砂卵石地層暗挖隧道近距離下穿既有線施工技術(shù)

張軍榮

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砂卵石地層暗挖隧道近距離下穿既有線施工技術(shù)

張軍榮

（中鐵三局集團(tuán)橋隧工程有限公司，四川 成都 610083）

針對(duì)成都軌道交通8號(hào)線下穿成都軌道交通7號(hào)線運(yùn)營(yíng)線，兩者之間的垂直距離僅2.5 m，并且處于富水砂卵石地層中，施工難度大。通過采取相關(guān)措施可確保既有隧道及暗挖隧道的安全，即通過管片注漿對(duì)既有7號(hào)線進(jìn)行注漿加固，穩(wěn)定地層；在8號(hào)線暗挖隧道施工前，對(duì)所處砂卵石地層進(jìn)行降水施工，以增加卵石地層的穩(wěn)定性；暗挖隧道施工過程中，采用大管棚結(jié)合超前小導(dǎo)管進(jìn)行超前地質(zhì)加固，同時(shí)，采用交叉中隔壁法進(jìn)行隧道開挖，以控制圍巖變形及既有線、地表沉降。同時(shí)，施工過程中對(duì)既有線斷面及暗挖隧道拱頂沉降及水平收斂情況進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明，采用既有線預(yù)加固、降水施工、超前地層支護(hù)等措施可以提高地層的穩(wěn)定性，在確保暗挖隧道施工安全的同時(shí)保證了既有線的安全。

砂卵石地層；地層加固；CRD工法；拱頂沉降

隨著地鐵飛速發(fā)展，新建地鐵線路與既有線交叉頻率也日漸提升，交叉段施工安全控制尤為重要。成都軌道交通8號(hào)線下穿成都軌道交通7號(hào)線運(yùn)營(yíng)線，兩者之間的垂直距離僅有2.5 m，并且處于富水砂卵石地層中，施工難度大。本文結(jié)合其位置關(guān)系及水文地質(zhì)情況，詳細(xì)介紹了暗挖隧道施工的整體部署及施工技術(shù)措施，確保了暗挖隧道穿越施工期間軌道交通7號(hào)線的安全。

1 工程概括及水文地質(zhì)條件

成都市成都軌道交通8號(hào)線殷家林站—高朋大道站區(qū)間隧道下穿7號(hào)線，穿越段采用暗挖施工，暗挖段位于神仙樹1號(hào)風(fēng)亭組活塞風(fēng)井與高朋大道站南端頭之間，暗挖段與7號(hào)線平面呈正交，暗挖段隧道長(zhǎng)約42.795 m，拱頂埋深約20 m，隧道頂部距離既有7號(hào)線區(qū)間隧道僅有2.5 m。隧道采用圓形斷面，左線開挖寬度為8.34 m，右線開挖寬度為7.74 m。隧道拱頂穿越巖層主要有中密卵石層、密實(shí)卵石層，圍巖等級(jí)為Ⅵ級(jí)。本暗挖段在鉆孔中測(cè)得區(qū)間場(chǎng)地地下水位埋深為12.80～15.70 m，高程482.93～486.13 m。暗挖隧道穿越7號(hào)線剖面示意圖如圖1所示。

2 總體施工方案

為了確保成都軌道交通7號(hào)線的安全，根據(jù)8號(hào)線與7號(hào)線的位置關(guān)系、水文地質(zhì)條件，對(duì)施工安全、進(jìn)度、成本等方面分析后，最終確定暗挖隧道總體施工方案為：通過管片注漿孔對(duì)正在鋪設(shè)軌道的7號(hào)線進(jìn)行注漿加固，穩(wěn)定地層；富水砂卵石地層自穩(wěn)性差，因此通過降水以增加砂卵石地層的穩(wěn)定性，暗挖隧道通過管井降水施工方法，再次穩(wěn)固地層；暗挖施工中采用大管棚結(jié)合超前小導(dǎo)管超前地質(zhì)加固，從而徹底穩(wěn)固地層。隧道施工中采用交叉中隔壁法（CRD工法）開挖，將大斷面隧道分為4個(gè)相對(duì)獨(dú)立的小洞室分部施工，嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的方針進(jìn)行施工，控制圍巖變形及既有線、地表沉降。

圖1 暗挖隧道穿越7號(hào)線剖面示意圖

3 具體施工措施

3.1 既有線加固

暗挖隧道穿越段范圍內(nèi)既有7號(hào)線彼時(shí)正準(zhǔn)備鋪軌施工，因此，通過注漿孔對(duì)穿越段范圍內(nèi)7號(hào)線管片下半部分進(jìn)行深孔徑向注漿加固。注漿加固采用長(zhǎng)3.4 m、Ф50 mm、壁厚4 mm的無縫鋼管，采用雙漿液（水泥∶水∶水玻璃為1∶1∶1；水玻璃波美度為40），注漿壓力為0.5～0.8 MPa，在暗挖施工前5 d完成注漿加固作業(yè)。既有線加固斷面如圖2所示。

