新建地鐵隧道下穿既有地鐵隧道施工技術(shù)要點(diǎn)研究

譚臻哲

摘要：簡(jiǎn)述某新建10號(hào)線地鐵隧道工程的概況和確定的施工方案，闡述袖閥管注漿和WSS工法注漿的預(yù)加固施工的施工要點(diǎn)，以及隧道開(kāi)挖和支護(hù)和施工過(guò)程控制措施，按照上述施工要點(diǎn)組裝施工，取得了良好的工程質(zhì)量效果。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；下穿施工；技術(shù)要點(diǎn)；應(yīng)用研究

0? ?引言

新建地鐵隧道下穿既有地鐵隧道工程較為復(fù)雜，危險(xiǎn)性和難度較高，必須充分考慮新建地鐵隧道對(duì)既有地鐵隧道的影響和可能遇到的問(wèn)題，并采取有效措施，才能最大程度保障新建地鐵隧道和既有地鐵隧道的安全性、合理性、科學(xué)性。本文以新建地鐵隧道下穿既有地鐵隧道的施工技術(shù)為題，進(jìn)行了深入研究。

1? ?工程概況

某新建10號(hào)線地鐵隧道工程須下穿既有地鐵1號(hào)線。地鐵1號(hào)線作為該地區(qū)的第1條地鐵線路，于1971年啟用，至今已經(jīng)運(yùn)行52年。地鐵1號(hào)線與多條地鐵線路在不同的空間交匯，多次下穿造成地鐵1號(hào)線隧道結(jié)構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重變化，在52年的運(yùn)行期間，雖然多次進(jìn)行加固，但也接近安全使用極限。由于地質(zhì)變化，其隧道墻體嚴(yán)重開(kāi)裂。根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)可知，在保證地鐵1號(hào)線正常運(yùn)行的情況下，進(jìn)行地鐵10號(hào)線隧道工程施工難度很大，不可預(yù)測(cè)的危險(xiǎn)因素較多。地鐵10號(hào)線隧道工程被相關(guān)部門(mén)及建設(shè)單位列為特級(jí)風(fēng)險(xiǎn)工程。

2? ?確定施工方案

為開(kāi)展地鐵10號(hào)線隧道工程施工，相關(guān)部門(mén)和建設(shè)單位多次召開(kāi)會(huì)議，討論出數(shù)10個(gè)施工方案又不斷推翻，該工程施工一時(shí)間陷入僵局。直到項(xiàng)目提案一年多以后，終于確定了具體施工方案及其流程。

該施工方案和施工流程如下：依托地鐵1號(hào)線隧道既有主體進(jìn)行區(qū)域劃分，使地鐵10號(hào)線隧道的支撐結(jié)構(gòu)體與1號(hào)線支撐結(jié)構(gòu)體緊密貼合，也就是在地鐵1號(hào)線既有基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)兩條地鐵線路的緊密貼合。通過(guò)剛性強(qiáng)大的預(yù)支護(hù)技術(shù)，對(duì)地鐵1號(hào)線隧道與將要施工的地鐵10號(hào)線之間進(jìn)行袖閥管注漿預(yù)加固施工，部分區(qū)域采用WSS二重管無(wú)收縮旋噴樁預(yù)加固施工。通過(guò)全方位分段預(yù)加固和開(kāi)挖，最大程度保障地鐵1號(hào)線安全正常運(yùn)行和地鐵10號(hào)線隧道工程進(jìn)行同步施工。

3? ?袖閥管注漿預(yù)加固施工

3.1? ?施工工序

采用袖閥管分序分層注漿施工方案。該施工方案是將注漿孔劃分為互相具有一定間距的2個(gè)組，即分為一序孔和二序孔，以保持土體注漿的均衡性和穩(wěn)定性。袖閥管注漿施工流程如下：鉆孔施工→配制漿液→下放袖閥管→封閉袖閥管外側(cè)孔隙→一序孔注漿→二序孔注漿。

3.2? ?施工要點(diǎn)

3.2.1? ?鉆孔施工

鉆孔之前將施工現(xiàn)場(chǎng)清理干凈，先根據(jù)施工圖紙測(cè)量放線并確定鉆孔位置，再按照確定位置，使用深孔鉆機(jī)完成鉆孔施工。鉆孔過(guò)程中，應(yīng)采用垂球與水平尺不斷測(cè)量鉆桿的垂直度，將鉆孔垂直度誤差控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。

