城市軌道交通重疊隧道外掛式聯(lián)絡(luò)通道施工關(guān)鍵技術(shù)

王 凱（上海市基礎(chǔ)工程集團(tuán)有限公司，上海 200438）

0 引 言

隨著城市地下空間的不斷開發(fā)，可利用的地下空間變得越來越稀缺，使得城市軌道交通線路選擇余地也越來越小，在此情況下，新建城市軌道交通線路難免會以上下重疊的形式布置。為滿足城市軌道交通區(qū)間應(yīng)急疏散的需求，需要在區(qū)間隧道設(shè)置聯(lián)絡(luò)通道，且聯(lián)絡(luò)通道間距≤600 m。當(dāng)區(qū)間重疊段長度較長時，聯(lián)絡(luò)通道可能會設(shè)置在區(qū)間的重疊段。重疊隧道聯(lián)絡(luò)通道的施工案例在國內(nèi)極為少見，而天津市軌道交通某區(qū)間的外掛式重疊聯(lián)絡(luò)通道施工更是在國內(nèi)首次實(shí)施，其與常規(guī)聯(lián)絡(luò)通道施工相比有何難特點(diǎn)，需要采取哪些針對性措施，都亟待分析研究并在實(shí)際施工中進(jìn)行驗(yàn)證。

1 工程簡介

1.1 區(qū)間工程概況

天津市軌道交通10號線微山路站—財經(jīng)大學(xué)站區(qū)間總長1 431 m，線路自微山路站延伸而出，經(jīng)平行段、過渡段之后右線隧道上揚(yáng)，左線隧道下壓，逐漸形成完全上下重疊的位置關(guān)系，重疊約1 065 m后進(jìn)入財經(jīng)大學(xué)站。區(qū)間共設(shè)置3處聯(lián)絡(luò)通道，其中2號、3號聯(lián)絡(luò)通道為外掛式聯(lián)絡(luò)通道，上、下洞隧道通過水平凍結(jié)暗挖的方式分別與已施工完成的豎井連接，其中2號左、右線聯(lián)絡(luò)通道為斜向重疊，3號左、右線聯(lián)絡(luò)通道為完全上下重疊，如圖1所示。

圖1 區(qū)間縱斷面示意圖

1.2 外掛式重疊聯(lián)絡(luò)通道工程概況

本文以3號聯(lián)絡(luò)通道施工為例進(jìn)行介紹。3號聯(lián)絡(luò)通道施工涉及明挖豎井、左線隧道、右線隧道、左線凍結(jié)暗挖通道、右線凍結(jié)暗挖通道5個工程結(jié)構(gòu)。3號聯(lián)絡(luò)通道平面及周邊環(huán)境情況，如圖2所示。

圖2 3號聯(lián)絡(luò)通道平面及周邊環(huán)境示意圖

3號聯(lián)絡(luò)通道處，左、右線隧道埋深分別為17.1 m、7.3 m，兩隧道中心線間距為9.8 m，凈間距為3.6 m。左、右線聯(lián)絡(luò)通道埋深分別為18.6 m、8.8 m，聯(lián)絡(luò)通道最大結(jié)構(gòu)長度為13.8 m、最小結(jié)構(gòu)長度為11.1 m，左、右線聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)垂直凈距5.7 m、凍結(jié)壁垂直凈距1.7 m。右線通道穿越地層主要為⑥9淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、⑥3粉土，左線通道穿越地層主要為⑧2粉質(zhì)黏土、⑨2粉質(zhì)黏土、⑨4粉砂。3號豎井圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用1 m厚的地下連續(xù)墻，豎井基坑長15.4 m，寬8.7 m，深約23.4 m；主體為現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)，高18.7 m，底板厚度1.1 m，左線通道處內(nèi)襯墻厚度1 m，右線通道處內(nèi)襯墻厚度0.8 m，如圖3所示。

圖3 3號聯(lián)絡(luò)通道縱斷面及地質(zhì)圖

2 外掛式重疊聯(lián)絡(luò)通道難特點(diǎn)分析

聯(lián)絡(luò)通道作為高風(fēng)險的地下工程，施工時稍有不慎就可能造成地下水土流失，嚴(yán)重時還會引發(fā)涌水、涌砂、地面坍塌、隧道破壞等風(fēng)險。根據(jù)外掛式重疊聯(lián)絡(luò)通道與常規(guī)聯(lián)絡(luò)通道的差異，分析其難特點(diǎn)，能夠指導(dǎo)施工的風(fēng)險管控重點(diǎn)和技術(shù)措施的制訂。具體分析情況如下。

