張國輝
(中鐵十九局集團(tuán)第五工程有限公司,遼寧大連 116100)
青島地鐵江西路車站位于南京路與江西路十字路口南側(cè),沿南京路南北走向,與遠(yuǎn)期規(guī)劃的地鐵5號(hào)線換乘,為地下兩層島式站臺(tái)車站。車站起訖里程為:K8+358.491~K8+605.491,車站全長247 m,車站主體結(jié)構(gòu)采用暗挖法施工,拱頂埋深9.3 m~10.5 m,雙層大拱腳復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu),寬 20.6 m,高14.65 m。車站設(shè)風(fēng)井2座,均為單跨雙層拱形結(jié)構(gòu),出入口3座。
江西路站前接五四廣場(chǎng)站,后接寧夏路車站,車站所處位置地面交通流量較大;車站西北角及西側(cè)均為高層建筑,東側(cè)為多層住宅小區(qū),建筑為6層~7層,東北側(cè)為南京路小學(xué)操場(chǎng)。路面地勢(shì)較為平坦,南京路現(xiàn)狀路寬25 m~35 m,地面交通流量較大。車站位置道路下市政管線密集,并且在江西路路口以北的南京路下方有雨水蓋板涵,寬約3 m,埋深在2.5 m左右,其他管線埋深較淺。
沿線為密集居住樓和商鋪,沿主干道南京路分布,交通繁忙。地貌為山前侵蝕堆積坡地,地面標(biāo)高10.70 m~12.20 m,地形較平坦。第四系填土層厚度較淺,粉質(zhì)粘土局限分布,下伏基巖為中生代燕山晚期侵入巖,主要為花崗巖,見煌斑巖巖脈,強(qiáng)風(fēng)化帶厚度較大。填土分布較淺,補(bǔ)給條件較差?;◢弾r強(qiáng)風(fēng)化帶較厚處,含水較豐富,中等透水性。
地鐵隧道淺埋暗挖雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工是礦山法中的一種,其原理是把整個(gè)隧道大斷面分成左右上下多個(gè)小斷面施工,每一小斷面單獨(dú)掘進(jìn),最后形成一個(gè)大的隧道,且利用土層在開挖過程中短時(shí)間的自穩(wěn)能力,采用網(wǎng)狀支護(hù)形式,使圍巖或土層表面形成密貼型薄壁支護(hù)結(jié)構(gòu),且用中隔壁及中隔板承擔(dān)部分受力,適合于城市地區(qū)松散土介質(zhì)圍巖條件下,隧道埋深不大于隧道直徑,以很小的地表沉降修筑隧道的技術(shù)方法。它的突出優(yōu)勢(shì)在于不影響城市交通,有效控制地表沉降,保證施工安全,無污染、無噪聲,而且適合于各種尺寸與斷面形式的隧道洞室。
大拱腳施工方法是指在隧道施工過程中將作業(yè)面分為多個(gè)開挖面,以前后多個(gè)不同的位置相互錯(cuò)開同時(shí)開挖。然后分部同時(shí)進(jìn)行支護(hù)形成支護(hù)整體,縮短作業(yè)循環(huán)時(shí)間,逐步向縱深進(jìn)行推進(jìn)的方法。對(duì)于軟弱圍巖承載力不足,擴(kuò)大上部鋼架拱腳及墊板或增加鎖腳錨管增大地基承載力,每循環(huán)進(jìn)尺0.5 m~0.8 m,盡量縮短臺(tái)階長度,確保初期支護(hù)及早成環(huán),仰拱和襯砌及時(shí)跟進(jìn),及時(shí)形成穩(wěn)定的支護(hù)體系。
綜合施工條件、圍巖條件、隧道斷面面積大、埋深淺、工期、環(huán)境條件復(fù)雜等因素考慮,江西路車站選用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和大拱腳法施工,確保施工安全。車站結(jié)構(gòu)斷面形式有ZA型大拱腳薄邊墻斷面結(jié)構(gòu)形式和ZB復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)形式兩種,ZA型斷面長211 m,采用大拱腳施工;ZB型斷面長36 m,采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工,中間涉及到由雙側(cè)壁施工轉(zhuǎn)換到大拱腳施工工藝。根據(jù)青島“上軟下硬”的地層特點(diǎn),充分利用硬巖地層承載能力高的特點(diǎn),本站以大拱腳邊墻斷面結(jié)構(gòu)形式為主,在穿越斷層破碎帶及節(jié)理發(fā)育密集帶處采用單拱直墻復(fù)合式襯砌。