3.2.2? ?配制漿液

采取水泥漿液，適量加入速凝早強(qiáng)劑或水玻璃，其水灰比為1：1或1.2：1。

3.2.3? ?下放袖閥管

下放袖閥管之前在其底部安裝悶蓋，保證袖閥管的垂直度并下放到孔底，且袖閥管上部要高出地面，然后在注漿管內(nèi)加滿水防止其上浮。為了防止注漿時(shí)袖閥管外側(cè)與鉆孔之間的間隙冒漿，須在該間隙內(nèi)注入套殼材料。套殼材料采用水泥黃泥粉漿液由下往上灌注，或用早凝固化材料封堵鉆孔與袖閥管上部間隙[1]。

3.2.4? ?注漿方法

向鉆孔內(nèi)下放袖閥管后，采取分序分層注漿方法。分序注漿就是將注漿孔按順序劃分為若干組，然后安按照分組順序安排注漿；分層注漿就是通過(guò)阻塞器將漿液限定在注漿區(qū)段內(nèi)，以達(dá)到分層注漿效果。本次注漿結(jié)束后在袖閥管頂端蓋上悶蓋，一篇下次注漿。

3.2.5? ?一序孔注漿

下放袖閥管后，遵循由下至上的順序，以50cm為一層進(jìn)行一序孔的分層、間隔注漿，直到漿液注滿注漿孔。注漿過(guò)程中，對(duì)注漿機(jī)進(jìn)行調(diào)試，以保證一序孔的注漿質(zhì)量。每個(gè)鉆孔注漿結(jié)束后，均要進(jìn)行檢測(cè)，判斷漿液量是否符合規(guī)定要求。若漿液量符合要求，則進(jìn)行下一個(gè)鉆孔的注漿；若漿液量不符合要求，應(yīng)針對(duì)具體情況對(duì)注漿機(jī)參數(shù)予以適當(dāng)修改，以保證一序孔注漿的合理性[2]。

3.2.6? ?二序孔注漿

一序孔注漿結(jié)束且漿液初凝（一般為24h）后，對(duì)其周圍的二序孔進(jìn)行注漿。其操作方法與一序孔注漿相同。

4? ?WSS工法注漿預(yù)加固施工

4.1? ?施工準(zhǔn)備

本工程施工時(shí)，地鐵10號(hào)線下穿地鐵1號(hào)線隧道的部分區(qū)域無(wú)法進(jìn)行袖閥管施工，因而該區(qū)域采用了WSS工法（即二重管無(wú)收縮雙液注漿技術(shù)）進(jìn)行注漿預(yù)加固的施工方案。為了確保施工順利開(kāi)展，需要做好掌子面的臨時(shí)加固處理，其方法是：先按照設(shè)計(jì)方案在隧道挖掘掌子面的適當(dāng)位置鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)架并懸掛鋼筋網(wǎng)片；再向鋼筋框上噴射混凝土，以此加固掌子面。待混凝土漿液凝固后，該掌子面即可作為WSS工法施工的作業(yè)面[4]。

4.2? ?施工要點(diǎn)

4.2.1? ?鉆注漿孔

在隧道適當(dāng)位置、按照相應(yīng)的角度，搭建鉆機(jī)操作平臺(tái)，確保鉆機(jī)存在充足的作業(yè)空間，還要調(diào)整鉆機(jī)各項(xiàng)參數(shù)，以保證后續(xù)施工的順利進(jìn)行。鉆孔施工時(shí)，應(yīng)注重對(duì)鉆桿角度的控制，以保證鉆孔角度（可垂直也可傾斜一定角度）與深度。鉆孔間距根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行布設(shè)一般為1.0～2.0m之間。

4.2.2? ?配制漿液

采用WSS工法，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)方案配置2種漿液，即一次噴射使用的瞬結(jié)限制性漿液和二次浸透性漿液。配置的漿液須通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)方式，檢驗(yàn)其凝固時(shí)間，以此判斷漿液是否符合要求。若不符合要求禁止使用并重新配置，直到符合要求為止。

4.2.3? ?設(shè)置二重管

將注漿孔鉆到設(shè)計(jì)深度，在二重管底部安裝好漿液混合器之后，便可將二重管插入注漿孔。此時(shí)注意混合器端部與孔底保持約20cm距離，以便后續(xù)噴漿。將二重管插入注漿孔以后，先打入清水對(duì)二重管內(nèi)部進(jìn)行沖洗，使二重管內(nèi)保持潔凈。

