復雜地質(zhì)環(huán)境下異形交叉暗挖通道施工技術(shù)

蔡志勇 吳華州

摘 要：隨著我國城市軌道交通事業(yè)的發(fā)展，地鐵施工的難題隨之增多。針對異形交叉暗挖通道施工問題，本文以北京地鐵3號線朝陽公園站至石佛營站區(qū)間工程為例，根據(jù)工程所處地質(zhì)環(huán)境及相關(guān)設(shè)計參數(shù)，采用CRD法同時輔以超前小導管注漿加固措施的施工方案，有效控制了該工程的風險，保證了工程的順利施工，在整個暗挖通道施工過程中，挑高段部分施工導致的地表沉降量最大，以期為類似工程提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵? 暗挖通道? 施工方案? CRD法

中圖分類號：U455.4 文獻標識碼：A

Abstract： With the development of urban rail transit in China， the difficulties of subway construction are increasing. In view of the construction problems of irregular cross tunneling， taking the section project from Chaoyang Park station to Shifoying station of Beijing Metro Line 3 as an example， according to the geological environment and related design parameters of the project， the construction scheme of CRD method combined with advanced small pipe grouting reinforcement measures is adopted， which effectively controls the risk of the project and ensures the construction of the project. In the construction process of the underground excavation tunnel， the surface settlement caused by the construction of high section tunnel is the largest. It is expected to provide some reference for similar projects.

Key Words： Subway; Excavation tunnel; Construction scheme; CRD

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)得越來越完善。但是，越來越多的地鐵施工難題也隨之出現(xiàn)，其中地鐵隧道大部分敷設(shè)在城市主干道下方，為了避免影響正常交通，只能在合適的位置來布置盾構(gòu)始發(fā)井，使盾構(gòu)機通過一段暗挖橫通道進入?yún)^(qū)間正線。目前，國內(nèi)外對暗挖隧道的研究已有很多[1-6]，但對異形交叉暗挖通道的研究相對較少。本文以北京地鐵3號線朝陽公園站至石佛營站區(qū)間異形交叉暗挖通道施工為例，總結(jié)了其施工工藝。

1 工程概況

北京地鐵3號線朝陽公園站至石佛營站正線區(qū)間線路基本呈東西走向，位于朝陽公園南路及姚家園路下方，區(qū)間里程K34+933.197～K36+236.076，總長1302.879m，采用暗挖法和盾構(gòu)法施工。朝石區(qū)間盾構(gòu)始發(fā)橫通道中心線與區(qū)間右線交點里程為K35+188.394，與正線區(qū)間左線交點里程為K35+178.439。盾構(gòu)始發(fā)加寬段及盾構(gòu)始發(fā)段暗挖區(qū)間正線左線里程K35+181.059～K35+206.189，設(shè)計長度25.1m，右線里程K35+191.014～K35+216.144，設(shè)計長度25.1m。始發(fā)橫通道下穿Φ600上水管、Φ400中壓燃氣管、Φ600高壓燃氣管等重要市政管線。始發(fā)橫通道平面示意圖如圖1所示。

如圖1所示，1'-1'和1-1斷面為橫通道標準段，2a-2a、2b-2b、2c-2c和2d-2d斷面為橫通道挑高過渡段，3-3斷面為橫通道挑高段，4-4斷面為盾構(gòu)始發(fā)加寬段，5-5斷面為盾構(gòu)始發(fā)段，6-6斷面為暗挖區(qū)間段。始發(fā)橫通道采用礦山法施工，所處地質(zhì)環(huán)境從上向下依次為：雜填土①、黏質(zhì)粉土②、粉細砂④、卵石⑥1、粉質(zhì)黏土⑦、細中砂⑧、卵石⑨層。工程影響范圍內(nèi)有3層地下水，分別為：潛水（二）、層間水（三）和承壓水（四），其中盾構(gòu)井采用封閉管井降水方案，橫通道采用雙線雙排管井降水方案。

2 橫通道施工方案

始發(fā)橫通道總體施工順序為：采用明挖法開挖盾構(gòu)始發(fā)井，破除橫通道一側(cè)馬頭門施工橫通道標準段、挑高過渡段和挑高段，破除北側(cè)盾構(gòu)始發(fā)加寬段馬頭門施工北側(cè)盾構(gòu)始發(fā)加寬段和盾構(gòu)始發(fā)段，破除北側(cè)暗挖區(qū)間馬頭門施工北側(cè)暗挖區(qū)間，破除南側(cè)盾構(gòu)始發(fā)加寬段馬頭門施工南側(cè)盾構(gòu)始發(fā)加寬段和盾構(gòu)始發(fā)段，破除南側(cè)暗挖區(qū)間馬頭門施工南側(cè)暗挖區(qū)間。始發(fā)橫通道結(jié)構(gòu)形式變化較多，施工較為復雜，具體每個斷面施工方案如下所述。