（1）外掛式重疊聯(lián)絡(luò)通道施工涉及豎井、隧道、聯(lián)絡(luò)通道多個施工過程。施工時需解決隧道和豎井施工的相互擾動問題，上、下洞聯(lián)絡(luò)通道之間的相互影響問題，還考慮空間上各工序的可實(shí)施性和風(fēng)險疊加問題。需采取針對性控制措施以減小各工序之間的相互影響。

（2）重疊聯(lián)絡(luò)通道中，下洞聯(lián)絡(luò)通道因被上洞聯(lián)絡(luò)通道阻隔，無法通過地表的監(jiān)測情況分析其施工對土體的影響，而且上、下洞聯(lián)絡(luò)通道之間凍脹、融沉的相互影響也無法通過地表的監(jiān)測情況體現(xiàn)，所以重疊聯(lián)絡(luò)通道需采取針對性的監(jiān)測手段及融沉注漿措施。

（3）豎井作為聯(lián)絡(luò)通道的一個連接端，因其空間的限制，豎井側(cè)凍結(jié)孔需進(jìn)行針對性布置，以保證凍結(jié)帷幕的安全可靠。豎井與隧道2種不同的結(jié)構(gòu)形式，在城市軌道交通運(yùn)營后可能會產(chǎn)生不協(xié)調(diào)的沉降位移，聯(lián)絡(luò)通道作為中間的連接結(jié)構(gòu)，需處理好差異沉降問題，避免結(jié)構(gòu)損壞。

3 施工關(guān)鍵技術(shù)

3.1 多個結(jié)構(gòu)工程的相互影響控制

豎井、隧道、聯(lián)絡(luò)通道之間存在施工相互擾動問題，需進(jìn)行合理的交叉施工控制，將彼此之間的影響降至最低。由于豎井施工可能造成土體位移、地下水土滲漏等問題，對隧道結(jié)構(gòu)影響較大，所以先進(jìn)行豎井施工。豎井主體結(jié)構(gòu)施工完成后，再進(jìn)行隧道側(cè)穿豎井施工。工期緊迫時，可在豎井底板施工完成后進(jìn)行隧道側(cè)穿施工，但穿越期間需加強(qiáng)豎井支護(hù)體系監(jiān)測，且不能進(jìn)行拆撐施工。上、下洞盾構(gòu)隧道遵循先下后上的順序，并且2臺盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)時保持一定的安全距離。隧道貫通后進(jìn)行本隧道內(nèi)的聯(lián)絡(luò)通道施工，避免盾構(gòu)掘進(jìn)與聯(lián)絡(luò)通道施工的相互影響，上洞聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔施工應(yīng)與下洞盾構(gòu)接收錯開，避免風(fēng)險疊加。綜上所述，合理的外掛式重疊聯(lián)絡(luò)通道系統(tǒng)總體工序控制，如圖4所示。

圖4 外掛式重疊聯(lián)絡(luò)通道系統(tǒng)施工流程圖

3.2 凍結(jié)暗挖通道的相互擾動控制

3.2.1 交叉施工控制

凍結(jié)暗挖通道主要施工工序?yàn)殂@孔、凍結(jié)、開挖、構(gòu)筑、融沉注漿等。條件允許的情況下，在下洞通道主體結(jié)構(gòu)施工完成、地層融沉基本穩(wěn)定之后再進(jìn)行上洞通道施工，這樣上、下2個聯(lián)絡(luò)通道相互擾動較小。實(shí)際施工時，綜合考慮進(jìn)度、成本等因素，2個聯(lián)絡(luò)通道需要進(jìn)行交叉施工。

上洞通道鉆孔、開挖、構(gòu)筑施工期間，需在豎井內(nèi)搭設(shè)平臺。由于豎井內(nèi)空間狹小，平臺搭設(shè)完成后，下洞通道無施工空間，所以在下洞通道凍結(jié)期間進(jìn)行上洞通道鉆孔施工，鉆孔完成后拆除平臺再進(jìn)行下洞通道開挖及構(gòu)筑。上洞通道鉆孔施工可能會對下洞通道已形成的凍結(jié)壁造成破壞，所以上洞通道鉆孔需在下洞通道積極凍結(jié)完成前施工完畢。若下洞通道凍結(jié)壁出現(xiàn)損傷，則可以有時間繼續(xù)凍結(jié)修復(fù)，并需要加強(qiáng)開挖前的凍結(jié)效果驗(yàn)收。