4.2.4? ?注漿

注漿時(shí)使用注漿泵將2種漿液分別壓入到二重管的內(nèi)管和外管，通過(guò)二重管底部的混合器自動(dòng)攪拌，使?jié){液充分、均勻地混合，進(jìn)而將漿液通過(guò)濾網(wǎng)橫向噴射進(jìn)地層當(dāng)中。注漿時(shí)應(yīng)按照5～20L/min的速率將漿液注入二重管內(nèi)，注漿速率可針對(duì)具體情況適當(dāng)調(diào)節(jié)。

4.2.5? ?橫向噴漿

為了保證橫向噴漿效果，應(yīng)將注漿壓力控制到0.5～

0.5MPa范圍內(nèi)，同時(shí)采用二次交替噴射方案[5]。其中第1次噴射為限制性噴射，第二次噴射為滲透性噴射。第二次噴射時(shí)，采用的材料具有粘性低、凝膠時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，因而更需要對(duì)噴射壓力進(jìn)行嚴(yán)格控制，確保漿液均勻灌注到土層當(dāng)中，避免漿液的滲透超過(guò)施工范圍，有利于提升注漿質(zhì)量。

通過(guò)袖閥管注漿和WSS工法注漿的預(yù)加固施工，將地鐵1號(hào)線隧道既有底板和地鐵10號(hào)線隧道開(kāi)挖斷面周圍的土體全部進(jìn)行了包裹式預(yù)加固，為地鐵10號(hào)線隧道土方開(kāi)挖和保護(hù)地鐵1號(hào)線安全運(yùn)行，奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5? ?隧道開(kāi)挖和支護(hù)

5.1? ?分區(qū)段開(kāi)挖

待完成上述注漿預(yù)加固施工后，結(jié)合鋼架保護(hù)方式進(jìn)行分段開(kāi)挖、鋼構(gòu)架支護(hù)和二襯施工。根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)特點(diǎn)，將隧道開(kāi)挖施工劃分成上下6個(gè)導(dǎo)洞區(qū)段，每個(gè)區(qū)段長(zhǎng)度約5m，并按照由上至下的順序依次進(jìn)行隧道挖掘。通過(guò)上部導(dǎo)洞的挖掘，可減少下導(dǎo)洞上部土層的質(zhì)量，以此控制下導(dǎo)洞施工時(shí)的沉降問(wèn)題，避免出現(xiàn)導(dǎo)洞疊加問(wèn)題。

5.2? ?初期支護(hù)施工

5.2.1? ?拱形鋼架支護(hù)

為了確保隧道施工的安全和穩(wěn)定施工，應(yīng)采用短距離挖掘施工方案。每挖掘30m后暫停繼續(xù)挖掘，并進(jìn)行初期支護(hù)施工。初期支護(hù)材料選擇25a型工字鋼，兩鋼架之間距離為30cm。在鋼架連接處使用角鋼將兩個(gè)鋼架進(jìn)行焊接固定。在鋼架的兩邊，分別插入1根鎖腳錨管，在工字鋼的上部鋪設(shè)1根?10鋼筋，用于進(jìn)一步對(duì)工字鋼進(jìn)行加固。拱形鋼架應(yīng)與地鐵1號(hào)線的底面相切，并使用鋼楔子將兩者緊密貼合到一起，避免兩者間存在縫隙而引發(fā)地鐵1號(hào)線下沉問(wèn)題。在下導(dǎo)洞當(dāng)中分別埋設(shè)3根注漿管，每根注漿管的長(zhǎng)度為1.5m。在確保注漿管穩(wěn)定后灌入水泥漿液，待灌滿后停止注漿，以提升鋼架的支持力。在鋼架下部放置楔子，以向鋼架提供更強(qiáng)的支持力，從而更好地對(duì)地鐵1號(hào)線進(jìn)行支撐。

5.2.2? ?混凝土填筑

拱形鋼架安裝就緒后，順著拱形鋼架的方向，固定一些小導(dǎo)管，到導(dǎo)管與結(jié)構(gòu)完全粘黏到一起后，向?qū)Ч軆?nèi)回填注漿，以構(gòu)建出強(qiáng)度較高的鋼架結(jié)構(gòu)。然后在拱形鋼架內(nèi)填充C25混凝土材料，進(jìn)一步提升整個(gè)土體的支撐強(qiáng)度，避免出現(xiàn)土體下沉問(wèn)題。

5.3? ?二次襯砌施工

5.3.1? ?鋼筋綁扎

在完成初期支護(hù)、且其支護(hù)和防水結(jié)構(gòu)經(jīng)驗(yàn)收合格后，進(jìn)行隧道二次襯砌施工。按照鋼筋加工圖紙將鋼筋在地面完成加工后，運(yùn)入隧道內(nèi)進(jìn)行人工綁扎施工。按照鋼筋綁扎圖紙，先綁扎底層鋼筋并下設(shè)混凝土墊塊，再綁扎立面和頂層鋼筋。頂部仰拱鋼筋要綁扎牢固，綁扎過(guò)程中防止鋼筋破壞防水層。

