城區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)近距離穿越古建筑之復(fù)合技術(shù)探討

左 鷹

(中鐵隧道集團(tuán)二處有限公司，河北三河 065201)

0 引言

對(duì)于具有悠久歷史的北京，城市道路交通路口四角象限通常存在既有建筑物，在地鐵施工時(shí)不可避免地會(huì)受到各類建筑的影響，旁穿建筑物施工時(shí)采取哪些施工措施可以保證建筑物的安全穩(wěn)定，是施工技術(shù)的關(guān)鍵。剛性隔離、固結(jié)加固是常用的2種措施。文獻(xiàn)［1］介紹了采用剛性較大的混凝土灌注樁作為隔離樁在下穿施工中的應(yīng)用，但城區(qū)地鐵施工受管線、機(jī)械作業(yè)空間等因素制約，通常沒(méi)有條件施工混凝土灌注樁;文獻(xiàn)［2］主要介紹了復(fù)合錨桿樁對(duì)于地基的加固效果，是否能夠作為隔離樁使用，相關(guān)文獻(xiàn)介紹較少;文獻(xiàn)［3－10］主要分析了下穿施工中隧道沉降控制，對(duì)采用隔離樁后，樁內(nèi)、外沉降對(duì)比分析的較少。采用剛性稍弱、易于操作的隔離樁+洞內(nèi)輔助加固的復(fù)合措施，是解決地鐵施工受外界客觀因素制約的一種有效途徑，還可以保證既有建筑的穩(wěn)定，本文以某地鐵車(chē)站的通道暗挖施工為例，簡(jiǎn)要介紹暗挖通道近距側(cè)穿百年古建筑的施工技術(shù)。

1 工程概況

北京地鐵珠市口站位于珠市口大街與前門(mén)大街的交叉路口處，為北京地鐵7號(hào)線與北京地鐵8號(hào)線的換乘車(chē)站。車(chē)站跨路口設(shè)置，呈東西走向;車(chē)站總長(zhǎng)233.6 m，主體結(jié)構(gòu)采用PBA工法施工;通過(guò)4個(gè)通道進(jìn)入車(chē)站主體施工，其中2號(hào)臨時(shí)豎井位于路口西南側(cè)綠地內(nèi)，對(duì)應(yīng)施工通道采用暗挖法施工，平面位置上從既有珠市口教堂東側(cè)緊鄰側(cè)穿通過(guò)。

1.1 通道設(shè)計(jì)

施工通道凈寬4.0 m，最大凈高14.546 m，通道結(jié)構(gòu)厚350 mm，結(jié)構(gòu)形式為多層導(dǎo)洞結(jié)構(gòu)，圓拱直墻平底結(jié)構(gòu)，臺(tái)階法施工，施工通道全長(zhǎng)84.861 m，進(jìn)入車(chē)站主體結(jié)構(gòu)以前，采用上下聯(lián)通的結(jié)構(gòu)形式。通道分3層開(kāi)挖，通道進(jìn)入車(chē)站主體結(jié)構(gòu)后，采用上下分離的結(jié)構(gòu)形式。施工通道縱斷面圖見(jiàn)圖1。

圖1 2號(hào)施工通道縱剖面圖(單位:mm)Fig.1 Longitudinal profile of No.2 construction gallery(mm)

1.2 工程地質(zhì)情況

本區(qū)域位于永定河沖積扇地區(qū)，土層以第四紀(jì)沖積、洪積地層為主。豎井開(kāi)挖揭示的地層有雜填土、粉土、粉細(xì)砂層、卵石圓礫層、粉質(zhì)黏土層和卵石層等。其中，通道拱部全部位于粉細(xì)砂層，底板位于中粗砂層及卵石層交界部位。臨時(shí)豎井及施工通道地質(zhì)縱剖面見(jiàn)圖2。

