地鐵單洞雙層重疊隧道開挖施工
摘 要:簡要介紹城市地鐵單洞雙層重疊隧道淺埋暗挖開挖施工技術。
關鍵詞:地下鐵道;重疊隧道;開挖施工
1 工程概況
深圳地鐵一期工程3C 標段(國貿站至老街區間隧道北段) 位于深圳市人民路與深南東路交匯處及其南、北部,由四個子單位工程組成,分別為華中國際酒店樁基托換工程、百貨廣場樁基托換工程、國老區間北段明挖及暗挖隧道工程。暗挖隧道從華中國際酒店及百貨廣場建筑物樁群及其地基中穿越,為保護上部結構物的安全使用而對其樁基礎進行了樁基托換的預防性處理。地鐵區間隧道也為減少對建筑物基礎的影響范圍而采用左、右線上下重疊的單洞雙層直邊墻拱形的結構形式。
1. 1 地質水文情況
區間內原地貌單元為第四系海中平原、地形較平坦,地層巖體為上覆第四系全新統人工堆積層(Q4ml) 、海沖積層(Q4m + al) 及第四系殘積層(Qel 4) ,下伏侏羅系中統(J2) 凝灰巖、震旦系(Z) 花崗片麻巖, 局部為燕山期(r5) 花崗巖侵入體。區間內存在F4 、F4′二條近于平行的斷層。主要由斷層糜棱巖、斷層泥和斷層角礫組成。該區間地下水按賦存介質可分第四系孔隙潛水、基巖裂隙水和斷層帶水。地下水位于地表下1. 20～3. 00m , 高程1. 60～ 3. 61m , 地下水對砼結構、鋼結構具弱腐蝕分解性。
1. 2 設計情況
暗挖隧道(SK1 + 755～ + 600) 長155m , 埋深12～16m , 縱坡為2. 9 % 下坡的單洞雙層重疊隧道(左線在下層,右線在上層), 開挖寬度6. 8m , 平均開挖高度13. 2m , 平均開挖量82m3/ 延米, 分A、B 、D、E 四種襯砌類型,采用復合式襯砌,初支采用噴錨網+ 格柵鋼架,初支噴砼為C20 ,錨桿為R25 中空注漿錨桿,二襯砼為C25S8防水砼,防水層采用PVC 全包防水板。輔助支護措施為拱部?76 自進式注漿管棚,部分拱墻設42 超前小導管注漿。
1. 3 工程特點
(1) 工程涉及工程項目施工內容多,技術復雜,施工難度大。
(2) 地下水位高,砂層厚,開挖巖體軟硬變化大,并要穿越兩條斷層破碎帶。
(3) 單洞雙層重疊隧道邊墻高,結構受力復雜。
(4) 隧道上方地面建筑物密集,地下管線多,隧道從建筑物基礎樁群中穿越,環境保護要求高。
2 施工總體方案
按新奧法原則并結合采用淺埋暗挖法組織施工,并認真研究本工程所處的特殊周邊環境,及地質、水文條件,針對性地采取可靠的技術措施以控制地下水流失、地層變位并確保實現洞內防坍,隧道施工工藝流程如圖1 所示。
2. 1 隧道開挖施工
根據本隧道的結構尺寸,隧道開挖劃分為四個臺階,即左、右線隧道分別采用兩個臺階進行開挖。四個臺階以第一臺階開挖為主,各臺階在保證臺階長度一定的前提下,按平行作業分頭組織施工,每次進尺為0. 5m 或0. 75m 。采用預留核心土微臺階法進行施工,第一、二、三、四臺階微臺階長度控制在1. 5～2. 0m , 在實際開挖施工中,將根據暗挖實際揭示水文地質情況及施工監測信息反饋,適時調整并優化各臺階長度,第一、二、三臺階采用人工配備風鎬進行開挖,采用人力架子車運碴,第四臺階采用小型反鏟挖掘機配合人工進行開挖。采用機動小翻斗車運碴。隧道開挖遇中風化巖層盡量采用人工開挖,必要時采用微振控制爆破技術進行開挖,施工中要充分利用圍巖的自穩時間,快速開挖、快速封閉,確保隧道安全,掌子面開挖后,及時進行掌子面初支面初噴砼和排水,避免巖石風化、潮解而降低強度,初支結構及時封閉,根據監控量測情況,必要時臺階設立臨時仰拱,控制變形發展。爆破施工,要進行爆破參數以及爆破振動效應試驗進行爆破噪聲監測,根據實際情況不斷調整鉆爆參數。
