張興剛

(沈陽(yáng)鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110013)

地鐵出入口下穿地面輕軌路基施工技術(shù)研究

張興剛

(沈陽(yáng)鐵道勘察設(shè)計(jì)院有限公司，遼寧沈陽(yáng) 110013)

地鐵出入口暗挖下穿既有輕軌路基屬于重大風(fēng)險(xiǎn)源，所處地層為雜填土層及卵石層，地下水為海水環(huán)境，施工難度巨大。本文結(jié)合工程實(shí)例，對(duì)礦山法下穿地面有軌路基施工技術(shù)進(jìn)行研究，包括數(shù)值計(jì)算、變形控制指標(biāo)、工程措施及應(yīng)急預(yù)案等，可作為今后類(lèi)似工程的參考。

地鐵結(jié)構(gòu) 地面輕軌路基 礦山法施工 全斷面止水 大管棚

1 工程概況

地鐵出入口下穿202地面輕軌路基，結(jié)構(gòu)拱頂至路基底面的高度6.3～7.5 m，出入口結(jié)構(gòu)拱頂位于雜填土中，洞身位于雜填土及卵石層中，地勘資料的綜合圍巖級(jí)別為Ⅵ級(jí)。

根據(jù)勘察報(bào)告，本工點(diǎn)場(chǎng)區(qū)地貌屬于凌水河階地，距離海岸線不足400 m，地勢(shì)平坦，地面高程4.16～5.16 m。本次勘察深度范圍內(nèi)的地層為第四系全新統(tǒng)沖積層，第四系上更新統(tǒng)坡洪積層，第四系中更新統(tǒng)殘積黏土層及卵石層。其中卵石呈灰黃色，飽和，稍密～中密，多呈亞圓形，主要成分為石英巖，粒徑20～100 mm，局部含有漂石，間隙充填有礫砂等，層厚1.50～12.00 m，層底高程－10.59～－5.59 m。

由于雜填土的透水性強(qiáng)，穩(wěn)定性較差，故在地面輕軌路基下方進(jìn)行礦山法施工難度和風(fēng)險(xiǎn)都是巨大的，有效的超前支護(hù)措施是工程施工成功的關(guān)鍵。為有效控制運(yùn)行中的地面輕軌路基的沉降，施工中采用在暗挖馬頭門(mén)處設(shè)置管棚導(dǎo)向墻，打設(shè)φ108@300 mm(壁厚12 mm，長(zhǎng)45 m)超前大管棚進(jìn)洞及采取超前支護(hù)措施。同時(shí)，以φ42@300 mm超前小導(dǎo)管注漿作為輔助超前支護(hù)措施。大管棚可以有效地起到剛性支撐的作用，小導(dǎo)管注漿可以有效固結(jié)雜填土層。

場(chǎng)區(qū)中凌水河于南北兩側(cè)穿過(guò)，凌水河遇漲潮期海水會(huì)沿河道倒灌。本場(chǎng)地范圍內(nèi)地下水主要賦存于素填土層及卵石層中，水量豐富，同時(shí)受海水的潮汐影響，地下水位埋深3.1 m。由于結(jié)構(gòu)處于卵石層中，卵石層具中等透水性，滲透系數(shù)k=10～12 m/d，對(duì)施工造成極嚴(yán)重的影響，故施工中采用井點(diǎn)區(qū)域降水輔以全斷面止水方案，這樣可以保證即使在井點(diǎn)降水失效的情況下，結(jié)構(gòu)仍可以在全斷面止水的輔助下進(jìn)行暗挖施工。

工程采用上下臺(tái)階法施工，初支格柵鋼架間距500 mm，二襯采用模筑C30混凝土。設(shè)計(jì)中采用ANSYS大型有限元數(shù)值模擬軟件進(jìn)行計(jì)算，同時(shí)對(duì)比國(guó)內(nèi)相似工程經(jīng)驗(yàn)，確保設(shè)計(jì)方案合理，有效控制地面輕軌路基安全。