1.3 建筑物介紹

基督教會(huì)珠市口堂位于珠市口大街與前門(mén)大街十字交叉口西南角，如圖3所示。該教堂始建于1904年，1921年進(jìn)行了擴(kuò)建，現(xiàn)為3層磚混建筑，無(wú)地下室。根據(jù)2010年房屋評(píng)估，該樓房屬危房，樓房外部采用型鋼框架進(jìn)行過(guò)加固處理。剖面關(guān)系如圖3所示，現(xiàn)狀照片見(jiàn)圖4。

圖2 2號(hào)臨時(shí)豎井及橫通道地質(zhì)縱剖面Fig.2 Geological profile of No.2 temporary vertical shaft and horizontal gallery

2 加固措施對(duì)比選擇

2.1 施工需解決的問(wèn)題

1)開(kāi)挖安全控制。通道拱頂位于粉細(xì)砂層與黏土層交界處，地表水下滲至交界面時(shí)受阻，導(dǎo)致粉細(xì)砂層含水幾乎接近飽和，滯水層(黏土層)開(kāi)挖后，拱頂容易發(fā)生坍塌，再加上拱頂以上地層中上水管、雨水管、污水管密集，調(diào)查發(fā)現(xiàn)管線年久失修，存在滲漏，因此防止含水粉細(xì)砂層在開(kāi)挖過(guò)程中發(fā)生坍塌是需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題之一。

2)建筑物變形控制。基督教會(huì)珠市口堂距離通道開(kāi)挖側(cè)邊線水平距離僅5.4 m，該建筑修建時(shí)間已有100 a以上，經(jīng)評(píng)估屬于危房，已經(jīng)進(jìn)行過(guò)加固處理，由于該教堂位于前門(mén)步行街端頭，為標(biāo)志性建筑，沉降變形控制要求高，因此施工過(guò)程中必須保證建筑的安全穩(wěn)定。

2.2 洞內(nèi)措施對(duì)比選擇

為保證開(kāi)挖安全，需對(duì)拱頂粉細(xì)砂層進(jìn)行超前固結(jié)加固，同時(shí)對(duì)滲漏水進(jìn)行治理，常用加固措施有水平旋噴樁、袖閥管注漿和深孔注漿。加固措施工藝對(duì)比見(jiàn)表1。

考慮通道開(kāi)挖加固目的主要為防止粉細(xì)砂層坍塌，結(jié)合通道斷面大小、施工工期安排，洞內(nèi)加固措施選用深孔注漿加固，采用分段后退式注漿工藝，注漿孔采用鉆機(jī)打設(shè)，注漿采用噴射式注漿，注漿擴(kuò)散半徑為0.5～0.75 m，注漿壓力保持0.5 ～1.5MPa，并隨時(shí)注意地層情況，及時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)。

2.3 洞外措施對(duì)比選擇

為保證建筑物沉降變形可控，需將建筑物下方土體隔離出通道開(kāi)挖影響范圍，常用隔離措施有混凝土灌注樁、旋噴樁和復(fù)合錨桿樁，隔離措施工藝對(duì)比見(jiàn)表2。

因?yàn)橥ǖ琅c建筑物之間地面為基督教堂西側(cè)通道，場(chǎng)地狹小，又有市政用變電箱限制，大型施工機(jī)械無(wú)法進(jìn)入，結(jié)合施工工期安排，洞外隔離措施選用復(fù)合錨桿樁，樁長(zhǎng)27.9m，伸入通道基底以下1 m，成孔直徑0.15 m，間距0.5m，梅花形布置。

表1 洞內(nèi)加固措施工藝對(duì)比Table 1 Comparison and contrast among different consolidation measures taken from inside tunnel

表2 洞外隔離止水措施工藝對(duì)比Table 2 Comparison and contrast among different separating and water-sealing measures taken from outside tunnel

3 施工方案

暗挖通道為拱頂直墻3層結(jié)構(gòu)，采用臺(tái)階法施工，在通道開(kāi)挖至基督教堂受影響范圍之前，先行在地面完成復(fù)合錨桿樁的施工，洞內(nèi)按10 m/個(gè)循環(huán)采用深孔注漿的方法超前對(duì)地層進(jìn)行預(yù)加固。

