地鐵單洞雙層重疊隧道開挖施工
摘 要:簡要介紹城市地鐵單洞雙層重疊隧道淺埋暗挖開挖施工技術(shù)。
關(guān)鍵詞:地下鐵道;重疊隧道;開挖施工
1 工程概況
深圳地鐵一期工程3C 標(biāo)段(國貿(mào)站至老街區(qū)間隧道北段) 位于深圳市人民路與深南東路交匯處及其南、北部,由四個子單位工程組成,分別為華中國際酒店樁基托換工程、百貨廣場樁基托換工程、國老區(qū)間北段明挖及暗挖隧道工程。暗挖隧道從華中國際酒店及百貨廣場建筑物樁群及其地基中穿越,為保護(hù)上部結(jié)構(gòu)物的安全使用而對其樁基礎(chǔ)進(jìn)行了樁基托換的預(yù)防性處理。地鐵區(qū)間隧道也為減少對建筑物基礎(chǔ)的影響范圍而采用左、右線上下重疊的單洞雙層直邊墻拱形的結(jié)構(gòu)形式。
1. 1 地質(zhì)水文情況
區(qū)間內(nèi)原地貌單元為第四系海中平原、地形較平坦,地層巖體為上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層(Q4ml) 、海沖積層(Q4m + al) 及第四系殘積層(Qel 4) ,下伏侏羅系中統(tǒng)(J2) 凝灰?guī)r、震旦系(Z) 花崗片麻巖, 局部為燕山期(r5) 花崗巖侵入體。區(qū)間內(nèi)存在F4 、F4′二條近于平行的斷層。主要由斷層糜棱巖、斷層泥和斷層角礫組成。該區(qū)間地下水按賦存介質(zhì)可分第四系孔隙潛水、基巖裂隙水和斷層帶水。地下水位于地表下1. 20～3. 00m , 高程1. 60～ 3. 61m , 地下水對砼結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)具弱腐蝕分解性。
1. 2 設(shè)計情況
暗挖隧道(SK1 + 755～ + 600) 長155m , 埋深12～16m , 縱坡為2. 9 % 下坡的單洞雙層重疊隧道(左線在下層,右線在上層), 開挖寬度6. 8m , 平均開挖高度13. 2m , 平均開挖量82m3/ 延米, 分A、B 、D、E 四種襯砌類型,采用復(fù)合式襯砌,初支采用噴錨網(wǎng)+ 格柵鋼架,初支噴砼為C20 ,錨桿為R25 中空注漿錨桿,二襯砼為C25S8防水砼,防水層采用PVC 全包防水板。輔助支護(hù)措施為拱部?76 自進(jìn)式注漿管棚,部分拱墻設(shè)42 超前小導(dǎo)管注漿。
1. 3 工程特點
(1) 工程涉及工程項目施工內(nèi)容多,技術(shù)復(fù)雜,施工難度大。
(2) 地下水位高,砂層厚,開挖巖體軟硬變化大,并要穿越兩條斷層破碎帶。
(3) 單洞雙層重疊隧道邊墻高,結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜。
(4) 隧道上方地面建筑物密集,地下管線多,隧道從建筑物基礎(chǔ)樁群中穿越,環(huán)境保護(hù)要求高。
2 施工總體方案
按新奧法原則并結(jié)合采用淺埋暗挖法組織施工,并認(rèn)真研究本工程所處的特殊周邊環(huán)境,及地質(zhì)、水文條件,針對性地采取可靠的技術(shù)措施以控制地下水流失、地層變位并確保實現(xiàn)洞內(nèi)防坍,隧道施工工藝流程如圖1 所示。
2. 1 隧道開挖施工
