地鐵暗挖隧道近距離下穿區(qū)間正線及建筑物施工技術(shù)研究

王旺龍 潘盟 李丹

【摘 ?要】哈爾濱軌道交通3號(hào)線二期工程土建工程出入段線暗挖區(qū)間在DK0+610.803～DK0+856.054里程段下穿區(qū)間正線，兩者豎向凈距只有1.4-1.8m，區(qū)間在入DK0+605.551～入DK0+700.543和出DK0+634.089～出DK0+744.176段范圍內(nèi)下建筑物（林機(jī)醫(yī)院和東奧家園）一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源，兩者豎向凈距13-17m。兩者距離較近，淺埋暗挖法開(kāi)挖過(guò)程存在風(fēng)險(xiǎn)，隧道開(kāi)挖支護(hù)過(guò)程可能引起土體沉降，對(duì)先期正線隧道以及地面建筑存在較大影響，下穿過(guò)程中采取了超前小導(dǎo)管注漿，地面建筑周邊袖閥管注漿加固地層，上下臺(tái)階預(yù)留核心土發(fā)開(kāi)挖，大剛度和高強(qiáng)度的初期支護(hù)結(jié)構(gòu)和上臺(tái)階設(shè)臨時(shí)仰拱支護(hù)結(jié)構(gòu)，同時(shí)加強(qiáng)施工監(jiān)控量測(cè);后續(xù)沉降采用徑向注漿等技術(shù)措施和技術(shù)手段，保證了地面建筑物及區(qū)間正線基本原狀和隧道勝利貫通。該研究結(jié)果對(duì)今后類似工程的施工具有重要的指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】淺埋暗挖隧道;近距離下穿;區(qū)間正線;建筑物;施工技術(shù)

1.研究背景

地鐵施工以設(shè)計(jì)圖紙、現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)，在施工中嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙及規(guī)范規(guī)定的前提下，仍不可避免會(huì)出現(xiàn)局部變形及沉降過(guò)大，地面建筑物及既有線路隧道支護(hù)因不均勻沉降而產(chǎn)生裂縫等隱患，造成此類情況的原因很多，如不可預(yù)知地質(zhì)情況、建筑物自身情況、施工工法及施工工序的合理性等。本文就結(jié)合我標(biāo)段實(shí)際情況在下穿正線及地面建筑（林機(jī)醫(yī)院和冬奧家園），合理組織施工工序及采取的措施方面進(jìn)行研究及分析。

2.工程概況

出入線段區(qū)間線路全長(zhǎng)約2.5km，其中暗挖隧道左線507米，右線370米，最小轉(zhuǎn)彎半徑為R=220米，隧道最大埋深約14米，為單洞單線馬蹄形斷面，礦山法施工，臺(tái)階法+臨時(shí)仰拱開(kāi)挖。區(qū)間在入DK0+605.551～入DK0+700.543和出DK0+634.089～出DK0+744.176段范圍內(nèi)下建筑物（林機(jī)醫(yī)院和東奧家園）一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源;在入DK0+543.929～入DK0+567.535段和出DK0+586.054～出DK0+610.803段范圍內(nèi)下穿區(qū)間正線二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源，使得工程風(fēng)險(xiǎn)大為增加。暗挖隧道左右線分別設(shè)作出土施工豎井一座，分別由1#、2#豎井向進(jìn)鄉(xiāng)街站和汽輪機(jī)站單向開(kāi)挖。

區(qū)間穿越地層主要為4-2粉質(zhì)粘土，可塑，中等壓縮性;5-1粉質(zhì)粘土，可塑，中等壓縮性，地面高程介于介于138.7～167.7m之間，自然高差較大。地下水為孔隙承壓潛水和地面管線滲漏水為主，對(duì)地鐵隧道開(kāi)挖支護(hù)施工影響很大。

下穿琳機(jī)醫(yī)院：設(shè)計(jì)里程：入DK0+605.551～入DK0+700.543，加固區(qū)間長(zhǎng)約115m，出入段線礦山法區(qū)間下穿琳機(jī)醫(yī)院及其東側(cè)住宅樓，區(qū)間線路下穿住宅樓相交角度為50?，琳機(jī)醫(yī)院建于二十世紀(jì)六十年代，結(jié)構(gòu)總寬15.2m，建筑呈L型，L型長(zhǎng)度分別為35.3m、63m其中四層部分為磚混結(jié)構(gòu)，局部五層部分為內(nèi)框架結(jié)構(gòu)，樓板為預(yù)制混凝土空心板。區(qū)間初支結(jié)構(gòu)分為上下兩個(gè)導(dǎo)洞，中間用零時(shí)仰拱進(jìn)行支撐，洞頂初支外皮距離琳機(jī)醫(yī)院基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)豎向距離12米～14米。