圖2 既有線加固斷面圖

3.2 降水施工

3.2.1 降水井布置

砂卵石地層中降水容易帶走細(xì)顆粒，造成地層形成孔洞，可能造成既有線7號(hào)線沉降異常。因此，降水井的位置、深度、構(gòu)造、施工方法及過濾效果必須既能保證降水的效果，也要減少降水施工對(duì)本身地層的影響。通過降水理論計(jì)算，暗挖隧道段共計(jì)布置降水井9口。根據(jù)地質(zhì)情況，泥巖處于在地下32 m左右，降水井深度按照中風(fēng)化巖層以下2.5 m考慮，降水井深度為35 m，管井選用500混凝土管。成井施工選用成井時(shí)間短、過濾效果好的旋挖鉆進(jìn)行施工。降水井的布置如圖3所示。

3.2.2 降水施工及其效果檢測(cè)

降水井成井后，井管采用優(yōu)質(zhì)濾料，濾水段控制在暗挖范圍上下3 m，同時(shí)采用2層10目濾水網(wǎng)，保證在降水過程中盡量少地帶走細(xì)顆粒，同時(shí)在施工過程中，加強(qiáng)降水井的水位監(jiān)測(cè)，對(duì)抽排水的含沙率進(jìn)行測(cè)量。在本次降水施工過程中，降水井中水位一直在隧道底部以下范圍內(nèi)，同時(shí)含砂率測(cè)量結(jié)果小于1/100 000，降水效果得到了良好的保證。

圖3 降水井位置布置示意圖

3.3 超前地層加固

為了保證掌子面開挖穩(wěn)定，采用分段自進(jìn)式大管棚結(jié)合超前小導(dǎo)管施工工藝進(jìn)行暗挖隧道超前地層加固。暗挖隧道拱頂120°，范圍內(nèi)采用12 m大管棚及管棚之間插入2 m小導(dǎo)管方式加固。洞口段大管棚水平布置，超前小導(dǎo)管外插角控制在15°～30°，中間段大管棚外插角控制在5°～10°，小導(dǎo)管外插角布置為15°～30°，管棚每隔10 m施作1次，環(huán)向間距0.4 m，超前小導(dǎo)管環(huán)向間距0.4 m，徑向間距0.5 m。超前地質(zhì)加固布置如圖4所示。

圖4 地層加固圖

超前地層加固施工過程中，先施作大管棚，后施作超前小導(dǎo)管。注漿順序?yàn)橛上轮辽?，左右交替。超前支護(hù)嚴(yán)格按照開挖進(jìn)尺進(jìn)行布設(shè)，保證支護(hù)效果。

3.4 暗挖施工

暗挖隧道施工采用上、下臺(tái)階法開挖，主要采用人工結(jié)合小型機(jī)械開挖的方式。每部開挖完成后及時(shí)施作初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)。上臺(tái)階采用人工風(fēng)鎬開挖翻渣至下臺(tái)階，下臺(tái)階按設(shè)計(jì)要求步距跟進(jìn)施工，主要采用小型機(jī)械進(jìn)行開挖。開挖施工工序如下所示。

第一步：洞室①開挖及支護(hù)，包括洞室開挖、拱部超前注漿管打設(shè)并注漿、立鋼架、噴射混凝土（封閉成環(huán)）、拱背回填注水泥漿、打鎖腳錨管。具體如圖5所示。

第二步：洞室②開挖及支護(hù)，包括洞室開挖、立鋼拱架、噴射混凝土（封閉成環(huán)），洞室①超前洞室②5～7 m。具體如圖6所示。

第三步：洞室③開挖及支護(hù)，包括洞室開挖、拱部超前小導(dǎo)管打設(shè)并注漿、立鋼拱架、噴射混凝土（封閉成環(huán)）、拱背回填注水泥漿、打鎖腳錨管，洞室②超前洞室③5～7 m。具體如圖7所示。

圖5 洞室①開挖

圖6 洞室②開挖

圖7 洞室③開挖

第四步：洞室④開挖及支護(hù)，包括洞室開挖、立鋼拱架、噴射混凝土（封閉成環(huán)），洞室③超前洞室④5～7 m。具體如圖8所示。

第五步：分段拆除臨時(shí)仰拱，不拆除中隔壁施作防水層（防水保護(hù)層）及二次襯砌。

4 監(jiān)測(cè)技術(shù)措施

4.1 監(jiān)測(cè)目的

為及時(shí)了解暗挖隧道施工對(duì)既有地鐵7號(hào)線的影響，判斷既有線的安全、穩(wěn)定。根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，預(yù)測(cè)對(duì)后續(xù)施工的影響，及時(shí)采取有效措施，確保既有線的安全。及時(shí)掌控暗挖隧道周圍圍巖和圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形情況，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷暗挖隧道施工的風(fēng)險(xiǎn)性，必要時(shí)及時(shí)優(yōu)化施工工藝及方法，確保暗挖隧道安全。