根據(jù)本隧道的結(jié)構(gòu)尺寸,隧道開挖劃分為四個臺階,即左、右線隧道分別采用兩個臺階進(jìn)行開挖。四個臺階以第一臺階開挖為主,各臺階在保證臺階長度一定的前提下,按平行作業(yè)分頭組織施工,每次進(jìn)尺為0. 5m 或0. 75m 。采用預(yù)留核心土微臺階法進(jìn)行施工,第一、二、三、四臺階微臺階長度控制在1. 5～2. 0m , 在實際開挖施工中,將根據(jù)暗挖實際揭示水文地質(zhì)情況及施工監(jiān)測信息反饋,適時調(diào)整并優(yōu)化各臺階長度,第一、二、三臺階采用人工配備風(fēng)鎬進(jìn)行開挖,采用人力架子車運(yùn)碴,第四臺階采用小型反鏟挖掘機(jī)配合人工進(jìn)行開挖。采用機(jī)動小翻斗車運(yùn)碴。隧道開挖遇中風(fēng)化巖層盡量采用人工開挖,必要時采用微振控制爆破技術(shù)進(jìn)行開挖,施工中要充分利用圍巖的自穩(wěn)時間,快速開挖、快速封閉,確保隧道安全,掌子面開挖后,及時進(jìn)行掌子面初支面初噴砼和排水,避免巖石風(fēng)化、潮解而降低強(qiáng)度,初支結(jié)構(gòu)及時封閉,根據(jù)監(jiān)控量測情況,必要時臺階設(shè)立臨時仰拱,控制變形發(fā)展。爆破施工,要進(jìn)行爆破參數(shù)以及爆破振動效應(yīng)試驗進(jìn)行爆破噪聲監(jiān)測,根據(jù)實際情況不斷調(diào)整鉆爆參數(shù)。
2. 2 隧道支護(hù)
2. 2. 1 隧道超前支護(hù)本隧道主要超前注漿管棚為拱部76 長8m 的超前注漿管棚,及百貨廣場、華中國際酒店處的隧道拱、邊墻 42 超前注漿小導(dǎo)管。
超前注漿管棚具體布置詳見表1 。
(1) 自進(jìn)式T76N 邁式中空注漿錨桿。T76N 邁式中空注漿管棚布置在拱部,環(huán)向間距為0. 3m , 縱向間距為6. 0m , 每根長度為8. 0m , 自進(jìn)式T76N 超前注漿管棚,采用鉆機(jī)直接頂進(jìn)施工, 縱向每6m 進(jìn)行一環(huán)施工,管棚最后鉆進(jìn)時,采用1. 5～2m 的連接鉆桿將管棚送進(jìn)到位;管棚打設(shè)時,采用兩側(cè)對稱打設(shè),或分段打設(shè)管棚,以便能夠及時進(jìn)行注漿。采用前進(jìn)式分段注漿工藝, 分段分序進(jìn)行注漿施工,先施工單序號孔,后施工雙序號孔;采用水泥、水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿,每次注漿長度為50cm , 注漿壓力控制在1. 0MPa 以下。根據(jù)量測結(jié)果,采用單根鉆進(jìn)、注漿,或鉆孔多根后再分根進(jìn)行注漿;
(2) 42 小導(dǎo)管超前注漿。超前小導(dǎo)管采用42 普通鋼管, 管長4. 5m , 搭接1. 5m , 實用長度3m , 注漿管一端做成尖形,另一端焊上鐵箍( 6 鋼筋),管身在距鐵箍端1. 5m 處開始鉆孔,鉆孔沿管壁間隔300mm 呈梅花形布設(shè),孔徑 6～8mm 。鉆孔后,將小導(dǎo)管沿孔打入;地層松軟用游錘或手持風(fēng)鉆直接將小導(dǎo)管打入,巖層較硬時先鉆套孔,后用風(fēng)鎬頂進(jìn)。掌子面噴5cm 厚混凝土封閉后沖清管內(nèi)積物后再注漿,注漿順序由下向上,采用1∶1 的單液水泥漿進(jìn)行注漿,注漿壓力采用0. 5MPa 左右,先施工單序號孔,后施工雙序號孔,單根注漿量控制在60L , 當(dāng)注漿壓力增加比較快,且> 1. 0MPa 時,或注漿量達(dá)到設(shè)計注漿量的1. 2 倍時,結(jié)束注漿。根據(jù)地質(zhì)情況,特殊地段采用水泥—水玻璃雙液進(jìn)行施工。