3.1 通道施工

3.1.1 施工工序

橫通道采用臺(tái)階法施工，施工中嚴(yán)格遵循“管超前，嚴(yán)注漿，短開(kāi)挖，強(qiáng)支護(hù)，早封閉，勤量測(cè)”的原則。施工順序?yàn)?1)雙排超前小導(dǎo)管加固并預(yù)注漿;2)拱部環(huán)形開(kāi)挖預(yù)留核心土;3)初期支護(hù):初噴5 cm混凝土，架設(shè)格柵鋼架，掛網(wǎng)，噴混凝土;4)開(kāi)挖核心土，封閉下臺(tái)階和臨時(shí)仰拱;5)第2層土體開(kāi)挖;6)第2層初期支護(hù):接邊墻、仰拱格柵鋼架并掛網(wǎng)、噴混凝土封閉成環(huán)，適當(dāng)保持距離施工第3層和第4層通道;7)依次施工步序7—10。通道縱向施工步序如圖5所示。

圖5 施工通道臺(tái)階法開(kāi)挖步序縱向圖Fig.5 Excavation sequence of horizontal gallery constructed by bench method

3.1.2 施工要點(diǎn)

1)采取有效降水措施，確保無(wú)水施工沿通道軸線方向通道兩側(cè)設(shè)置了雙排降水井，采用管井降水，井間距6 m，在通道開(kāi)挖前15 d降水井開(kāi)始抽水。

2)根據(jù)地質(zhì)勘查報(bào)告及掌子面地質(zhì)揭露情況，分析前方地質(zhì)狀況，進(jìn)行地質(zhì)預(yù)報(bào)。

3)開(kāi)挖過(guò)程中遇到管線滲漏情況，及時(shí)封閉開(kāi)挖面，防止?jié)B水掏空管線下方土體造成管線沉降破壞。

4)通道開(kāi)挖過(guò)程，嚴(yán)格做好超前注漿措施，提前加固前方地層。

5)及時(shí)施作初期支護(hù)背后回填注漿，如監(jiān)測(cè)變形過(guò)大，掌子面自穩(wěn)能力差，應(yīng)對(duì)掌子面砂層進(jìn)行注漿加固。

6)加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)測(cè)，加大沉降及收斂觀測(cè)頻率，及時(shí)掌握風(fēng)險(xiǎn)源的變化趨勢(shì)，以便動(dòng)態(tài)管理采取對(duì)應(yīng)措施。

3.2 隔離樁施工

3.2.1 施工簡(jiǎn)介

1)隔離樁平行建筑物西邊墻2 m布置，范圍超出建筑物南、北邊墻10 m，為雙排咬合樁，樁長(zhǎng)27.9 m，伸入通道基底以下1 m，成孔直徑0.15 m，間距0.5 m，梅花形布置。

2)復(fù)合錨桿跳孔施工，待外排樁成孔注漿完成后再按相同方式進(jìn)行內(nèi)排孔施工。

3)采用RPD－130C型沖擊鉆機(jī)套管跟進(jìn)成孔，豎向錨桿分段采用接駁器連接，每段長(zhǎng)2m，簡(jiǎn)易支撐架吊放，人工配合就位。復(fù)合錨桿就位后，拔出鉆孔套管進(jìn)行注漿。注漿采用3根注漿管，不同壓力不同時(shí)段分3次完成，最終達(dá)到設(shè)計(jì)要求，錨桿樁剖面圖見(jiàn)圖6。

3.2.2 施工難點(diǎn)

復(fù)合錨桿樁設(shè)置于教堂西側(cè)門(mén)口，對(duì)應(yīng)位置有污水管、上水管、市政箱變和教堂附屬結(jié)構(gòu)物等，施工限制因素多。錨桿樁平面圖見(jiàn)圖7。