下洞通道開挖與上洞通道凍結(jié)的部分時間同時進(jìn)行，下洞通道開挖造成的上部土體沉降可能會造成上洞通道凍結(jié)壁受損，同時上、下洞通道凍結(jié)產(chǎn)生的凍脹力可能會對下洞開挖的通道產(chǎn)生擠壓，給開挖施工帶來風(fēng)險。因此，上洞通道凍結(jié)在下洞通道開挖后進(jìn)行，下洞通道在上洞通道凍結(jié)壁交圈前完成構(gòu)筑施工。若上洞通道凍結(jié)時間過早，上、下洞通道凍結(jié)體經(jīng)過長時間發(fā)展，地層凍脹力過大，可能造成下洞通道凍結(jié)帷幕破壞，嚴(yán)重時造成開挖通道坍塌。

綜上所述，合理的重疊聯(lián)絡(luò)通道工序控制流程，如圖5所示。

圖5 重疊聯(lián)絡(luò)通道施工流程圖

3.2.2 暗挖施工控制

為保證通道開挖安全同時減小開挖施工對重疊聯(lián)絡(luò)通道的擾動，本工程采取縮小開挖步距的方式，每開挖進(jìn)尺0.5 m，立即架設(shè)鋼格柵進(jìn)行初襯混凝土噴射，做好工序銜接，并采用超早強(qiáng)快硬混凝土，盡早形成初支強(qiáng)度。

3.2.3 多點(diǎn)位深層土體監(jiān)測

下洞聯(lián)絡(luò)通道因被上洞聯(lián)絡(luò)通道阻隔，無法通過地表的監(jiān)測情況分析其施工對土體的影響，所以除常規(guī)的地表、隧道、通道監(jiān)測外，還需在上、下洞通道之間進(jìn)行土體沉降監(jiān)測。

本工程采用振弦式多點(diǎn)位移計進(jìn)行自動化監(jiān)測，每點(diǎn)變形量量程選用100 mm。振弦式多點(diǎn)位移計安裝在地面垂直鉆孔里，由錨頭、測桿、PVC保護(hù)管、過渡管、安裝基座等部分組成。位移計安裝到位后，對垂直孔進(jìn)行灌漿回填，之后通過液壓泵控制，液壓錨頭的3個爪彈開，固定于周邊土體，后續(xù)周邊土體的位移將通過錨頭傳遞給測桿，測桿與基座連接。測量是在基座進(jìn)行的，該基座是帶有傳感器的電測基座。

在聯(lián)絡(luò)通道東西兩側(cè)分別布設(shè)2個測孔，測孔位置避開地下管線，如圖6所示。每孔豎向布設(shè)3個測點(diǎn)，深度分別為10.4 m、15.5 m、20.2 m，如圖7所示。

圖6 測點(diǎn)平面布設(shè)位置

3.2.4 融沉注漿控制

下洞通道融沉注漿前期，上洞通道先后進(jìn)行凍結(jié)、開挖、構(gòu)筑施工。若注漿量、注漿壓力控制不良，造成上洞通道下部土體沉降或隆起過大，可能會對上洞通道凍結(jié)壁造成損傷，嚴(yán)重時造成凍結(jié)管斷裂、開挖面失穩(wěn)、結(jié)構(gòu)開裂等風(fēng)險，所以需采取針對性的融沉注漿控制措施。

本工程下洞通道開挖期間，在下洞通道上方布設(shè)了土壓傳感器，用以監(jiān)測凍脹、融沉注漿等對土體的擠壓情況。融沉注漿時根據(jù)上、下洞通道之間土體沉降情況、地層壓力變化進(jìn)行多點(diǎn)位分層次的微擾動融沉注漿，補(bǔ)償凍土融沉的同時減小對周邊地層的擾動。

3.3 凍結(jié)孔布置

由于豎井兩側(cè)結(jié)構(gòu)限制，豎井側(cè)凍結(jié)孔呈發(fā)散型向隧道側(cè)布置，且豎井側(cè)凍結(jié)孔布設(shè)應(yīng)盡量避開結(jié)構(gòu)梁柱位置。右線通道豎井側(cè)為主側(cè)孔，隧道側(cè)頂部和底部各設(shè)置1排短孔和豎井側(cè)凍結(jié)孔交叉，加強(qiáng)喇叭口位置凍結(jié)壁。左線通道由于豎井側(cè)底板限制，下部孔布設(shè)位置也受限，選擇隧道側(cè)作為主側(cè)孔，豎井側(cè)頂部和底部各設(shè)置1排長孔和隧道側(cè)凍結(jié)孔交叉，加強(qiáng)喇叭口位置凍結(jié)壁，如圖8所示。左、右線聯(lián)絡(luò)通道各設(shè)置若干穿透孔，供隧道側(cè)凍結(jié)孔和冷凍排管需冷用。另在隧道側(cè)沿管片內(nèi)弧面敷設(shè)5排冷凍排管，以加強(qiáng)對管片處的保溫效果。

