袁金秀 王道遠(yuǎn) 李 棟
(1.河北交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系,050091,石家莊;2.中鐵十四局集團(tuán)有限公司,250014,濟(jì)南∥第一作者,講師)
北京地鐵6號線一期工程的平安里站——北海北站區(qū)間線路的起點(diǎn)位于平安里站東端(如圖1)。該區(qū)間起止里程為K8+469.725~K9+599.691,線路長約1 130 m,起始點(diǎn)左、右線間距16 m,之后隨著線路向東延伸左、右線間距逐漸減小,在K9+0.000處,左、右線間距最小減至為12 m。4號線為既有區(qū)間盾構(gòu)隧道,單線隧道直徑為6 m;6號線暗挖段采用了單線單洞馬蹄形斷面、復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)(如圖2),隧道埋深16.6~20.32 m。6號線在K8+495~K8+510處垂直下穿地鐵4號線平安里站南端的盾構(gòu)隧道。下穿段6號線區(qū)間隧道拱頂與既有4號線盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)仰拱的凈距約2.61 m。該區(qū)域內(nèi)地層主要為圓礫卵石層、中粗砂層。在建6號線下穿既有4號線區(qū)間盾構(gòu)隧道工程主要有以下幾個特點(diǎn):①在建隧道左、右線距離近,施工相互干擾大;②在建隧道與已建區(qū)間盾構(gòu)隧道的上下凈距小,稍有不慎易造成對既有地鐵線的破壞;③在建隧道采用礦山法施工,缺乏盾構(gòu)殼體的保護(hù),自身施工存在一定風(fēng)險;④地表建筑物密集,施工過程中的安全問題更為嚴(yán)峻。因此在既有線正常運(yùn)營條件下,采用合理施工方案以確保礦山法隧道施工的工期和安全,是施工的關(guān)鍵[1-2]。
圖1 工程總布置圖
圖2 北京地鐵6號線隧道結(jié)構(gòu)斷面圖(尺寸單位:cm)
隧道開挖前,土體處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài),隧道開挖破壞了土體的平衡狀態(tài),引起隧道周圍土體向洞內(nèi)變形。為了保持隧道開挖后的空間和維護(hù)圍巖的穩(wěn)定,必須施作支護(hù)。開挖隧道,要盡可能維持土體原有的穩(wěn)定狀態(tài),對圍巖盡量少擾動、少破壞,只有依據(jù)這一機(jī)理來確定下穿既有線的隧道開挖方案,方能控制在建隧道上方的土體沉降[3-8],保障上方既有地鐵線的正常運(yùn)營。
礦山法施工的北京地鐵6號線下穿既有4號線區(qū)間盾構(gòu)隧道有其自身特點(diǎn),為確保施工過程中新建隧道和既有線隧道的安全,采取了如下的綜合技術(shù)措施:打設(shè)豎井,開挖、支護(hù)橫通道及掌子面封端;采用WSS(深孔注漿)工法對下穿段6號線區(qū)間正線上方斷面土體進(jìn)行深孔注漿加固,同時進(jìn)行橫通道下導(dǎo)洞馬頭門的破除(破除時采用工字鋼加鋼筋網(wǎng)片封閉施工面);在小導(dǎo)管補(bǔ)注漿條件下,采用上下臺階預(yù)留核心土法進(jìn)行區(qū)間正洞開挖,并在上下臺階間加設(shè)臨時仰拱,按照“嚴(yán)注漿、早封閉、適時補(bǔ)強(qiáng)”的原則,先施工區(qū)間左線,施工時應(yīng)步步為營、隨挖隨撐,及時施作初期支護(hù),左右線掌子面拉開距離為10~15m;待6號線下穿段過既有線隧道并開挖支護(hù)30m后,分段拆除區(qū)間正線臨時仰拱,施作區(qū)間正線二次襯砌;二次襯砌施作完畢后破除臨時封閉的掌子面繼續(xù)向前進(jìn)行區(qū)間隧道的開挖與支護(hù)。
