底板格構(gòu)柱后停止，盾構(gòu)機(jī)采取不拼管片步進(jìn)至礦山法隧道終點(diǎn)始發(fā)。

3.3 方案三：半斷面開(kāi)挖回填+盾構(gòu)掘進(jìn)方案

采用半斷面礦山法暗挖清除既有線圍護(hù)樁及臨時(shí)立柱樁[5]，開(kāi)挖至既有線圍護(hù)樁端頭，暗挖底部采用玻璃纖維筋混凝土板，為避免收斂沉降導(dǎo)致鋼拱架侵入盾構(gòu)掘進(jìn)斷面，礦山法斷面較盾構(gòu)掘進(jìn)斷面拱腳兩側(cè)各增大500 mm，礦山完成后，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分段拆除中隔壁，采用素混凝土回填，直至全部回填完成，且暗挖斷面位于卵石土層中，避開(kāi)泥巖卵石土交界處，最后盾構(gòu)直接正常掘進(jìn)始發(fā)。

4 方案比選

4.1 安全風(fēng)險(xiǎn)

4.1.1 方案一：臨時(shí)二襯

優(yōu)點(diǎn)：（1）采用馬蹄形斷面，采用CRD 法，自然順接，沒(méi)有擴(kuò)挖或變斷面環(huán)節(jié)。拱形斷面受力形式更優(yōu)，二襯為臨時(shí)結(jié)構(gòu)，由強(qiáng)度控制配筋和斷面。（2）臨時(shí)結(jié)構(gòu)無(wú)須考慮耐久性和防水問(wèn)題，可以將中隔壁型鋼和橫撐澆入臨時(shí)二襯中，待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度并且變形穩(wěn)定后，再對(duì)中隔壁和橫撐型鋼進(jìn)行割除。無(wú)縫轉(zhuǎn)換盾構(gòu)機(jī)無(wú)須在車(chē)站下方復(fù)合地層中掘進(jìn)。

缺點(diǎn)：（1）管棚第二循環(huán)需要從車(chē)站底板外向車(chē)站底板打設(shè)管棚，除需要施工管棚工作室外，由于開(kāi)挖斷面距離車(chē)站底板豎向高度約為1 m，對(duì)管棚打設(shè)的精準(zhǔn)度要求較高，并且車(chē)站下方管棚以下的土體在開(kāi)挖時(shí)容易掉落；（2）臨時(shí)二襯與管片之前的空隙需要采用吹填豆礫石填充，注漿時(shí)管片易產(chǎn)生上浮，管片易形成錯(cuò)臺(tái)影響拼裝質(zhì)量，同時(shí)邊掘進(jìn)邊注漿容易導(dǎo)致漿液串至前方包裹盾尾。

4.1.2 方案二：永久拱形二襯

優(yōu)點(diǎn)：（1）采用馬蹄形斷面，采用CRD 法，減小一次開(kāi)挖洞室大小，減小車(chē)站持力層地層損失；（2）無(wú)須拼裝管片，盾構(gòu)機(jī)無(wú)須在車(chē)站下方復(fù)合地層中掘進(jìn)。

缺點(diǎn)：（1）建設(shè)北路市政橋6A 橋樁樁基侵入隧道永久二襯范圍，需調(diào)整樁基托換方案施工時(shí)序，提前施作；（2）相較原方案，增大了礦山法隧道開(kāi)挖跨度，并且拱頂開(kāi)挖輪廓離車(chē)站底板更近，僅為0.7 m，基本不具備施作管棚空間，實(shí)際開(kāi)挖時(shí)，與車(chē)站夾土不易保住，難以形成開(kāi)挖拱形，車(chē)站底板地基土踏空的風(fēng)險(xiǎn)增大，車(chē)站底板結(jié)構(gòu)受損風(fēng)險(xiǎn)增大；（3）中隔壁和橫撐型鋼需澆筑進(jìn)永久二襯中，待達(dá)到混凝土強(qiáng)度后，再將中隔壁和橫撐型鋼割除，留在二襯里的型鋼止水措施較難施作，且易腐蝕，存在耐久性隱患。

4.1.3 方案三：半斷面開(kāi)挖回填+盾構(gòu)掘進(jìn)方案

優(yōu)點(diǎn)：（1）開(kāi)挖斷面小，暗挖斷面減小，能避開(kāi)泥巖卵石交界面，避免降水效果不佳導(dǎo)致開(kāi)挖存在的風(fēng)險(xiǎn)；（2）直接掘進(jìn)避免回填豆礫石引起的一系列豆礫石回填不密實(shí)，管片成型質(zhì)量差，空推吹豆礫石較難等因素；（3）盾構(gòu)很容易建壓，能保證盾構(gòu)穿越7 號(hào)線后進(jìn)入復(fù)合地層的掘進(jìn)帶來(lái)的安全風(fēng)險(xiǎn)。

缺點(diǎn)：（1）中隔壁型鋼拆除較困難；（2）素混凝土回填較難保證回填密實(shí)。

4.2 經(jīng)濟(jì)比選

踏二區(qū)間下穿7 號(hào)線方案經(jīng)濟(jì)比選如表1 所示。

表1 踏二區(qū)間下穿7 號(hào)線方案經(jīng)濟(jì)比選

經(jīng)過(guò)幾個(gè)方案深入的研究，從安全風(fēng)險(xiǎn)，工期，經(jīng)濟(jì)等各方面進(jìn)行比較最終選擇方案三。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)區(qū)間下穿既有運(yùn)營(yíng)線的深入研究，研究了多種工法，多種措施保證了施工安全，同時(shí)也經(jīng)濟(jì)節(jié)約，工期可控，為后續(xù)市政地鐵施工提供了借鑒經(jīng)驗(yàn)。