圖8 左、右線聯(lián)絡(luò)通道凍結(jié)孔立面布置圖

需注意，豎井側(cè)邊墻孔開孔位置距離豎井內(nèi)襯墻僅為0.15～0.25 m，實(shí)際施工時鉆孔比較困難，后續(xù)類似工程在設(shè)計豎井尺寸時需考慮到開孔鉆機(jī)施工的空間，一般開孔位置距結(jié)構(gòu)側(cè)墻需大于0.4 m。左線通道之所以將主側(cè)孔布置于隧道側(cè)，是由于豎井底板與聯(lián)絡(luò)通道地板高度一致，底部無法布置小角度的長孔。后續(xù)類似工程可將豎井底板低于聯(lián)絡(luò)通道底板2 m左右，這樣可以將主側(cè)孔布置于凍結(jié)站及開挖面一側(cè)，更為科學(xué)合理。

3.4 聯(lián)絡(luò)通道與豎井連接部位處理方式

聯(lián)絡(luò)通道初襯鋼筋與豎井地連墻鋼筋通過地墻上預(yù)留的接駁器連接，聯(lián)絡(luò)通道二襯鋼筋與豎井內(nèi)襯墻鋼筋通過內(nèi)襯上預(yù)留的接駁器連接，聯(lián)絡(luò)通道二襯在地連墻的位置設(shè)有一圈垂直變形縫，變形縫位置從聯(lián)絡(luò)通道二襯的縱向主筋斷開，兩側(cè)用M型鋼筋在中間設(shè)置鋼邊止水帶。聯(lián)絡(luò)通道與豎井連接部位設(shè)置變形縫，主要應(yīng)對因豎井和隧道沉降變形不協(xié)調(diào)而引起聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)開裂的隱患問題。給聯(lián)絡(luò)通道留有一處釋放應(yīng)力和變形的位置，變形設(shè)置于地墻范圍內(nèi)又可以使變形量有一定的約束，不至于變形過大造成聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)損壞。聯(lián)絡(luò)通道與豎井連接部位結(jié)構(gòu)形式，如圖9所示。

圖9 聯(lián)絡(luò)通道與豎井連接部位結(jié)構(gòu)形式

4 結(jié) 語

通過對外掛式重疊聯(lián)絡(luò)通道施工關(guān)鍵技術(shù)的研究和實(shí)施，外掛式重疊聯(lián)絡(luò)通道已順利完工，上、下洞聯(lián)絡(luò)通道結(jié)構(gòu)滲漏較少，地表、隧道、聯(lián)絡(luò)通道沉降未超過設(shè)計及規(guī)范要求，具體情況如圖10所示。

圖10 各項(xiàng)監(jiān)測數(shù)據(jù)最大累計值

通過對同一投影位置的地表監(jiān)測點(diǎn)和上、下洞聯(lián)絡(luò)通道之間的深層監(jiān)測點(diǎn)（如圖7所示的測點(diǎn)1-2）進(jìn)行歷時沉降數(shù)據(jù)曲線對比分析，發(fā)現(xiàn)：上洞鉆孔施工對下部土體影響較??；下洞開挖階段上部土體有一定的沉降發(fā)生，但變化量較小，對上洞凍結(jié)壁的影響可控；下洞融沉注漿期間，由于采取了微擾動注漿措施，上、下洞之間的土體沉降較穩(wěn)定，未對上洞通道施工造成明顯影響。具體情況如圖11所示。

圖11 地表與深層監(jiān)測點(diǎn)歷時數(shù)據(jù)曲線對比

本工程由于周邊環(huán)境限制，未采用全凍結(jié)暗挖或盾構(gòu)穿越豎井方案進(jìn)行重疊隧道聯(lián)絡(luò)通道施工，但外掛式重疊聯(lián)絡(luò)通道的成功實(shí)施為將來城市軌道交通聯(lián)絡(luò)通道施工提供了更多選擇，后續(xù)類似工程施工需進(jìn)一步做好重疊隧道間距布置、豎井的空間布置，并做好鉆孔施工水土流失、凍結(jié)期間地層泄壓、開挖支護(hù)、微擾動融沉注漿等方面的控制。