2 數(shù)值分析

出入口隧道結(jié)構(gòu)剖面及所處地層關(guān)系見(jiàn)圖1。主體結(jié)構(gòu)頂部位于雜填土層中，洞身位于粉質(zhì)黏土及卵石層中，本次計(jì)算主要分析結(jié)構(gòu)處于不穩(wěn)定土體中開(kāi)挖時(shí)的地面沉降值及控制措施的作用。

計(jì)算采用平面應(yīng)變模型，地層均采用平面實(shí)體單元模擬，隧道結(jié)構(gòu)采用梁?jiǎn)卧M。考慮邊界效應(yīng)的影響，計(jì)算模型的尺寸取為45 m×25 m。邊界條件為左右和底部為法向約束，上部為自由面。計(jì)算采用控制應(yīng)力釋放率的方法模擬，隧道采用全斷面法施工，開(kāi)挖釋放率為0.3?？紤]地表作用20 kPa的活載。有限元模型如圖2所示。

初期支護(hù)完成后結(jié)構(gòu)內(nèi)力如圖5及圖6所示?？梢?jiàn)結(jié)構(gòu)最大彎矩為45.173 kN·m，最大軸力233.967 kN。

圖1 結(jié)構(gòu)剖面及所處地層(單位:mm)

圖2 有限元整體模型

圖3 出入口初期支護(hù)完成后豎向位移(單位:m)

圖4 出入口初期支護(hù)完成后路基底面沉降分布

圖5 出入口初期支護(hù)完成后襯砌彎矩(單位:N·m)

圖6 出入口初期支護(hù)完成后襯砌軸力(單位:N)

綜上分析可知，在超前大管棚作為超前支護(hù)的條件下，隧道本體的拱頂沉降達(dá)到了12.178 mm，路基基礎(chǔ)的最大沉降為5.865 mm，均小于《安全風(fēng)險(xiǎn)技術(shù)管理體系》和《鐵路線路修理規(guī)則》中對(duì)既有建筑和線路的控制指標(biāo)。出入口在格柵+φ108@300 mm超前大管棚+φ42@300 mm超前小導(dǎo)管注漿作為超前支護(hù)情況下，結(jié)構(gòu)能滿足路基的沉降要求。

但考慮土體結(jié)構(gòu)本身的復(fù)雜性，尤其是在進(jìn)行區(qū)域降水的情況下，卵石層的細(xì)小顆粒會(huì)隨著降水井的水流被抽走，從而造成地層的沉降(這部分沉降不在本次計(jì)算的模擬范圍內(nèi))，故在進(jìn)行施工前，應(yīng)首先進(jìn)行降水試驗(yàn)，盡量減小井壁紗布的孔徑，降低降水造成的沉降影響。如由于降水造成的土體固結(jié)及細(xì)小顆粒流失對(duì)地層沉降影響明顯，應(yīng)考慮全斷面注漿止水的方案。這樣不但可以滿足礦山法施工條件，還可以避免降水造成的地面沉降。

在施工過(guò)程中需要加強(qiáng)對(duì)暗挖結(jié)構(gòu)和路基的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并適時(shí)調(diào)整支護(hù)參數(shù)和施工措施，做到動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)，確保路基和出入口結(jié)構(gòu)的安全。

3 變形控制指標(biāo)

依據(jù)工程實(shí)際地質(zhì)情況，通過(guò)有限元計(jì)算、以往經(jīng)驗(yàn)及建筑物沉降控制標(biāo)準(zhǔn)，可以得出以下結(jié)論，為了確保路基在區(qū)間出入口施工過(guò)程中，不致發(fā)生結(jié)構(gòu)沉降過(guò)大而破壞，確定該路基基礎(chǔ)沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為:路基絕對(duì)沉降控制在20 mm以內(nèi)，隆起量控制在10 mm以內(nèi);穿越輕軌軌道絕對(duì)沉降值建議不大于10 mm。線路鋼軌靜態(tài)幾何尺寸容許偏差管理值(按列車(chē)速度＜120 km/h、經(jīng)常保養(yǎng)狀態(tài)):①軌距，+7～－4 mm;②水平，6 mm;③高低，6 mm;④三角線扭曲，6 mm。