1.2.1 超前預(yù)加固
二重管無收縮定向旋噴的WSS工法是一種定壓、定量、定向的地基基礎(chǔ)處理工法。它采用特殊的端點(diǎn)監(jiān)控器和二重管噴射方式,其注入系統(tǒng)設(shè)備簡單、可靠性高,可進(jìn)行一次、二次噴射切換,回路變換裝置容易實(shí)行,能實(shí)行復(fù)合噴射。在北京地鐵6號線下穿既有地鐵4號線的區(qū)間正線開挖前,采用二重管無收縮定向旋噴WSS工法對下穿段區(qū)間正線29.765m長范圍內(nèi)上部斷面土體進(jìn)行深孔注漿加固。深孔注漿孔及加固范圍如圖3所示。
圖3 6號線下穿段深孔注漿圖(尺寸單位:cm)
深孔注漿加固分兩段進(jìn)行施工:第一注漿段長16m,在區(qū)間進(jìn)洞前施工,自橫通道內(nèi)向區(qū)間正線土體水平鉆孔;待正線施工約14m時,在正線隧道內(nèi)進(jìn)行第二段深孔注漿,并與前一加固段搭接2m,完成剩余約16m的深孔注漿加固施工。拱部注漿孔以一定的仰角打設(shè),以保證4號線既有隧道下方60cm土體不受擾動。
注漿孔采用水平鉆機(jī)打設(shè)。其鉆機(jī)鉆桿可360°調(diào)整角度。注漿采用二重管噴射式注漿,注漿擴(kuò)散半徑為0.5~0.7 m,注漿壓力小于1.5 MPa。使用的噴入管直徑為φ42 mm,在端點(diǎn)裝有管內(nèi)混合器,使?jié){材充分混合。用注漿泵將A、B(C)無收縮雙液漿分別壓入外管和內(nèi)管,并在二重管的端頭混合室內(nèi)混合,通過濾網(wǎng)在水平方向?qū)嵭袊娚?,使?jié){材能浸透到地層中。其深孔注漿工藝如圖4所示,雙漿液配比如表1所示。
1.2.2 馬頭門洞口施工
破除馬頭門進(jìn)洞前,在橫通道內(nèi)施做正線洞口門形框架梁。框架梁采用I20b工字鋼,如圖5所示。在框架梁頂梁部位向橫通道側(cè)壁初期支護(hù)內(nèi)植入φ25mm鋼筋,間距為1m,在頂梁上下側(cè)交錯布置,并與頂梁焊接牢固;然后進(jìn)行超前小導(dǎo)管注漿并噴射混凝土,形成整體。中間立柱梁直接錨入橫通道仰拱內(nèi)。這樣進(jìn)洞前在橫通道內(nèi)形成破除馬頭門后的支撐體系,以防止破除正線馬頭門時沉降過大。
依次分步破除6號線區(qū)間上臺階處的橫通道豎壁初期支護(hù),及時架設(shè)格柵拱架及臨時豎隔壁并與橫通道斷開的拱架焊接牢固,噴射混凝土封閉。臨時豎隔壁僅在進(jìn)洞前三榀格柵施作,然后進(jìn)行6號線正線區(qū)間隧道施工。
圖4 深孔注漿工藝流程圖
表1 A、B(C)化學(xué)漿注漿材料配比表
圖5 馬頭門框架圖
1.2.3 正洞施工
6號線區(qū)間隧道采用上下臺階預(yù)留核心土法施工。土體開挖前,掌子面打設(shè)超前探管,以初步探測前方地質(zhì)情況。如深孔注漿加固效果不理想,則須在深孔注漿孔間插超前小導(dǎo)管。小導(dǎo)管采用φ32mm鋼花管,長2.4m,環(huán)向間距為500mm,隔榀打設(shè)。施工時應(yīng)及時架立格柵鋼架,掛網(wǎng)噴射混凝土,區(qū)間正線進(jìn)洞前三榀格柵密排;在拱腳處墊設(shè)方木并打設(shè)鎖腳錨管(格柵的每個拱腳各布設(shè)2根長2.5m鎖腳錨管),以抑制拱腳下沉。