下穿東奧家園：設(shè)計(jì)里程：出DK0+634.089～出DK0+744.176，加固區(qū)間長(zhǎng)約130m。區(qū)間下穿東奧家園住宅樓。住宅樓為七層框架剪力墻結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)總寬18.36m。凈高20.7m。區(qū)間線路下穿住宅樓相交角度為31?，區(qū)間初支結(jié)構(gòu)分為上下兩個(gè)導(dǎo)洞，中間用臨時(shí)仰拱進(jìn)行支撐，洞頂初支外皮距離住宅樓基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)豎向距離15米～17米。

下穿區(qū)間正線：區(qū)間在入DK0+543.929～DK0+567.535、出DK0+586.054～DK0+610.803處下穿區(qū)間正線隧道，出入段線區(qū)間結(jié)構(gòu)與區(qū)間正線結(jié)構(gòu)凈距約為1.45～2.14m，兩者距離較近，開(kāi)挖過(guò)程中存在風(fēng)險(xiǎn)。為了確保施工安全，在下穿正線段增加格柵鋼架臨時(shí)仰拱，臨時(shí)仰拱結(jié)構(gòu)形式同下穿建筑物段結(jié)構(gòu)形式。

3.開(kāi)挖與支護(hù)工藝流程

隧道下穿建筑物及正線開(kāi)挖前在隧道拱頂部位150度范圍內(nèi)打設(shè)L=2500mm和L=3500mm雙排超前小導(dǎo)管，水平傾角10°-15°和30°-45°;上部采用弧型開(kāi)挖，預(yù)留核心土的斷面面積應(yīng)大于開(kāi)挖斷面面積的50%，確保掌子面穩(wěn)定。開(kāi)挖每循環(huán)進(jìn)尺0.5m，隨即施作格柵鋼架網(wǎng)噴砼初期支護(hù)。并在拱腳兩側(cè)設(shè)?42×3.25，L=2.5m鎖腳錨管，與格柵鋼架焊連，形成鎖腳;架設(shè)臨時(shí)仰拱開(kāi)挖下半部土體，及時(shí)接長(zhǎng)鋼架，并盡快封閉成環(huán)。

4.下穿建筑物及區(qū)間正線段加固技術(shù)

4.1加強(qiáng)超前地質(zhì)探測(cè)

為準(zhǔn)確了解掌子面前方圍巖地質(zhì)情況及富水情況，重點(diǎn)預(yù)報(bào)突水涌泥、斷層破碎帶、及不明管線等不確定性因素的具體位置，隧道洞身開(kāi)挖前，利用地質(zhì)雷達(dá)掃描掌子面前方土體，同時(shí)打設(shè)超前探孔，探明掌子面前方施工地質(zhì)情況，為隧道開(kāi)挖支護(hù)提供技術(shù)保障。

4.2前小導(dǎo)管注漿加固技術(shù)

為了確保隧道下穿建筑物安全，開(kāi)挖前打設(shè)雙排超前小導(dǎo)管注射水泥漿預(yù)加固和格柵網(wǎng)噴混凝土的支護(hù)措施。在隧道拱部150°范圍內(nèi)設(shè)置雙排超前小導(dǎo)管。小導(dǎo)管采用φ=42mm，t=3.5mm熱軋無(wú)縫鋼管制作，長(zhǎng)2.5m和3.5m兩種，前端做成尖錐形，管壁上每隔10-20cm交錯(cuò)鉆眼，梅花型布置;眼孔直徑為6-8mm。尾部1000mm不鉆注漿孔作為預(yù)留止?jié){段，注漿漿液根據(jù)地層情況選用水泥漿（拱部存在上層滯水的地段采用水泥水玻璃雙液漿），漿液配比應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，并根據(jù)圍巖條件控制好注漿壓力（注漿壓力0.4～0.6MPa），要求注漿體擴(kuò)散半徑不小于0.5m。為防止?jié){液外漏，必要時(shí)可在孔口處設(shè)置止?jié){塞。

4.3初支背后注漿施工

隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中，初期支護(hù)施工時(shí)拱頂及側(cè)壁預(yù)埋42水煤氣管，t=3.25mm，長(zhǎng)度0.8m，環(huán)向間距3m，縱向間距3m， 呈梅花形布置，初期支護(hù)閉合5m長(zhǎng)度后，即對(duì)初支背后壓注水泥漿液，漿液配比應(yīng)由現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定，注漿壓力0.4～0.6MPa。

初支背后注漿回填采用定壓注漿方式進(jìn)行，即回填注漿在最大設(shè)計(jì)壓力下停止吸漿即可結(jié)束。

4.4袖閥管預(yù)注漿加固技術(shù)

