大連地鐵區(qū)間隧道過河段施工技術(shù)研究

鐘 國

(大連地鐵有限公司，遼寧 大連 116021)

1 工程概況

大連市地鐵一期工程110標(biāo)段學(xué)苑廣場站—海事大學(xué)站區(qū)間全長1 246 m，暗挖法施工，區(qū)間中部設(shè)置施工豎井，豎井至區(qū)間段終點海事大學(xué)站為457.465 m，穿越凌水河，位于不良地質(zhì)軟弱地層淺埋段，該段落大部分位于凌水河河道內(nèi)，并先后近接河凌水一號橋和下穿凌海橋，隧道上部土層分布大量的管線，如圖1所示。

圖1 過河段位置示意圖

下穿凌水河段工程地質(zhì):

沿線原始地貌為剝蝕殘丘及凌水河階地，地形起伏較大，區(qū)間范圍內(nèi)上覆第四系人工堆積層、沖洪積層，下伏震旦系長嶺子組板巖。

場地地層自上而下依次為:素填土層、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、卵石層、強風(fēng)化板巖層及中風(fēng)化板巖層，而根據(jù)地質(zhì)縱向剖面圖區(qū)間隧道主要穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層、卵石層、強風(fēng)化板巖層及中風(fēng)化板巖層。

該段水文地質(zhì)情況:本場地地下水按賦存條件主要為孔隙水及基巖裂隙水?？紫端饕x存在卵石層中，基巖裂隙水主要賦存于強風(fēng)化及中風(fēng)化板巖中。勘察期間穩(wěn)定地下水位埋深1.00 m～8.30 m，水位高程 0.34 m～30.52 m。地下水總的徑流方向為由北西向南東。地下水的排泄途徑主要是蒸發(fā)和地下徑流。主要補給來源為大氣降水和徑流補給。

2 施工中主要風(fēng)險源分析

本路段的風(fēng)險源有凌水一號橋(樁基礎(chǔ))、凌海橋(擴大淺基礎(chǔ))兩個構(gòu)造物，此段不良地質(zhì)軟弱淺埋地層段，其中主要包括砂卵石層段及淤泥層段。隧道上方河底以下分布著φ1 200 mm，φ700 mm，φ500 mm三條自來水供水管線、φ1 000 mm污水管線及煤氣管線，對沉降要求極高，此段區(qū)間隧道上軟下硬，需要爆破施工，極易產(chǎn)生隧道坍塌、管線斷裂和突泥涌水災(zāi)害。所以過凌水河段落管線必須采取措施，否則極易造成災(zāi)害性的事故發(fā)生。

2.1 臨橋隧道作業(yè)，橋樁安全存在風(fēng)險

凌水一號橋隸屬大連交通主干道黃浦路，交通壓力極大，并有重車行駛，此橋下還布設(shè)了數(shù)十條各種管線，管線與橋基礎(chǔ)相聯(lián)系，在隧道開挖施工過程中，如果給橋樁基礎(chǔ)帶來地基承載力失衡，則會造成管線集體斷裂，并出現(xiàn)連帶附近202輕軌發(fā)生水平位移，因此此橋存在的風(fēng)險有:沉降、路面開裂、危及管線、樁基滑移等。

凌海橋位于隧道右線之前，由于此段隧道屬于淺埋段，凌海橋臺為重力式擴大基礎(chǔ)，且距離隧道拱頂距離不會很大，此橋有通向海事大學(xué)的光纜等很多線纜，隧道拱頂為強風(fēng)化層、卵石層及淤泥質(zhì)粘土層不良地質(zhì)情況，因此此橋的風(fēng)險有:沉降開裂、危及纜線、隧道塌方，出現(xiàn)海水倒灌，隧道淹沒。

