地鐵線路穿越地裂縫段豎井及橫通道施工工藝研究

劉海江 LIU Hai-jiang

（中煤天津設(shè)計工程有限責(zé)任公司，天津 300131）

1 工程概況

隨著現(xiàn)代經(jīng)濟社會的發(fā)展，我國城市地鐵建設(shè)總里程和建設(shè)速度均位于世界前列，全國省會級城市基本實現(xiàn)了地鐵通行，還有一些非省會級城市地鐵建設(shè)總里程也在逐年提高。在我國西北地區(qū)中心城市西安，地鐵建設(shè)面臨一個挑戰(zhàn)，即地裂縫的構(gòu)造使得地鐵線路不得不穿越其間。地裂縫會隨著時間而不斷發(fā)生三相位移即縱向位移、水平位移、豎向位移，為了解決該難題，西安地鐵線路在穿越地裂縫段時采用暗挖施工，增大隧道斷面尺寸并設(shè)置沉降縫以解決由于地裂縫的沉降對地鐵隧道造成的影響，在暗挖隧道施工前需要進行豎井及橫通道的施工建設(shè)，作為正線暗挖隧道的輔助工法。本文通過地鐵8 號線某暗挖隧道段豎井及橫通的施工方法及施工技術(shù)措施研究如何安全、快速、高效進行施工。

地鐵八號線延平門站～高新一中站區(qū)間豎井及橫通道工程位于西安市雁塔區(qū)，區(qū)間左、右線分建的兩條單線隧道。豎井結(jié)構(gòu)凈尺寸為4.2m×6.9m，開挖尺寸為4.9m×7.6m，井深約26.1m，井口設(shè)置1.2m×1m 鎖口圈梁；豎井與區(qū)間以橫通道相連，橫通道42.2m 長，橫通道凈斷面尺寸4.2m×11.17m，橫通道拱頂覆土約12.40m。豎井采用倒掛井壁法施工，橫通道靠豎井端設(shè)馬頭門。橫通道采用臺階法施工，分為上、中、下三個臺階。

由上到下地層為雜填土、素填土、黃土狀土、古土壤、粉質(zhì)黏土、中砂、粉質(zhì)黏土、中砂。穩(wěn)定水位埋深15-20m，水位位于豎井及橫通道開挖面以上約6m。由于夾砂層含水豐富，開挖施工過程中滲漏水風(fēng)險較大，給施工造成一定困難。豎井周邊高層林立，地下管線較多，滲漏水會造成地層壓縮變形，從而給建筑物及地下管線帶來極大危害。

2 施工工藝

2.1 鎖口圈梁施工流程

按照放線、鎖口圈梁開挖、鋼筋綁扎、模板安裝、混凝土澆筑的順序進行施工。根據(jù)施工圖設(shè)計，鎖口圈梁施工時采用全站儀精確放樣鎖口圈梁開挖線，采用機械破除路面結(jié)構(gòu)層，然后采用人工開挖至設(shè)計圈梁標(biāo)高底，開挖至鎖口圈梁底，人工進行開挖底部撿底、修邊，對基底進行平整夯實。按照設(shè)計高程調(diào)整槽底高程，澆筑5cm 厚砂漿做鎖口圈梁底模找平。首榀鋼架安裝后，基底臨時回填至鎖口圈梁底。鎖口圈梁鋼筋綁扎，同時預(yù)埋井架支撐梁及井架基礎(chǔ)、棧橋基礎(chǔ)地腳螺栓，并預(yù)留初支豎向連接筋甩筋（錨入圈梁大于等于35d=700mm）。首榀格柵鋼架安裝，豎向連接筋上下預(yù)留長度滿足錨固及豎向搭接要求。首榀鋼架中心與圈梁底距離不超過30cm。

2.2 豎井土方開挖及出碴

豎井采用倒掛井壁法施工。鎖口圈梁施工完畢，豎井井身開挖前，豎井土方開挖按先中間后四周、分塊進行錯開施工，每開挖一環(huán)支護一環(huán)，每循環(huán)開挖進尺為一榀鋼架間距，應(yīng)在超前注漿錨管、初支（含對撐、角撐）完成后，并在噴射砼達到要求的強度后方可開挖下一循環(huán)。中間設(shè)置集水坑，集水坑先行施工，然后對稱向井壁擴挖，修邊成形。