為了提高建筑物基礎(chǔ)地基承載力，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況對(duì)建筑物周邊地表打設(shè)袖閥管對(duì)建筑物條形基礎(chǔ)下的地基持力層進(jìn)行注漿加固。在隧道下穿范圍兩側(cè)各延伸10米做為袖閥管注漿加固范圍，水平距離房屋3米，孔間距1米，3排梅花形布置。鉆孔斜向45°打入地下，鉆孔斜向長(zhǎng)度10米，漿液采用水泥砂漿，擴(kuò)散半徑1m。

根據(jù)監(jiān)控反饋信息，當(dāng)建筑物累計(jì)沉降量最大允許值時(shí)，需進(jìn)行注漿加固。注漿材料采用水泥砂漿，后退式分段注漿。注漿前應(yīng)先進(jìn)行注漿試驗(yàn)，注漿壓力以現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)為準(zhǔn)，不宜過(guò)大，注漿過(guò)程中必須對(duì)建筑物進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)測(cè)，以防止注漿壓力過(guò)大造成地面隆起等影響建筑物安全的問(wèn)題。單段注漿壓力達(dá)到要求時(shí)，即可停止注漿，進(jìn)行下一段注漿。整體注漿結(jié)束后對(duì)建筑監(jiān)測(cè)值為控制標(biāo)準(zhǔn)，變形穩(wěn)定、停止沉降即可停止注漿。

4.5初支徑向注漿加固技術(shù)

為防止地面建筑受滲漏水影響繼續(xù)下沉，造成房屋開(kāi)裂， 針對(duì)下臺(tái)階掌子面拱腳位置隧道左右側(cè)打設(shè)小導(dǎo)管注雙液漿，打設(shè)長(zhǎng)度2.5米，環(huán)向3根和2根交錯(cuò)呈梅花型布置，環(huán)、縱向間距為50厘米，如圖3-6所示，注漿壓力控制在0.6MPa以內(nèi)。隧道拱頂部位利用預(yù)埋初支注漿管引導(dǎo)搭設(shè)長(zhǎng)度2.5米注漿孔，環(huán)向間距2.5米，縱向間距3m進(jìn)行注漿加固，如圖3-7所示。

5.監(jiān)控量測(cè)

為確保施工期間隧道結(jié)構(gòu)附近地下管線及周圍建（構(gòu)）筑物、道路和設(shè)施的安全及正常使用，施工前加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，做到信息化施工。同時(shí)，通過(guò)施工監(jiān)控量測(cè)掌握圍巖、支護(hù)結(jié)構(gòu)、場(chǎng)內(nèi)周圍建（構(gòu)）筑物的動(dòng)態(tài)變形情況，并及時(shí)分析、預(yù)測(cè)和反饋信息，以指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，確保工期和施工安全，并未以后類似工程做好技術(shù)儲(chǔ)備。

暗挖隧道結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)由洞內(nèi)監(jiān)測(cè)和洞外監(jiān)測(cè)組成。洞內(nèi)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要有拱頂沉降、凈空收斂;洞外監(jiān)測(cè)項(xiàng)目較多，主要包括建（構(gòu)）筑物變形如房屋沉降、水平位移、管線沉降、房屋裂縫、地表沉降等監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求及監(jiān)測(cè)規(guī)范，為確保施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的真實(shí)有效，為現(xiàn)場(chǎng)施工做好指導(dǎo)，在建筑物及地表、隧道洞內(nèi)埋設(shè)監(jiān)控量測(cè)點(diǎn)，按照監(jiān)測(cè)方案對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，收集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，從而判斷施工過(guò)程中各參數(shù)是否滿足要求。必要時(shí)對(duì)施工各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，保障地表沉降與建筑物沉降滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

6.結(jié)語(yǔ)

地層淺埋隧道下穿建筑物施工時(shí)，為控制建筑 物沉降，應(yīng)采取有效的加固方法、開(kāi)挖方法，嚴(yán)格控制 隧道超挖和地層損失率，及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)，控制地 表和建筑物沉降。

哈爾濱軌道交通3號(hào)線出入段線區(qū)間暗挖隧道洞身開(kāi)挖支護(hù)施工過(guò)程中，通過(guò)采取了超前地質(zhì)探測(cè)、超前支護(hù)、初支壁后注漿、袖閥管加固、初支徑向注漿加固、短臺(tái)階法施工以及合理的施工監(jiān)控量測(cè)等措施，成功順利完成隧道下穿區(qū)間正線及建筑物一二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)源任務(wù)，施工過(guò)程取得的成功經(jīng)驗(yàn)可為今后類似工程借鑒。

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