2.2 隧道穿越淺埋不良地質(zhì)，區(qū)間隧道施工安全及管線安全存在風(fēng)險

凌水河區(qū)域為軟弱不良地層段，上軟下硬，隧道開挖需要爆破，在施工中，由于隧道拱頂部圍巖自穩(wěn)能力很差，超前小導(dǎo)管注漿形成的拱頂保護殼體厚度不足70 cm，而且很難連續(xù)成為一整體，受爆破擾動的影響，極可能出現(xiàn)拱頂卵石層下落而形成塌方，洞內(nèi)出現(xiàn)空洞，并造成管線斷裂，則即刻出現(xiàn)海水倒灌，并且將已施工隧道全部淹塌。因此，我部對此段不良地層的風(fēng)險認(rèn)識為:塌方、海水倒灌、淹沒隧道，危及施工人員生命安全。

2.3 河道蓄滯水迅速補充地下水，地層透水性強，區(qū)間隧道面臨灌淹的風(fēng)險

凌水河雖然為季節(jié)性河流(旱季水量較少)，但受潮汐影響，海水倒灌河道，致使河道水位起伏較大。河床以下透水性較強的卵石層較厚，蓄滯水與卵石層具有較好的連通性，致使卵石層孔隙水可得到凌水河蓄滯水的迅速補充(地下水存在較大的動水壓)，從而導(dǎo)致區(qū)間隧道在穿越卵石層時面臨灌淹的風(fēng)險，同時也是地鐵運營期間的不穩(wěn)定因素。

3 過河段施工中采取的主要措施

3.1 區(qū)間隧道過橋處理方案

根據(jù)“橋梁與區(qū)間隧道的空間位置關(guān)系及淺埋地質(zhì)圍巖情況”有針對性地制定保護方案。最初設(shè)想采用雙排φ180鋼管樁(內(nèi)放鋼筋籠并灌注混凝土)沿凌水一號橋縱向進行打設(shè)，但是由于受各種管線及施工場地限制很難操作施工，于是改為洞內(nèi)加強支護處理方式進行保護。

凌水一號橋設(shè)計形式為簡支樁基礎(chǔ)端承樁橋梁，樁底位于隧道上臺階拱角部位，拱頂上部分布著 φ1 200 mm，φ700 mm，φ500 mm三條自來水供水管線、φ1 000 mm污水管線及φ500 mm煤氣管線，對沉降要求非常高，安全隱患很大;隧道下穿凌海橋橋臺的擴大基礎(chǔ)，處理不當(dāng)易產(chǎn)生過變形而導(dǎo)致橋臺開裂。

3.1.1 過凌水一號橋處理方案

隧道初期支護形式為:超前φ50長導(dǎo)管5 m、雙層φ42小導(dǎo)管2.5 m于拱部120°范圍內(nèi)，間距均按600 mm設(shè)置，水平搭接長度不小于2 m，2榀一打，打設(shè)仰角20°，超前注漿導(dǎo)管長3.5 m，水平搭接長度不小于1 m，小導(dǎo)管1榀一打，第一層仰角為10°，第二層仰角為15°，初支格柵間距為500 mm，雙層鋼筋網(wǎng)φ6，150 mm×150 mm，鎖腳錨管雙排打設(shè)。在靠近樁基礎(chǔ)的一側(cè)，打設(shè)系統(tǒng)砂漿錨桿，環(huán)向為60°，長度為2.5 m，間距1 m梅花形布設(shè)，如圖2所示。

圖2 區(qū)間隧道過橋方案

3.1.2 過凌海橋處理方案

區(qū)間隧道右洞下穿凌海橋北側(cè)橋臺，拱頂離橋臺基底距離為6.684 m，隧道拱頂覆土為素填土、卵石和強風(fēng)化板巖，卵石層為強透水層。拱頂120°范圍打設(shè)φ108超前管棚和φ42超前小導(dǎo)管，側(cè)墻打設(shè)φ22砂漿錨桿加強巖體。