2.3 掛網(wǎng)、架立格柵鋼架、角撐、對撐

開挖后，掛外側(cè)鋼筋網(wǎng)并架立鋼格柵。鋼筋網(wǎng)片采用?8@200×200mm，鋼筋網(wǎng)片搭接不小于20cm。網(wǎng)片與錨管要連接牢固；中間設(shè)置一道支撐，支撐采用工20a，間距同格柵鋼架。

格柵節(jié)點處理措施：豎井鋼筋格柵節(jié)點位置為初期支護結(jié)構(gòu)關(guān)鍵工序節(jié)點，施工應(yīng)注意各節(jié)點連接質(zhì)量。豎井鋼格柵設(shè)置工20a 對撐、工20a 斜撐，型鋼對撐、型鋼斜撐與鋼格柵連接節(jié)點采用2 塊10mm 厚鋼板通過M24×90螺栓連接。相鄰格柵連接接頭上下錯開。（圖1）

圖1 豎井支護結(jié)構(gòu)剖面圖

格柵鋼架施工技術(shù)控制要點：

①檢查鋼筋種類、型號、規(guī)格是否符合設(shè)計要求；有銹蝕的鋼筋禁止使用，對有輕微浮銹、油污等的鋼筋要清除干凈，并對焊點進行防銹處理。

②格柵鋼架加工時，構(gòu)件的連接是關(guān)鍵工藝，應(yīng)嚴(yán)格按有關(guān)規(guī)范規(guī)定執(zhí)行，確保各類焊縫的質(zhì)量。

③格柵鋼架加工后需在地面試拼，其允許誤差為：

1）沿格柵鋼架周邊輪廓拼裝偏差不應(yīng)大于±30mm；

2）格柵鋼架由各單元鋼構(gòu)件拼裝而成，各單元間采用螺栓連接，螺栓孔眼中心間距公差不超過±0.5mm；

3）格柵鋼架平放時平面翹曲應(yīng)小于±20mm。

④兩榀鋼架間的豎向連接筋，采用單面搭接焊，搭接長度10d；其余焊縫采用雙面焊，所有焊縫高度均不小于8mm。

⑤為保證鋼架的整體穩(wěn)定性，格柵鋼架縱向連接筋采用?20，搭接長度＞10d，環(huán)向間距1m/馬頭門2m 以上加密為500mm，內(nèi)外雙排布置。

⑥鋼架按設(shè)計位置安設(shè)，認(rèn)真定位，不偏、不斜，節(jié)與節(jié)之間連接緊密，無縫隙，上下左右偏差小于±5cm，鋼架傾斜應(yīng)小于2°。當(dāng)鋼架和初噴層之間有較大間隙時設(shè)騎馬墊塊，鋼架與圍巖（或墊塊）之間的間隙不大于50mm。相鄰鋼架按設(shè)計要求將鋼架接頭錯開布置。角撐、對撐與格柵鋼架同步施作。

⑦格柵鋼架安裝完畢后，安裝內(nèi)側(cè)鋼筋網(wǎng)片，并盡快噴混凝土作業(yè)，將鋼架全部覆蓋，使鋼架與噴混凝土共同受力。鋼筋網(wǎng)片在地面采用電焊加工成型，安裝固定在鋼架上，相鄰網(wǎng)片搭接長度不小于20cm。