4.2 對(duì)既有線的監(jiān)測(cè)

4.2.1 監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

施工期間嚴(yán)格落實(shí)控制措施，對(duì)既有線進(jìn)行斷面監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)點(diǎn)平面圖和剖面圖如圖9和圖10所示。

圖8 洞室④開挖

圖9 既有線監(jiān)測(cè)點(diǎn)平圖

4.2.2 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及控制值

既有線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及控制值表如表1所示。

表1 既有線監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及控制值表

序號(hào)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置間距控制值/mm速率/（mm/D） 1道床豎向位移、結(jié)構(gòu)豎向位移斷面間距10 m沉降10，上浮5沉降2，上浮1 2結(jié)構(gòu)水平位移斷面間距10 m102 3道床左右差異沉降斷面間距10 m41 4道床縱向差異沉降斷面間距10 m4/ 5隧道內(nèi)巡視———

4.2.3 監(jiān)測(cè)結(jié)果

監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明暗挖隧道施工中既有7號(hào)線結(jié)構(gòu)豎向位移最大沉降為5.86 mm，水平位移最大為2.21 mm，道床左右差異沉降最大為0.52 mm，縱向差異沉降最大為0.37 mm，均遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)允許范圍內(nèi)，本次暗挖隧道施工，確保了既有線的安全、穩(wěn)定。

4.3 對(duì)暗挖隧道的監(jiān)測(cè)

暗挖隧道內(nèi)主要通過拱頂沉降及水平收斂監(jiān)測(cè)，每5 m布置1個(gè)斷面，每個(gè)斷面共計(jì)7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（其中3個(gè)拱頂沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，4個(gè)水平收斂監(jiān)測(cè)點(diǎn)），正常情況下每天監(jiān)測(cè)2次，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，加大監(jiān)測(cè)頻率。根據(jù)隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)情況，隧道內(nèi)拱頂沉降最大值為4.6 mm，水平收斂最大值為2.95 mm，均在設(shè)計(jì)允許值（30 mm）范圍內(nèi)。

圖10 既有線監(jiān)測(cè)剖面圖

5 結(jié)論

本次砂卵石地層暗挖隧道近距離下穿既有線工程施工中，采用既有線預(yù)加固、降水施工、超前地層支護(hù)等措施加強(qiáng)地層的穩(wěn)定性。施工中施工組織得當(dāng)，施工技術(shù)措施安排合理，成功地完成了成都軌道交通8號(hào)線下穿7號(hào)線施工，保證了在建隧道施工及既有7號(hào)線的安全，加快了施工進(jìn)度，降低了本工程施工風(fēng)險(xiǎn)，為后續(xù)的類似情況工程提供了有效的參考。主要體會(huì)如下：①在砂卵石等軟弱地層暗挖隧道穿越既有線施工過程中，保證掌子面的穩(wěn)定是確保施工安全的核心。本工程通過既有線的預(yù)加固、降水施工及超前支護(hù)等多種施工工藝加固地層，有效保證了暗挖隧道施工及既有線安全穩(wěn)定。②本工程根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際水文地質(zhì)條件、周圍環(huán)境因素等復(fù)雜情況及施工風(fēng)險(xiǎn)，提出了符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況的施工技術(shù)措施，施工技術(shù)靈活多樣，確保了工程的施工安全。③堅(jiān)持信息化施工的先進(jìn)理念，通過降水效果監(jiān)測(cè)、地面監(jiān)測(cè)、隧道內(nèi)監(jiān)測(cè)及既有線監(jiān)測(cè)等手段，有效確保了成都軌道交通8號(hào)線及7號(hào)線既有線的結(jié)構(gòu)安全、穩(wěn)定。

［1］中華人民共各國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.JGJ8—2016建筑變形測(cè)量規(guī)程［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2016.

［2］北京市城鄉(xiāng)建設(shè)委員會(huì).GB 50299—1999地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范（2003版）［S］.北京：中國計(jì)劃出版社，1999.

［3］中華人民共各國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB 50308—2017城市軌道交通工程測(cè)量規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2017.

［4］黃祚瓊.地鐵車站暗挖隧道穿越既有線的施工技術(shù)研究［J］.現(xiàn)代隧道技術(shù)，2014，51（02）：133-139.

2095－6835（2019）01－0048－04

U231.3

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.01.048

張軍榮（1972—），男，山西襄汾人，1994年畢業(yè)于太原重型機(jī)械學(xué)院起重運(yùn)輸與工程機(jī)械專業(yè)，本科，高級(jí)工程師，現(xiàn)從事地鐵項(xiàng)目施工技術(shù)與管理工作。

〔編輯：張思楠〕