2. 2 隧道支護
2. 2. 1 隧道超前支護本隧道主要超前注漿管棚為拱部76 長8m 的超前注漿管棚,及百貨廣場、華中國際酒店處的隧道拱、邊墻 42 超前注漿小導管。
超前注漿管棚具體布置詳見表1 。
(1) 自進式T76N 邁式中空注漿錨桿。T76N 邁式中空注漿管棚布置在拱部,環向間距為0. 3m , 縱向間距為6. 0m , 每根長度為8. 0m , 自進式T76N 超前注漿管棚,采用鉆機直接頂進施工, 縱向每6m 進行一環施工,管棚最后鉆進時,采用1. 5～2m 的連接鉆桿將管棚送進到位;管棚打設時,采用兩側對稱打設,或分段打設管棚,以便能夠及時進行注漿。采用前進式分段注漿工藝, 分段分序進行注漿施工,先施工單序號孔,后施工雙序號孔;采用水泥、水玻璃雙液漿進行注漿,每次注漿長度為50cm , 注漿壓力控制在1. 0MPa 以下。根據量測結果,采用單根鉆進、注漿,或鉆孔多根后再分根進行注漿;
(2) 42 小導管超前注漿。超前小導管采用42 普通鋼管, 管長4. 5m , 搭接1. 5m , 實用長度3m , 注漿管一端做成尖形,另一端焊上鐵箍( 6 鋼筋),管身在距鐵箍端1. 5m 處開始鉆孔,鉆孔沿管壁間隔300mm 呈梅花形布設,孔徑 6～8mm 。鉆孔后,將小導管沿孔打入;地層松軟用游錘或手持風鉆直接將小導管打入,巖層較硬時先鉆套孔,后用風鎬頂進。掌子面噴5cm 厚混凝土封閉后沖清管內積物后再注漿,注漿順序由下向上,采用1∶1 的單液水泥漿進行注漿,注漿壓力采用0. 5MPa 左右,先施工單序號孔,后施工雙序號孔,單根注漿量控制在60L , 當注漿壓力增加比較快,且> 1. 0MPa 時,或注漿量達到設計注漿量的1. 2 倍時,結束注漿。根據地質情況,特殊地段采用水泥—水玻璃雙液進行施工。
2. 2. 2 臨時支撐安設
為確保重疊隧道開挖初支階段側墻的穩定,暗挖隧道上下臺階間共設置三道橫向支撐,支撐采用I18 工字鋼。第一道為每榀格柵鋼架均設置橫向支撐,并噴20cm 厚C20 砼,其起到臨時橫向支撐及臨時仰拱作用;第二、第三道均為隔榀格柵鋼架設置一道,僅起臨時支撐作用,每道支撐處設縱向槽鋼梁,每道支撐均采用螺栓與格柵鋼架上墊鋼板進行連接,采用螺栓將縱向槽鋼梁與上下兩單元鋼架拱腳角鋼進行連接,以保證下臺階施工時,初支受力良好,避免初支處于懸空狀態,防止初支下沉過大。根據監控量測變形情況,必要時,考慮加大橫撐尺寸,或加密橫撐,將橫向支撐與臨時仰拱結合考慮,噴砼封閉等,以便能及時形成初支的閉合系統,控制初支下沉變形。
2. 2. 3 隧道系統支護
(1) R25 中空注漿錨桿。暗挖隧道系統錨桿采用R25 中空注漿錨桿,長3. 5m 或5. 0m , 間距為750 ×800 梅花形布置,注漿采用水泥注漿,分布里程為SK1 + 600～ + 755 , 其中SK1 + 600～ + 640 、SK1 + 695～ + 755 段拱部錨桿長3. 5m , 邊墻部分錨桿長5. 0m , 其余部分錨桿長均為3. 5m , 、錨桿安設在砼噴層達到15cm 后再進行安設,以便及時進行初支,且復噴后砼能夠將錨桿頭覆蓋,不影響后期防水板的施工。錨桿采用風頭直接鉆進。錨桿注漿要達到孔口返漿,才能停止注漿。漿液凝固后,再扭緊螺帽,施加一定的預應力,發揮錨桿的加固作用。