⑧根據(jù)地層豎井局部穿越中砂層，根據(jù)現(xiàn)場施工情況，可適當(dāng)考慮加密格柵鋼架。

⑨豎井進施工橫通道可局部截斷對撐，并設(shè)置鋼柱加強。

2.4 超前注漿錨管施工

鋼格柵安裝完成后，立即進行注漿小導(dǎo)管的施工。注漿小導(dǎo)管采用?42×3.25 鋼管@1m（水平）×0.75/0.5m（豎向），其材質(zhì)及性能滿足圖紙及相關(guān)規(guī)范規(guī)定的要求。錨管斜插角為60°。施工中對錨管成孔質(zhì)量進行盯控，加強錨管成孔夾角誤差控制，禁止夾角偏大影響結(jié)構(gòu)受力。注漿采用水泥單漿液，按1:1 比例注漿，注漿壓力0.3～0.5MPa，具體根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，要求注漿擴散半徑不小于0.20m。注漿錨管采用手持風(fēng)鉆成孔，成孔后采用高壓風(fēng)自里向外進行清孔，清孔完畢后將灌漿管插入距孔底約20cm 時，立即灌注水泥漿。

2.5 豎井封底

豎井開挖至設(shè)計標(biāo)高后，先施做一層100mm厚C15 混凝土墊層，再鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)片、架設(shè)鋼架完成后噴射300mm 厚C25 噴射混凝土。由于豎井下部6m 范圍位于水位以下，開挖時出現(xiàn)滲漏水，此時根據(jù)現(xiàn)場實際情況分塊、分側(cè)施工。根據(jù)施工需要，在豎井一角設(shè)置集水坑用于收集施工中土層滲水及施工廢水。

2.6 橫通道開挖及支護工藝

豎井進入橫通道處俗稱“馬頭門”，是施工開挖的薄弱點。本工程采取豎井臨時封底后破除馬頭門方式施工橫通道上導(dǎo)洞，待上導(dǎo)洞開挖6-8m 后再往下開挖豎井的施工方法。豎井施工至馬頭門處時，格柵加密，將馬頭門處井壁的格柵縱向連接筋加密。馬頭門開洞前，沿開洞輪廓外側(cè)打設(shè)一環(huán)超前大管棚（?108*6 無縫鋼管，L=8m，環(huán)距0.4m），并設(shè)置單層Φ42×3.25 注漿小導(dǎo)管，L=3m，環(huán)向間距400mm，縱向間距1m，傾角0°～1°，注水泥液漿。施工過程中遇粉細砂或細中砂層，注改性水玻璃，注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場試驗確定，初步定為0.3-0.5MPa。

破除豎井在馬頭門范圍內(nèi)的鋼格柵時，在截斷的豎井鋼格柵處立一榀通道格柵鋼架，并與截斷的豎井格柵加筋焊接，再噴射砼使豎井范圍內(nèi)橫通道上半斷面封閉成環(huán)。橫通道上導(dǎo)洞斷面開挖第2、第3、第4 榀鋼格柵，第2、3、4 榀鋼格柵架立時與第1 榀并焊，使其成為一個整體。鎖腳錨桿應(yīng)在架設(shè)每榀格柵支撐后隨時打上，并將鎖腳錨桿用U 型鋼筋與鋼格柵進行焊接，隨后進行噴射砼作業(yè)。上半斷面按照設(shè)計施作8m 后封閉上半斷面掌子面。然后繼續(xù)依次開挖橫通道中導(dǎo)洞、下導(dǎo)洞、豎井底標(biāo)高，井底設(shè)工20a 工字鋼支撐，間距750mm。

鋼架安裝及臨時支撐安裝，每開挖進尺一榀，及時架設(shè)上、中、下導(dǎo)洞鋼架，按設(shè)計位置安裝，在安裝過程中，當(dāng)鋼架和初噴面之間有較大間隙時設(shè)墊塊，鋼架與土體（或墊塊）之間的間隙不大于40mm。

為增強鋼架的整體穩(wěn)定性，沿鋼架縱向內(nèi)外側(cè)設(shè)置直徑?20mm 的縱向連接鋼筋，連接筋的間距為1.0m，鋼筋搭接采用焊接方式，焊縫要求單面焊10d、雙面焊5d，焊縫高度8mm。每節(jié)鋼筋格柵采用兩塊角鋼125×80×10+?24×90mm，8.8 級螺栓連接。在上導(dǎo)洞、中導(dǎo)洞每榀設(shè)置工20a臨時支撐，8.8 級螺栓連接，間距為格柵鋼架。（圖2）