圖7 復(fù)合錨桿樁平面布置圖Fig.7 Plan layout of composite anchor pile

鉆孔施工前采用人工開(kāi)挖探溝，探明地下管線，避開(kāi)管線位置預(yù)埋PVC導(dǎo)向管，然后回填平整場(chǎng)地，錨桿樁材料在加工場(chǎng)預(yù)制好運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)，錨桿樁主筋采用直螺紋套筒連接。PVC導(dǎo)向管預(yù)埋照片見(jiàn)圖8。

圖8 探孔后預(yù)埋PVC導(dǎo)向管Fig.8 Embedded PVC guiding pipe

3.3 深孔加固注漿

采用二重管后退式注漿施工工藝，注水泥－水玻璃雙液漿，每12 m一個(gè)循環(huán)，共3個(gè)循環(huán)，起止位置為教堂結(jié)構(gòu)前后8 m。

1)主要參數(shù)。在每循環(huán)掌子面上按扇形布置，在鉆孔的前端間距控制在1.0 m，采用工程鉆機(jī)成孔，套管施工。注漿斷面范圍見(jiàn)圖9。

2)注漿。漿液用水泥水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比控制在1∶0.8，水玻璃濃度調(diào)整到25Be';2種漿液按照體積比1∶1拌制，注漿采用液壓雙液注漿泵，注漿壓力控制在 1.0 MPa。

圖9 深孔注漿斷面圖(單位:mm)Fig.9 Layout of deep-hole grouting holes(mm)

3)施工作業(yè)順序。先外圈，后內(nèi)圈，間隔鉆孔注漿。

4)效果檢測(cè)。注漿后土體無(wú)側(cè)向抗壓強(qiáng)度0.5 MPa，采取洛陽(yáng)鏟開(kāi)挖取芯，點(diǎn)測(cè)計(jì)測(cè)算，在試驗(yàn)段施工時(shí)做過(guò)一次試驗(yàn)，加固體能夠達(dá)到0.52 MPa。每次開(kāi)挖8 m，預(yù)留4 m的注漿搭接，如圖6所示。開(kāi)挖施工如發(fā)現(xiàn)有注漿薄弱地段，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充注漿，深孔注漿立體示意見(jiàn)圖10。

圖10 深孔注漿斷面圖(單位:mm)Fig.10 Layout of deep-hole grouting holes(mm)

4 施工效果

通道施工完成后，通道施工完成后沉降變形穩(wěn)定，建筑物最大累計(jì)沉降值為8.80 mm，教堂結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。通道正上方地表點(diǎn)最大沉降累計(jì)值為16.33 mm，通道開(kāi)挖通過(guò)后拱頂出現(xiàn)局部滲水，回填注漿完成后無(wú)滲水，沉降對(duì)比數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

對(duì)比隔離樁兩側(cè)測(cè)點(diǎn)累計(jì)沉降數(shù)值，復(fù)合錨桿樁起到了隔離效果。

表3 相同里程位置隔離樁兩側(cè)沉降數(shù)據(jù)對(duì)比Table 3 Comparison and contrast between values of settlement on one side of separating piles and those on the other side of separating piles mm

5 結(jié)論與建議

通過(guò)本工程實(shí)例驗(yàn)證，深孔注漿在含水粉細(xì)砂層能夠起到固結(jié)和止水的雙重加固效果，并且適合在空間較小的暗挖通道內(nèi)施工;在施工場(chǎng)地受制約大的情況下，隔離結(jié)構(gòu)采用復(fù)合錨桿樁的形式具有優(yōu)越性。地表采用復(fù)合錨桿樁隔離+洞內(nèi)深孔注漿加固復(fù)合技術(shù)從安全、工期、進(jìn)度方面都是適合本工程的，施工實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)預(yù)期的效果，可以在類似的暗挖側(cè)穿既有建筑物工程中推廣應(yīng)用。

與暗挖施工相關(guān)的許多輔助加固工藝已經(jīng)很成熟，在不同的限制條件情況下，如何有效地根據(jù)工藝的特點(diǎn)，復(fù)合應(yīng)用各種加固措施，需要根據(jù)具體施工情況而定。

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