2. 2. 2 臨時支撐安設(shè)
為確保重疊隧道開挖初支階段側(cè)墻的穩(wěn)定,暗挖隧道上下臺階間共設(shè)置三道橫向支撐,支撐采用I18 工字鋼。第一道為每榀格柵鋼架均設(shè)置橫向支撐,并噴20cm 厚C20 砼,其起到臨時橫向支撐及臨時仰拱作用;第二、第三道均為隔榀格柵鋼架設(shè)置一道,僅起臨時支撐作用,每道支撐處設(shè)縱向槽鋼梁,每道支撐均采用螺栓與格柵鋼架上墊鋼板進(jìn)行連接,采用螺栓將縱向槽鋼梁與上下兩單元鋼架拱腳角鋼進(jìn)行連接,以保證下臺階施工時,初支受力良好,避免初支處于懸空狀態(tài),防止初支下沉過大。根據(jù)監(jiān)控量測變形情況,必要時,考慮加大橫撐尺寸,或加密橫撐,將橫向支撐與臨時仰拱結(jié)合考慮,噴砼封閉等,以便能及時形成初支的閉合系統(tǒng),控制初支下沉變形。
2. 2. 3 隧道系統(tǒng)支護(hù)
(1) R25 中空注漿錨桿。暗挖隧道系統(tǒng)錨桿采用R25 中空注漿錨桿,長3. 5m 或5. 0m , 間距為750 ×800 梅花形布置,注漿采用水泥注漿,分布里程為SK1 + 600～ + 755 , 其中SK1 + 600～ + 640 、SK1 + 695～ + 755 段拱部錨桿長3. 5m , 邊墻部分錨桿長5. 0m , 其余部分錨桿長均為3. 5m , 、錨桿安設(shè)在砼噴層達(dá)到15cm 后再進(jìn)行安設(shè),以便及時進(jìn)行初支,且復(fù)噴后砼能夠?qū)㈠^桿頭覆蓋,不影響后期防水板的施工。錨桿采用風(fēng)頭直接鉆進(jìn)。錨桿注漿要達(dá)到孔口返漿,才能停止注漿。漿液凝固后,再扭緊螺帽,施加一定的預(yù)應(yīng)力,發(fā)揮錨桿的加固作用。
(2) 格柵鋼拱架安設(shè)。暗挖隧道格柵鋼架統(tǒng)一采用主筋為4 ?28 的鋼筋格柵鋼架,首榀格柵鋼拱架加工后進(jìn)行試拼,經(jīng)檢驗合格后進(jìn)行批量生產(chǎn),開挖輪廓檢查無誤后,對開挖面進(jìn)行初噴5cm 厚砼封閉巖層,拱架底腳處虛碴清理完畢,用噴漿料調(diào)平后, 開始安裝鋼拱架。鋼架與初噴砼之間應(yīng)盡量接近,并留間隙作為保護(hù)層。鋼筋格柵組裝后應(yīng)在同一平面內(nèi),并垂直線路中線,鋼筋格柵與壁面應(yīng)楔緊,每片鋼筋格柵節(jié)點及相鄰格柵縱向必須分別連接牢固。
(3) 噴射混凝土施工。隧道內(nèi)噴砼采用分三次施工,第一次先初噴5cm , 封閉開挖面,拱架安裝后,再噴至厚度達(dá)15cm , 側(cè)向錨桿安設(shè)完畢后,再復(fù)噴15cm 至設(shè)計厚度。噴砼采用HPJ-1 砼噴射機(jī)進(jìn)行噴射作業(yè),自落式攪拌機(jī)拌制混合料。噴射作業(yè)分段、分片、分層,由下而上,依次進(jìn)行。
2. 3 隧道施工運(yùn)輸
暗挖隧道在與明挖連接段設(shè)豎井,豎井設(shè)置提升系統(tǒng)。豎井提升系統(tǒng)采用桁吊配合吊斗,在施工豎井架設(shè)一個固定式桁吊, 配備2 個10t 電動葫蘆提升吊斗轉(zhuǎn)載出碴及材料運(yùn)輸。