3.2 過河段施工措施

此不良地層開挖主要采取“以降為主，以堵為輔，部分特殊地層進行深孔注漿”，根據(jù)地質(zhì)剖面圖及北京市地質(zhì)工程勘察院的結(jié)論，此段淤泥質(zhì)地層降水時地層變形較大，因此以加固為主，卵石地層利用降水的方法可以將地下水降至拱底以下，但是凌水河內(nèi)明水要控制住，隔斷地表水對地下的垂直補給是關(guān)鍵。

此地段卵石層普遍連通，而且厚度不均，根據(jù)地層揭露卵石粒徑大小不均，大的卵石直徑可達(dá)1 m，對于小導(dǎo)管打入及WSS工法成孔都存在很大的考驗。

3.2.1 隧道拱頂河道止水處置河道止水處置主要采用如下措施:

1)通過鋪設(shè)防滲膜，隔斷海水、雨水及污水等通過河道的垂直補給;

2)通過打設(shè)旋噴樁及中間采用二重管無收縮注漿，隔絕或減弱海水及地下水的水平補給。

3.2.2 河道垂直止水處置

鋪設(shè)防滲膜，在區(qū)間上下游打設(shè)旋噴樁的位置開始鋪設(shè)防滲膜，防滲膜表面施作5 cm～10 cm厚噴射砂漿保護層。

防滲膜須鋪至防滲帷幕以外，并做好壓邊防滲處理。防滲膜鋪設(shè)要高出最大汛期水位至少50 cm。

3.2.3 河道水平止水處置施工

在凌水河三處進出口處打設(shè)旋噴樁及其間采用WSS工法注漿進行水平止水，形成阻止地下水水平補給的止水帷幕。

凌水河段有分布不均的淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層，部分段落的淤泥層已深入隧道拱頂，有部分距離隧道拱頂不足1 m，而淤泥層一旦被擾動，將會帶來極大的危害，其危害遠(yuǎn)甚卵石層，因此本段落一個施工難點就是拱頂之上的軟塑～流塑狀態(tài)淤泥質(zhì)粘土層。

3.3 下穿地下管線處理方案

三條給水管線除一條新鋪設(shè)φ700給水管線外，對另兩條給水管線進行并線架空改移處理，徹底解決有壓管線施工中的風(fēng)險問題;對污水管線進行內(nèi)部吹膜防滲處理;煤氣管線通過抱箍等形式加強監(jiān)控量測。

4 結(jié)語

根據(jù)本段區(qū)間地質(zhì)和環(huán)境情況，為確保施工安全，施工中嚴(yán)格按照“先支后掘、超前處理;科學(xué)組織、快速均衡;預(yù)判風(fēng)險、預(yù)案超前”的施工原則進行施工。暗挖施工遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測”的原則考慮各加固措施。施工中做到“及時支護、及時量測、及時反饋、及時修改”信息化施工。

此地段施工中采用超前地質(zhì)預(yù)報并配合超前地質(zhì)鉆孔，掌握地層變化狀況，根據(jù)揭露的不同地層采取了不同的處理方式。

學(xué)海區(qū)間過河段施工安全及隱患比較大，主要采取“外降內(nèi)堵”的實施方案，依據(jù)施工工藝的要求，對隧道開挖圍巖進行了加固，在隧道開挖外輪廓構(gòu)筑一圈剛性體，亦為封閉的止水帷幕墻。確保了開挖面的穩(wěn)定，避免出現(xiàn)隧道變形、地表下沉、海水倒灌，同時防止了開挖面失穩(wěn)造成水土坍塌，也減小了傳到開挖面上的荷載，控制了爆破開挖掘進可能出現(xiàn)的不利現(xiàn)象，順利穿過該區(qū)段。

[1] 劉國寶.淺埋暗挖隧道穿越既有地鐵施工方案分析[J].山西建筑，2011，37(29):146-147.

[2] 陸 平.地鐵隧道上方開挖區(qū)域土體的加固性研究[J].山西建筑，2011，37(20):339-340.