2.1 橫通道標準段

橫通道標準段1'-1'和1-1斷面為直墻拱結(jié)構(gòu)，全長為46.769m，其中1'-1'斷面長1.83m，1-1斷面長44.939m，拱頂埋深18.498m，采用CRD法施工，斷面形式及導洞施工順序如圖2所示。其中各導洞采用臺階法施工，臺階長度為5m，且相鄰導洞施工距離為8～10m。

施工順序說明：首先進行超前小導管注漿加固地層;依次完成①、②、③、④導坑開挖并及時封閉初期支護;不鋪設(shè)防水層，不拆除中隔壁及臨時仰拱，剔除中隔壁、臨時仰拱與二襯之間部分砼保留格柵鋼筋，施作二次襯砌;待二襯混凝土達到設(shè)計強度的80%后，在盾構(gòu)機下井前拆除中隔壁及臨時仰拱，一次破除長度為6m。

2.2 橫通道挑高過渡段

當橫通道開挖至挑高段起點里程時，先臨時錨噴混凝土封閉上臺階范圍內(nèi)的掌子面作為止?jié){墻，完成超前深孔注漿加固挑高段拱部土體，漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，深孔注漿范圍為開挖輪廓線以上1.5m，開挖輪廓線以下0.5m。挑高過渡段全長13.55m，由標準段依次通過2a-2a、2b-2b、2c-2c和2d-2d斷面過渡至挑高段斷面，其中2a-2a斷面長4.35m，2b-2b斷面長4.5m，2c-2c斷面長3.675m，2d-2d斷面長1.025m，斷面形式及導洞施工順序如圖3所示。挑高過渡段采用CRD法施工，各導洞均采用臺階法施工，上臺階預留核心土，下臺階預留減壓槽，上下臺階縱向錯開距離為3～5m，相鄰導洞錯開距離不小于10m。過渡段爬坡角度為1∶3，每開挖一環(huán)，高度依次增加，采用仰挖作業(yè)方式，開挖前必須保證深孔注漿質(zhì)量，開挖至易坍塌土層或滲水層時，可輔以超前注漿導管進行二次加固。

其中四導洞斷面施工順序同1-1斷面，六導洞斷面施工順序為：首先進行超前小導管注漿加固地層;依次完成①、②、③、④、⑤、⑥導坑開挖并及時封閉初期支護;不鋪設(shè)防水層，不拆除中隔壁及臨時仰拱，剔除中隔壁、臨時仰拱與二襯之間部分砼保留格柵鋼筋，施作二次襯砌;待二襯混凝土達到設(shè)計強度的80%后，在盾構(gòu)機下井前拆除中隔壁及臨時仰拱，一次破除長度為6m。

2.3 橫通道挑高段

橫通道挑高段3-3斷面全長34.234m，采用CRD法施工，斷面形式及導洞施工順序如圖4所示。施工過程嚴格按照各導洞設(shè)計施工順序進行施工，各導洞均采用臺階法施工，上臺階預留核心土，下臺階預留減壓槽，上下臺階縱向錯開距離為3～5m，相鄰導洞錯開距離不小于10m。

2.4 盾構(gòu)始發(fā)加寬段及盾構(gòu)始發(fā)段

盾構(gòu)始發(fā)加寬段4-4斷面為直墻弧頂CRD結(jié)構(gòu)，全長21.9m。盾構(gòu)始發(fā)段5-5斷面為馬蹄形CRD結(jié)構(gòu)，全長21.5m。斷面形式及導洞施工順序如圖5所示，施工順序及注意事項同四導洞斷面施工。

2.5 暗挖區(qū)間

暗挖區(qū)間6-6斷面為馬蹄形斷面，采用臺階法開挖，斷面形式如圖6所示。施工順序為：首先進行超前小導管注漿加固地層;開挖上臺階土體，預留核心土，并及時進行格柵支護;開挖下臺階土體，并及時進行下臺階支護，上下臺階長度為5m;施作二次襯砌。