隧道洞內(nèi)出渣采用無軌運(yùn)輸,第一、二、三層土石方采用人力架子車、第四層配備2 臺小型機(jī)動運(yùn)輸車水平運(yùn)輸至豎井底料斗,再由架立于井口的提升系統(tǒng)垂直吊運(yùn)土斗至臨時棄土場集中外棄。
其他施工材料通過豎井口電動葫蘆吊運(yùn)至各施工臺階層, 人工運(yùn)至工作地點,噴漿料通過輸料管輸送至運(yùn)輸車內(nèi),然后再運(yùn)至施工地點。
2. 4 沉降控制
根據(jù)在城市地下空間采用礦山法施工經(jīng)驗以及設(shè)計要求, 我們采用以下技術(shù)措施來控制地表以及周圍建筑物沉降。
2. 4. 1 地表沉降控制
(1) 小導(dǎo)管超前預(yù)注漿以加固地層。該措施不僅能改善圍巖力學(xué)參數(shù),而且還能減少工作面地層失水引起的壓縮變形。
(2) 采用短臺階法開挖,臺階長度控制在1. 0～2. 0D(D 為洞徑) 左右,并盡快施作仰拱,封閉成環(huán),保證支護(hù)系統(tǒng)及時發(fā)揮作用。
(3) 上半斷面環(huán)形開挖,預(yù)留核心土,以保證掌子面穩(wěn)定,開挖后及時架設(shè)錨桿、掛網(wǎng)、噴射砼。
(4) 加強(qiáng)上半斷面支護(hù)強(qiáng)度。
對于弱地層,往往由于上半斷面支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠,或拱腳處承載力不夠,產(chǎn)生過大變位引起隧道上方土體產(chǎn)生二次沉降, 因此往往采取有效措施加固。視地層情況,可依次選擇:拱腳設(shè)鎖腳注漿錨管→縱向槽鋼托梁→ 上半斷面增設(shè)臨時仰拱,及時進(jìn)行初支背后充填注漿。
(5) 縮短循環(huán)進(jìn)尺,目的是及早進(jìn)行支護(hù)。根據(jù)地層情況確定每循環(huán)進(jìn)尺控制在0. 7～0. 75m 。
(6) 必要時進(jìn)行全斷面注漿,防止地下水流失及掌子面失穩(wěn), 特別是斷層帶。
2. 4. 2 地面建筑物及地下管線沉降控制
(1) 對重要建筑物,需進(jìn)行保護(hù)的建筑物進(jìn)行檢測、錄像、登記、造冊等,嚴(yán)重者將對其基礎(chǔ)進(jìn)行加固,除進(jìn)行地面建筑物沉降、傾斜監(jiān)測外,還派專人對建筑物進(jìn)行定時巡查,若遇有裂縫將對其長寬、發(fā)展方向進(jìn)行量測,并登記編號監(jiān)控。
(2) 地下管線的保護(hù)。將查清地下管線的準(zhǔn)確埋設(shè)位置及走向,并在其正上方布設(shè)監(jiān)測測點進(jìn)行監(jiān)測,計算其縱向沉降槽曲率,以管線接口處的曲率作為比判基準(zhǔn)。接近控制標(biāo)準(zhǔn)者,將進(jìn)行停工處理,如對管線進(jìn)行懸掛、注漿抬升等技術(shù)措施。
3 結(jié)束語
城市地鐵單洞雙層重疊隧道,設(shè)計和施工都是國內(nèi)首例,同單線隧道的施工相比,其砌襯施工、防水施工、監(jiān)控量測等工藝都更為復(fù)雜,由于篇幅所限,在此僅討論了開挖階段的施工工藝,該工程的開挖施工順利完成,為今后同類工程提供了成功的范例, 對今后同類地下工程的設(shè)計選線、選址、施工有一定的參考價值。
參考文獻(xiàn):
[ 1 ] 關(guān)寶樹,國兆林. 隧道及地下工程[ M ] . 成都:西南交通大學(xué)出版社, 2000.