江西路車站隧道圍巖軟弱,地質(zhì)條件復(fù)雜,埋深淺,跨度大,在施工中嚴(yán)格遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”等技術(shù)措施。在開挖導(dǎo)坑時(shí),盡量減少對(duì)圍巖的擾動(dòng),導(dǎo)坑斷面近似橢圓,周邊輪廓圓順,避免應(yīng)力集中。初期支護(hù)采用格柵鋼架、掛網(wǎng)、噴混凝土柔性支護(hù)體系,及時(shí)施作,使斷面及早閉合,以充分利用圍巖的自承能力,控制圍巖變形。建立一整套圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)監(jiān)控量測(cè)系統(tǒng),進(jìn)行信息化施工管理,隨時(shí)掌握施工過程中的動(dòng)態(tài)變化,合理安排,調(diào)整施工工藝和設(shè)計(jì)參數(shù),確保施工安全。
江西路車站首先從車站兩頭施工ZB型斷面,再施工ZA型斷面,考慮到隧道斷面面積大,車站拱部總體采用108超前大管棚支護(hù)和超前小導(dǎo)管支護(hù)輔助施工,在過斷層時(shí)采用拱部帷幕注漿輔助施工,確保施工安全,總體施工步序圖如圖1所示。
圖1 江西路車站總體施工步序圖
3.2.1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工
雙側(cè)壁導(dǎo)坑法分9個(gè)導(dǎo)洞,每個(gè)導(dǎo)洞分上中下3個(gè)臺(tái)階開挖,隧道施工步序如下,施工步序圖如圖2所示。
圖2 江西路車站雙側(cè)壁施工步序圖
1)施作拱部超前大管棚支護(hù),完成長管棚注漿施工后,在管棚支護(hù)環(huán)的保護(hù)下,按設(shè)計(jì)的施工步驟進(jìn)行掘進(jìn)開挖,管棚的施作應(yīng)保證二次襯砌厚度,長管棚設(shè)計(jì)參數(shù)如下:
a.鋼管規(guī)格:熱軋無縫鋼管φ108 mm,壁厚6 mm。
b.管距:環(huán)向間距40 cm。
c.傾角:仰角1°~3°(不包括路線縱坡),方向:與路線中線平行。
d.鋼管施工誤差:徑向不大于10 cm。
e.隧道縱向同一橫斷面內(nèi)的接頭數(shù)不大于50%,相鄰鋼管的接頭至少須錯(cuò)開1 m。
f.長管棚注漿按劈裂注漿進(jìn)行設(shè)計(jì),注漿采用分段注漿,灌注純水泥漿液,水泥漿水灰比 1∶1~1∶1.5;注漿壓力:0.7 MPa~1.0 MPa。
2)雙側(cè)壁導(dǎo)坑1,1′開挖支護(hù)時(shí),左右兩側(cè)應(yīng)錯(cuò)開不小于15 m,避免開挖一側(cè)導(dǎo)坑所引起的圍巖應(yīng)力重分布影響另一側(cè)的已成導(dǎo)坑。每循環(huán)進(jìn)尺1 m,并打設(shè)φ32超前小導(dǎo)管,L=3.5 m,環(huán)向間距400 mm,縱向間距1.5 m。開挖支護(hù)后及時(shí)架設(shè)橫撐和側(cè)壁臨時(shí)支撐,及早閉合成環(huán),臨時(shí)橫撐和側(cè)壁支撐采用Ⅰ22a工字鋼,間距50 cm,側(cè)壁支撐需臨時(shí)噴射30 cm厚C25混凝土。
3)當(dāng)中洞距離最近的側(cè)洞大于15 m時(shí),可以開挖核心巖柱上部4,開挖前打設(shè)超前小導(dǎo)管,及時(shí)施作拱部初期支護(hù)。為確保掌子面穩(wěn)定安全,開挖采取預(yù)留核心土,同時(shí)可以在核心土上人工打鉆并進(jìn)行初期支護(hù),方便施工,也節(jié)約了施工成本。
4)下部導(dǎo)坑 2,3,2′,3′分短臺(tái)階開挖,2 步滯后于 1 步 5 m ~8 m,3步滯后于2步6 m~10 m,并且及時(shí)施作支護(hù)和臨時(shí)支撐,閉合成環(huán),右側(cè)2′,3′與左側(cè)錯(cuò)開15 m距離后施工方法與2,3步相同。
5)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果,分段拆除臨時(shí)支撐,一次拆撐縱向長度4.5 m~6 m,施作拱墻防水層及二次襯砌Ⅳ,5,6步為施工預(yù)留并隨施工進(jìn)行逐步開挖。
6)拆除剩余臨時(shí)支撐,施作底部防水層及二次襯砌。7)施工車站中板、立柱等內(nèi)部結(jié)構(gòu)及裝修。
3.2.2 雙側(cè)壁—大拱腳轉(zhuǎn)換施工
由于ZA型大拱腳斷面拱腳處寬于ZB型雙側(cè)壁斷面2.2 m,所以拱腳轉(zhuǎn)換處需要向外擴(kuò)挖。為確保兩種斷面類型能夠連接牢固,在轉(zhuǎn)換處兩種斷面類型都增加了4m長的鎖腳錨桿8根,并將此處的連接筋由原來的1 m間距加密到0.5 m。
3.2.3 大拱腳施工