(2) 格柵鋼拱架安設。暗挖隧道格柵鋼架統一采用主筋為4 ?28 的鋼筋格柵鋼架,首榀格柵鋼拱架加工后進行試拼,經檢驗合格后進行批量生產,開挖輪廓檢查無誤后,對開挖面進行初噴5cm 厚砼封閉巖層,拱架底腳處虛碴清理完畢,用噴漿料調平后, 開始安裝鋼拱架。鋼架與初噴砼之間應盡量接近,并留間隙作為保護層。鋼筋格柵組裝后應在同一平面內,并垂直線路中線,鋼筋格柵與壁面應楔緊,每片鋼筋格柵節點及相鄰格柵縱向必須分別連接牢固。
(3) 噴射混凝土施工。隧道內噴砼采用分三次施工,第一次先初噴5cm , 封閉開挖面,拱架安裝后,再噴至厚度達15cm , 側向錨桿安設完畢后,再復噴15cm 至設計厚度。噴砼采用HPJ-1 砼噴射機進行噴射作業,自落式攪拌機拌制混合料。噴射作業分段、分片、分層,由下而上,依次進行。
2. 3 隧道施工運輸
暗挖隧道在與明挖連接段設豎井,豎井設置提升系統。豎井提升系統采用桁吊配合吊斗,在施工豎井架設一個固定式桁吊, 配備2 個10t 電動葫蘆提升吊斗轉載出碴及材料運輸。
隧道洞內出渣采用無軌運輸,第一、二、三層土石方采用人力架子車、第四層配備2 臺小型機動運輸車水平運輸至豎井底料斗,再由架立于井口的提升系統垂直吊運土斗至臨時棄土場集中外棄。
其他施工材料通過豎井口電動葫蘆吊運至各施工臺階層, 人工運至工作地點,噴漿料通過輸料管輸送至運輸車內,然后再運至施工地點。
2. 4 沉降控制
根據在城市地下空間采用礦山法施工經驗以及設計要求, 我們采用以下技術措施來控制地表以及周圍建筑物沉降。
2. 4. 1 地表沉降控制
(1) 小導管超前預注漿以加固地層。該措施不僅能改善圍巖力學參數,而且還能減少工作面地層失水引起的壓縮變形。
(2) 采用短臺階法開挖,臺階長度控制在1. 0～2. 0D(D 為洞徑) 左右,并盡快施作仰拱,封閉成環,保證支護系統及時發揮作用。
(3) 上半斷面環形開挖,預留核心土,以保證掌子面穩定,開挖后及時架設錨桿、掛網、噴射砼。
(4) 加強上半斷面支護強度。
對于弱地層,往往由于上半斷面支護結構強度不夠,或拱腳處承載力不夠,產生過大變位引起隧道上方土體產生二次沉降, 因此往往采取有效措施加固。視地層情況,可依次選擇:拱腳設鎖腳注漿錨管→縱向槽鋼托梁→ 上半斷面增設臨時仰拱,及時進行初支背后充填注漿。
(5) 縮短循環進尺,目的是及早進行支護。根據地層情況確定每循環進尺控制在0. 7～0. 75m 。
(6) 必要時進行全斷面注漿,防止地下水流失及掌子面失穩, 特別是斷層帶。
2. 4. 2 地面建筑物及地下管線沉降控制
(1) 對重要建筑物,需進行保護的建筑物進行檢測、錄像、登記、造冊等,嚴重者將對其基礎進行加固,除進行地面建筑物沉降、傾斜監測外,還派專人對建筑物進行定時巡查,若遇有裂縫將對其長寬、發展方向進行量測,并登記編號監控。
(2) 地下管線的保護。將查清地下管線的準確埋設位置及走向,并在其正上方布設監測測點進行監測,計算其縱向沉降槽曲率,以管線接口處的曲率作為比判基準。接近控制標準者,將進行停工處理,如對管線進行懸掛、注漿抬升等技術措施。
3 結束語
城市地鐵單洞雙層重疊隧道,設計和施工都是國內首例,同單線隧道的施工相比,其砌襯施工、防水施工、監控量測等工藝都更為復雜,由于篇幅所限,在此僅討論了開挖階段的施工工藝,該工程的開挖施工順利完成,為今后同類工程提供了成功的范例, 對今后同類地下工程的設計選線、選址、施工有一定的參考價值。
參考文獻:
[ 1 ] 關寶樹,國兆林. 隧道及地下工程[ M ] . 成都:西南交通大學出版社, 2000.