4 風(fēng)險(xiǎn)工程保護(hù)措施

1)施工前應(yīng)先對(duì)輕軌路基進(jìn)行地面注漿加固，必要時(shí)可以進(jìn)行地面扣軌，在暗挖施工中應(yīng)對(duì)列車(chē)進(jìn)行限速。

2)控制開(kāi)挖進(jìn)尺，每循環(huán)控制在0.5 m并及時(shí)架設(shè)格柵，進(jìn)行噴射混凝土支護(hù)。

3)出入口采用環(huán)形臺(tái)階法開(kāi)挖，格柵間距0.5 m。在下臺(tái)階卵石地層中，施工時(shí)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，打設(shè)超前探水管，保持作業(yè)面前方不小于5 m的探測(cè)長(zhǎng)度，如降水及止水效果沒(méi)能滿足施工要求，應(yīng)在作業(yè)面注水泥水玻璃漿液進(jìn)行封堵，確保無(wú)水作業(yè)。

4)施工應(yīng)遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”的原則。施工時(shí)加強(qiáng)地表沉降、滲漏水監(jiān)測(cè)，特別是路基的位移監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)頻率應(yīng)適當(dāng)加密。如有可能應(yīng)盡量選擇枯水季節(jié)施工。

語(yǔ)文是一門(mén)大科，占分比重大，同時(shí)，語(yǔ)文又是提分最慢的一科。不過(guò)，再困難的事情也是有方法的，學(xué)好語(yǔ)文都有哪些方法呢？

5 應(yīng)急預(yù)案

為保證周邊環(huán)境和施工的安全，各相關(guān)方須通力合作，采取有效的維護(hù)及應(yīng)急措施。當(dāng)量測(cè)中發(fā)現(xiàn)指標(biāo)超限時(shí)，應(yīng)立即停止開(kāi)挖，全斷面封閉作業(yè)面，并及時(shí)通知業(yè)主、監(jiān)理及設(shè)計(jì)單位，提供所有資料給有關(guān)人員或部門(mén)，認(rèn)真分析與查找原因，提出對(duì)策，采取可靠措施后方可恢復(fù)掌子面開(kāi)挖。以下提供的應(yīng)急措施僅供參考，各項(xiàng)措施應(yīng)根據(jù)需要選用。

1)施工期間應(yīng)配備必要的搶險(xiǎn)設(shè)備及材料，例如注漿機(jī)、砂包、水泥、速凝劑及鋼管等。

2)應(yīng)配備一定數(shù)量的搶險(xiǎn)人員，指揮人員應(yīng)在現(xiàn)場(chǎng)值班。

3)如沉降過(guò)大，可對(duì)開(kāi)挖影響范圍的土體，尤其是結(jié)構(gòu)與地面輕軌路基間的土體進(jìn)行加固處理，根據(jù)監(jiān)測(cè)情況調(diào)整注漿壓力和參數(shù)。

4)如出現(xiàn)紅色預(yù)警，可采用注漿、旋噴樁進(jìn)行跟蹤加固。

5)加密監(jiān)測(cè)頻率，成立現(xiàn)場(chǎng)指揮小組進(jìn)駐現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行24 h的施工管理。

6 結(jié)論

1)對(duì)于采用礦山法施工的暗挖結(jié)構(gòu)下穿軌道交通路基時(shí)，必須采取有效的超前支護(hù)措施，如密排大管棚在結(jié)構(gòu)頂部形成較大剛度的殼體，對(duì)上覆土體形成較強(qiáng)支護(hù)，對(duì)控制路基變形起到控制作用。

2)對(duì)于礦山法隧道結(jié)構(gòu)下穿重大風(fēng)險(xiǎn)源的工況，設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量對(duì)結(jié)構(gòu)斷面進(jìn)行劃分，使每次以較小斷面開(kāi)挖，同時(shí)嚴(yán)格控制施工進(jìn)尺，控制爆破振速。

3)有條件時(shí)，施工前地面應(yīng)對(duì)路基進(jìn)行加固，以有效控制沉降發(fā)展。

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TU94+1

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．05．29

1003-1995(2013)05-0096-03

2012-11-26;

2013-01-30

張興剛(1974—)，男，遼寧沈陽(yáng)人，高級(jí)工程師。

(責(zé)任審編 孟慶伶)