江西路車站ZA型斷面大拱腳施工方法可以比喻成在車站上部扣上了一頂“帽子”,在這個(gè)“帽子”的保護(hù)下進(jìn)行下部的開挖,開挖步序圖如圖3所示。
圖3 大拱腳施工步序圖
現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)是現(xiàn)代化施工管理的主要組成部分,它不僅能指導(dǎo)施工,預(yù)報(bào)險(xiǎn)情,確保安全,而且還能獲得圍巖動(dòng)態(tài)和支護(hù)工作狀態(tài)的數(shù)據(jù),為修正、確定初期支護(hù)參數(shù)及混凝土二襯提供依據(jù)。為此在隧道施工過程中進(jìn)行了全過程監(jiān)控量測(cè)。
開挖支護(hù)后,測(cè)量組應(yīng)及時(shí)按每10 m埋設(shè)一個(gè)量測(cè)斷面,每斷面不少于3個(gè)點(diǎn)(拱頂1點(diǎn),水平2點(diǎn)或4點(diǎn))。勤測(cè)量拱頂下沉及凈空收斂情況并及時(shí)匯報(bào),發(fā)現(xiàn)變形過大時(shí)及時(shí)采取措施,并要求每個(gè)斷面每天測(cè)1次~2次。
1)因施工工藝的原因,將大斷面隧道轉(zhuǎn)化成小斷面隧道,因此挖掘機(jī)及裝載機(jī)開挖及倒碴必須是正面進(jìn)入導(dǎo)洞,然后倒退出隧道,不能掉頭。并且是必須等一臺(tái)進(jìn)入出來一個(gè)循環(huán)后,另一臺(tái)機(jī)械設(shè)備才能再進(jìn)入。隨著隧道的開挖掘進(jìn)深入,循環(huán)時(shí)間加長,若一臺(tái)大型機(jī)械設(shè)備在導(dǎo)洞內(nèi)工作時(shí)出現(xiàn)故障,基本上各工序都得停滯,鋼架、噴漿料的材料運(yùn)輸?shù)纫彩艿搅撕艽蟮南拗?。?duì)此解決的方案是在不影響隧道結(jié)構(gòu)安全和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上,將臨時(shí)側(cè)壁支撐處每隔40 m切斷支撐7 m,留一個(gè)側(cè)門進(jìn)行渣土和材料的倒運(yùn),并且避免了因開挖下導(dǎo)而導(dǎo)致對(duì)上導(dǎo)的影響,加快了每循環(huán)的時(shí)間,左右兩側(cè)所預(yù)留的側(cè)門也應(yīng)該錯(cuò)開相應(yīng)的距離。
2)由于臨時(shí)中隔壁支護(hù)與初期支護(hù)形成了全封閉,造成臨時(shí)中隔壁為連續(xù)的鋼筋噴射混凝土,對(duì)后期的二襯時(shí)的鋼筋噴射混凝土破除難度有很大的影響,并且臨時(shí)豎撐與橫撐的拆除會(huì)打破原有的力學(xué)平衡狀態(tài),形成具有普遍性的天窗時(shí)間,影響地鐵車站的施工安全。并且每次拆除臨時(shí)支撐長度不大于6 m,也造成了施工進(jìn)度緩慢。所以擬對(duì)臨時(shí)支撐的拆除過程與二次襯砌的施作工法進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整,調(diào)整的思想就是“以錨代撐”,表現(xiàn)為拆撐前在相應(yīng)部位安設(shè)預(yù)應(yīng)力錨索,在臨時(shí)支撐與錨索之間實(shí)現(xiàn)應(yīng)力轉(zhuǎn)化后,再進(jìn)行大規(guī)模的支撐拆除和二次襯砌工作。預(yù)應(yīng)力錨索按長度分為兩種,其中長錨索長度為8 m~10 m,短錨索長度為5 m~6 m。錨索的打設(shè)角度以向兩側(cè)傾斜為主,適當(dāng)向掌子面前方傾斜,為了保護(hù)隧道拱頂附近的地下管線,建議盡量水平鉆設(shè),但應(yīng)避免中間部位的兩組間錨索相互干擾。
3)大拱腳施工工藝對(duì)拱腳處要求嚴(yán)格,拱腳處一定要落于堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)上,這樣才能有效支撐上部土體的壓力,保護(hù)下部施工的安全。但是由于施工爆破技術(shù)的限制,難以嚴(yán)格控制拱腳處超欠挖;其次由于拱腳圍巖多變,遇到強(qiáng)風(fēng)化圍巖也難以保證拱腳處受力穩(wěn)定;再次后續(xù)防水的施工也增加了難度。因此解決的方案是進(jìn)行設(shè)計(jì)變更,在拱腳超挖部位,增加高為800 mm,寬為1 260 mm的明梁,混凝土等級(jí)為C45,配構(gòu)造鋼筋,該方案將會(huì)為后期防水層的施作提供便利。