5.3.2? ?模板支搭

二次襯砌進(jìn)行混凝土澆筑之前，可采用定型鋼模板或模板臺(tái)車進(jìn)場(chǎng)模板支搭施工。在隧道直徑不便的前提下，選用模板臺(tái)車可加快模板拆裝速度和質(zhì)量。使用模板臺(tái)車時(shí)，先清理地面雜物、延伸鋪設(shè)臺(tái)車行走鋼軌，對(duì)臺(tái)車和模板進(jìn)行檢查、保養(yǎng)、調(diào)整后，再將臺(tái)車就位。

5.3.3? ?混凝土澆筑

在進(jìn)行混凝土澆筑之前，將隧道拱墻底部混凝土鑿毛并清理。澆筑時(shí)應(yīng)從兩側(cè)拱墻同時(shí)、同步澆筑，以防止模板臺(tái)車產(chǎn)生位移。澆筑到拱頂時(shí)，很容易造成澆筑不充分現(xiàn)象，導(dǎo)致拱頂產(chǎn)生縫隙，影響整個(gè)隧道施工質(zhì)量，增加上部隧道下沉的風(fēng)險(xiǎn)[6]。為了避免這一問(wèn)題的發(fā)生，應(yīng)在混凝土澆筑前，在縫隙內(nèi)，埋設(shè)適當(dāng)大小的管件，以此向模板內(nèi)注入適量的水泥漿液，以使隧道頂部與襯砌緊密貼合到一起。混凝土振搗以縱向分段、高低分層方法，采用附著式和插入式振搗器進(jìn)行振搗，每次振搗的厚度以30～40cm為宜，防止過(guò)振產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

6? ?施工過(guò)程質(zhì)量控制措施

6.1? ?施工前準(zhǔn)備工作

對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行地質(zhì)條件勘查，結(jié)合相關(guān)規(guī)定編制最佳的施工方案。選擇合適的施工隊(duì)伍，并開(kāi)展安全技術(shù)交底、進(jìn)行安全技術(shù)培訓(xùn)。通過(guò)對(duì)建材市場(chǎng)的調(diào)查，準(zhǔn)確了解每種材料的具體情況，選擇性價(jià)比最好的材料。

6.2? ?施工中管控工作

選擇由資質(zhì)的專業(yè)監(jiān)理機(jī)構(gòu)對(duì)施工項(xiàng)目進(jìn)行監(jiān)督管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工活動(dòng)中出現(xiàn)的問(wèn)題并提出整改意見(jiàn)，以保證整個(gè)建設(shè)項(xiàng)目順利進(jìn)行。利用BIM技術(shù)對(duì)整個(gè)施工過(guò)程進(jìn)行模擬檢測(cè)，將施工過(guò)程直觀、動(dòng)態(tài)展示出來(lái)，以便施工人員準(zhǔn)確、及時(shí)了解施工具體狀況，及時(shí)對(duì)項(xiàng)目中存在的隱患進(jìn)行處理。

6.3? ?施工后管控工作

施工結(jié)束后，注重項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)與施工資料的整理和審核工作，以獲取項(xiàng)目施工質(zhì)量數(shù)據(jù)，進(jìn)而從整體上對(duì)工程項(xiàng)目的施工質(zhì)量作出客觀評(píng)價(jià)。

7? ?工程質(zhì)量效果分析

在地鐵10號(hào)線隧道工程施工過(guò)程中，通過(guò)使用沉降收斂檢測(cè)儀監(jiān)測(cè)了其施工質(zhì)量。通過(guò)監(jiān)測(cè)得知：該工程地表處的沉降峰值為1.5mm，拱頂處的沉降峰值為0.5mm，凈空收斂峰值為0.6mm。由此表明，該工程沉降與收斂峰值均處于安全范圍，符合有關(guān)規(guī)定要求。

8? ?結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在新建地鐵隧道下穿既有地鐵隧道施工過(guò)程中，應(yīng)針對(duì)工程所處現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，結(jié)合相關(guān)規(guī)定要求制定出最佳的施工方案，并在施工過(guò)程中嚴(yán)格控制各環(huán)節(jié)的施工要點(diǎn)，只有這樣才會(huì)提高地鐵隧道工程施工質(zhì)量，確保隧道工程施工的順利進(jìn)行，為地鐵工程安全、正常運(yùn)行打下良好基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

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