2.6區(qū)間正線暗挖段馬頭門破除

盾構(gòu)始發(fā)橫通道臨時二襯施工完成后，進行開馬頭處超前支護，再進行馬頭門破除施工。盾構(gòu)始發(fā)橫通道區(qū)間正線需要進行4處馬頭門破除施工，馬頭門施工方法如下。

2.6.1測量放線

測量放線主要是為了控制區(qū)間正線施工過程中馬頭門輪廓線，在正線開挖施工前，通過盾構(gòu)始發(fā)井測量確定精確導線后，按照設(shè)計圖在橫通道側(cè)壁上測放出暗挖區(qū)間及盾構(gòu)始發(fā)加寬段馬頭門開挖輪廓線。

2.6.2土體超前支護和加固

馬頭門破除前，進行超前支護施工。注水泥、水玻璃雙液漿，注漿壓力為0.4～0.6MPa，具體注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場實際效果進行調(diào)整。同時對開馬頭門處存在尖角部位土體進行注漿加固，防止開挖過程中土體坍塌。洞間土體加固范圍為橫通道側(cè)壁外側(cè)3m，區(qū)間正線與橫通道夾角處3m范圍內(nèi)注漿加固。盾構(gòu)始發(fā)加寬段馬頭門破除施工前，沿著開挖輪廓線外打設(shè)一排長度4m，環(huán)向間距300mm的加強小導管，形成超前支護。暗挖區(qū)間在馬頭門施工前，沿著開挖輪廓線外打設(shè)一排長度2m，環(huán)向間距300mm的超前支護小導管，同時打設(shè)一排長度3m，環(huán)向間距300mm的加強小導管。

2.6.3馬頭門破除施工

盾構(gòu)始發(fā)加寬段在超前支護施工完成后，采用水鉆和風鎬沿著開挖輪廓線進行馬頭門破除，破除完成后安裝第一榀格柵，格柵拱頂主筋與盾構(gòu)始發(fā)井橫通道臨時二襯環(huán)梁預留φ22鋼筋焊接，鋼筋長度1000mm，采用單面焊接，搭接長度為10d（d=22mm），必要時采用幫焊加強處理，其中幾榀不封閉格柵的臨時仰拱與橫通道臨時仰拱主筋焊接成一體，并噴射混凝土形成整體。完成后進行盾構(gòu)始發(fā)加寬端開挖施工。暗挖區(qū)間在超前小導管施工完成后，采用水鉆和風鎬沿著開挖輪廓線進行馬頭門破除，破除完成后密排三品格柵，間距350mm，臨時仰拱間距250mm，與盾構(gòu)始發(fā)井橫通道初襯格柵焊接為一體。完成后進行暗挖區(qū)間段施工。

3 地表沉降結(jié)果分析

交叉暗挖通道施工期間對地表沉降進行持續(xù)監(jiān)測，分別在區(qū)間左線隧道上方地表布置了DB-02-35、DB-02-36、DB-02-37、DB-02-38、DB-02-42、DB-02-43六個監(jiān)測點，在區(qū)間右線隧道上方地表布置了DB-02-45、DB-02-46、DB-02-47、DB-02-49、DB-02-50、DB-02-51六個監(jiān)測點，地表沉降監(jiān)測點布置圖如圖7所示。取區(qū)間左線隧道上方測點DB-02-38監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，如圖8所示。

由沉降測點DB-02-38的歷時變化曲線分析可得，由于隧道開挖前地層超前深孔注漿加固導致地表略微隆起，隨著挑高段導洞開挖，地表沉降開始增加，當開挖面到達監(jiān)測點所在斷面時地表沉降開始急劇增加，挑高段橫通道施工完畢后地表沉降達到67.1mm，其中挑高段施工導致沉降量占總沉降量的70%，盾構(gòu)始發(fā)加寬段和暗挖區(qū)間段施工結(jié)束后地表累計沉降量為88.5mm。

4 結(jié)語

本文以北京地鐵3號線朝陽公園站至石佛營站區(qū)間礦山法施工的盾構(gòu)始發(fā)橫通道為例，介紹了該暗挖橫通道所處水文地質(zhì)環(huán)境及施工方案，重點闡述了區(qū)間正線暗挖段馬頭門破除的施工工藝，并且挑高段施工導致的沉降量占總沉降量的70%?，F(xiàn)場實踐表明，該暗挖橫通道4次大角度斜開馬頭門工藝及施工方案是安全可行的。

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