圖2 橫通道支護結(jié)構(gòu)斷面圖

鎖腳錨管，為保證鋼架的穩(wěn)定性、有效性，根據(jù)施工步序，橫通道兩側(cè)拱腳均設(shè)2 根鎖腳錨管，鎖腳錨管采用?42 鋼管，L=3.0m，以防止格柵鋼架架設(shè)下沉，并全長注水泥漿，擴散半徑0.2m，注漿壓力0.3～0.5MPa。錨管與鋼架使用“U 型”Φ20 鋼筋焊接連接牢固，鋼筋總長45cm，兩側(cè)與錨管單面滿焊，與水平夾角45°，施工中嚴(yán)格控制夾角，避免夾角偏大影響鋼架受力狀態(tài)。為規(guī)范施工、廢料利用、保證鎖腳錨管起到應(yīng)有的作用，鉆眼前使用廢棄Φ8 鋼筋制作成導(dǎo)向圓環(huán)焊接到鋼架上再進行鉆孔，保證鎖腳錨管插入角度符合要求。

端頭墻施工，當(dāng)橫通道開挖至端頭結(jié)束時，施作端頭墻。臨時橫通道端頭墻噴射砼厚0.35m，橫通道端頭墻采用工字鋼作為主要受力結(jié)構(gòu)，在噴射砼前打設(shè)注漿錨管、安裝鋼筋網(wǎng)片，采用內(nèi)外雙層連接筋連接受力工字鋼。

2.7 初支背后注漿

根據(jù)設(shè)計要求，在初支完成后及時對初支背后進行回填注漿，以填充初支與圍巖之間空隙，保證結(jié)構(gòu)受力均勻。采用鋼管在初支鋼格柵間進行預(yù)埋。初支完成后通過預(yù)埋的鋼管進行初支背后填充注漿。

2.8 超前地質(zhì)預(yù)報

為探明豎井、橫通道中可能出現(xiàn)的不良地質(zhì)情況，提前掌握掌子面前方的地質(zhì)及水文情況，橫通道采用洛陽鏟進行超前水平鉆探孔，每次在掌子面上導(dǎo)洞施作3 個孔位（品字型布置），每個探孔深度3m，中下導(dǎo)沿拱墻兩側(cè)各布一個點，用于探查前方圍巖情況有無地下水或砂層等其他不良地質(zhì)。

2.9 監(jiān)測項目及最值

本工程監(jiān)測項目有地表沉降、管線沉降、建筑物沉降及傾斜、橫通道拱頂沉降、豎井及橫通道收斂、地下水位。工程施工完成后地表及管線沉降最大值為15.3mm，建筑物沉降最大值為5.1mm，橫通道拱頂沉降最大值為7mm，各項監(jiān)測值均未超過規(guī)范允許值范圍。

3 結(jié)論

①為確保開挖施工安全，暗挖橫通道開挖及支護施工必須遵循“十八字方針”，即管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測。

②減少地層沉降及拱頂沉降的有效方法有土方開挖后及時進行鋼筋格柵的安裝固定并及時噴射混凝土；在每榀鋼筋格柵的腳部斜向45 度打設(shè)鎖腳錨管進行格柵固定；要檢查格柵腳部是否采用木方或鋼板進行支墊，防止格柵腳部懸空；每進尺3-5m 后應(yīng)及時進行初期支護背后回填注漿，以填充初期支護和外輪廓土體間的空隙，注漿壓力不宜太大，一般在0.3MPa 以下即可，否則壓力過大會使支護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形。

③西安地層含有夾砂層，該夾砂層含水量豐富，為確保開挖時的無水作業(yè)，根據(jù)該工程施工經(jīng)驗，降水必須至少提前2 個月進行，否則開挖時會發(fā)生上層滯水滲出，對開挖安全施工和文明施工不利。

④在砂層中開挖會出現(xiàn)局部砂層坍塌，存在一定的風(fēng)險，需對砂層進行注漿加固，根據(jù)本工程施工中對砂層加固的研究，漿液宜采用水泥水玻璃和磷酸化學(xué)漿液，能起到止水和加固砂層的效果。