區(qū)間正線開挖時應(yīng)設(shè)置臨時仰拱。臨時仰拱設(shè)置在上臺階拱腳處。區(qū)間隧道開挖后,應(yīng)及時架設(shè)格柵鋼架并網(wǎng)噴混凝土封閉成環(huán)。為提高初期支護(hù)整體受力性能,前后兩榀格柵之間應(yīng)縱向設(shè)置連接鋼筋。初期支護(hù)施工時預(yù)埋φ32mm鋼管作為初期支護(hù)背后回填注漿管,其間距為3m×3m。初期支護(hù)閉合成環(huán)2m后應(yīng)及時進(jìn)行初期支護(hù)背后的回填注漿(回填注漿順序如圖6所示)。
圖6 回填注漿順序圖
在礦山法施工的6號線下穿既有4號線盾構(gòu)隧道的全過程中,既有4號線盾構(gòu)區(qū)間的安全是施工全過程中的關(guān)鍵。而4號線的沉降控制又是重中之重,因此在新建隧道上方40m范圍內(nèi),采用靜力水準(zhǔn)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程自動監(jiān)測。
以4號線上下行兩隧道的中心線為基準(zhǔn),沿地鐵4號線隧道邊墻按5~8m間距布置7個靜力水準(zhǔn)儀,并在沉降影響范圍外上下行線各設(shè)1個靜力水準(zhǔn)儀,則4號線上下行隧道內(nèi)共設(shè)有16個靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行隧道結(jié)構(gòu)沉降觀測;同時分別在0.6m深的中間排水溝中按5~8m間距布置7個靜力水準(zhǔn)儀,則上下行線共設(shè)有14個靜力水準(zhǔn)儀進(jìn)行道床沉降觀測。其監(jiān)測點(diǎn)布置如圖7所示,靜力水準(zhǔn)儀現(xiàn)場布設(shè)如圖8所示。
6號線正線左、右線分別于2009年7月17日和2009年7月20日開始深孔注漿,至2009年7月26日注漿完畢。圖7中的觀測點(diǎn)于2009年7月25日布點(diǎn)完成并讀取初始值。經(jīng)觀測,各主要觀測點(diǎn)沉降量于2009年8月24日逐漸趨于穩(wěn)定。圖9給出了2009年9月25日4號線上、下行線道床及邊墻各監(jiān)測點(diǎn)的沉降情況。
從圖9中可以看出,在下穿既有4號線的過程中,4號線道床及邊墻結(jié)構(gòu)沉降呈“倒雙駝峰”型規(guī)律,其沉降最大值幾乎都發(fā)生在下穿的6號線左、右線拱頂上部。4號線上下行線中最大沉降發(fā)生在圖7的s3點(diǎn)位,其值為6.94mm。主要監(jiān)測點(diǎn)沉降量均未超出允許值10mm,故既有4號線始終處于安全控制范圍內(nèi)。這得益于下穿段開挖前WSS預(yù)加固措施和合理的上下臺階預(yù)留核心土施工方法。
圖9 4號線主要監(jiān)測點(diǎn)最終沉降曲線圖
本文所介紹的下穿北京地鐵4號線區(qū)間盾構(gòu)隧道的6號線暗挖段方案,于2009年7月開始施工,至2009年10月順利穿越。現(xiàn)場監(jiān)測表明,在施工全過程中既有4號線道床及邊墻結(jié)構(gòu)沉降均在設(shè)計允許范圍內(nèi)。本文的施工方法可供類似工程參考。
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