目前,國內(nèi)的地鐵工程工期一般比較緊張,所以,施工方法選擇除考慮經(jīng)濟(jì)、安全因素之外,更重要的還要考慮如何確保快速掘進(jìn)。
1)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法能夠適應(yīng)巖溶、破碎、斷層、膨脹巖為體的特別復(fù)雜的大斷面隧道,而且其施工過程易控制,從總體上說,這是一種安全可靠的施工方法,這種施工方法,為我們今后在復(fù)雜的地層修建大斷面地下工程開辟了新的途徑。并且從市區(qū)的施工情況來看,這種工法在措施得當(dāng)?shù)那闆r下,能夠保證每月30 m~40 m的掘進(jìn)速度。
2)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、大拱腳工法由于工作面多,施工組織難度較大。其運(yùn)輸組織應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況及采用的設(shè)備來確定,運(yùn)輸設(shè)備最好采用小型機(jī)械。
3)在施工過程中,一定要保證中隔壁以及橫撐鋼架、噴混凝土的質(zhì)量,以確保施工安全。施工初期支護(hù)是其重要組成部分,其中,支護(hù)剛度在整個(gè)施工過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用,如果剛度過大,則容易造成浪費(fèi),而且也不符合新奧法的基本原理;反之,如果剛度過小,則因不能提供足夠的支護(hù)阻力造成塌方,因此,我們必須遵循剛度“適度”的原則,防止有關(guān)事故的發(fā)生。
4)加強(qiáng)結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換時(shí)的監(jiān)測(cè),及時(shí)反饋信息,由監(jiān)測(cè)反饋信息指導(dǎo)施工,做到信息正常,嚴(yán)密監(jiān)測(cè);信息反常,即刻采取應(yīng)對(duì)措施。嚴(yán)格控制各導(dǎo)洞開挖步距及各部工作面間隔距離,避免出現(xiàn)群洞效應(yīng)。如果導(dǎo)洞間工作面齊頭并進(jìn),會(huì)造成多個(gè)導(dǎo)洞的應(yīng)力和沉降疊加,加大地表沉降,危及地面管線安全。
5)為了減小地面沉降,導(dǎo)洞暗挖施工中,重點(diǎn)采取及時(shí)打設(shè)鎖腳錨桿,格柵底部鋪木板增加受力面,及時(shí)進(jìn)行拱背回填注漿等加強(qiáng)措施。格柵結(jié)點(diǎn)板處是初支結(jié)構(gòu)受力的薄弱環(huán)節(jié),連接筋的焊接質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制。
6)針對(duì)淺埋暗挖風(fēng)險(xiǎn)比較大的特點(diǎn),施工中應(yīng)制定防坍塌及管線保護(hù)措施以及詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案。如掌子面出現(xiàn)土體含水量增多、土體坍塌、管線滲漏、遇中雨以上的降雨天氣等特殊情況,應(yīng)停止開挖,封閉掌子面,并采取相應(yīng)措施。
雙側(cè)壁導(dǎo)坑法和大拱腳工法施工雖然具有安全度高,地表沉降小等優(yōu)點(diǎn),非常適用于地質(zhì)條件差的大斷面開挖施工。但其方法最大的缺點(diǎn)就是工序多,施工干擾大,因此青島地鐵江西路車站為了保證隧道開挖的進(jìn)度,考慮到開挖方法、人員配置、機(jī)械選型等一整套施工組織問題,從幾套方案中根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際擇優(yōu)選擇。始終堅(jiān)持信息化施工,以監(jiān)控量測(cè)的信息數(shù)據(jù)指導(dǎo)并檢驗(yàn)施工方案的正確與否,隨時(shí)調(diào)整施工工藝及施工參數(shù)為隧道施工技術(shù)的根本。施工工藝必須科學(xué)并符合施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況,只有這樣施工過程才能省時(shí)省力,同時(shí)也將帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
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