劉苗

西安市建設工程質(zhì)量安全監(jiān)督站（710000）

地鐵暗挖隧道地裂縫段穿越建筑物施工技術

劉苗

西安市建設工程質(zhì)量安全監(jiān)督站（710000）

以西安地鐵一號線太吉暗挖隧道區(qū)間在地裂縫區(qū)域穿越建筑物為例，介紹了在地裂縫特殊地質(zhì)條件下，采用淺埋暗挖CRD工法及其輔助措施的條件暗挖隧道下穿建筑物，控制建筑物沉降變形的施工技術，以期相同或相近工況條件下對地鐵建設起到借鑒作用。

地鐵；地裂縫；CRD工法；建筑物；沉降

0 前言

在地鐵區(qū)間隧道施工中目前國內(nèi)廣泛采用盾構法施工,但是由于受到地質(zhì)等建設條件的限制,淺埋暗挖法仍被采用。在西安地鐵建設過程中由于地裂縫的存在，區(qū)間隧道在該區(qū)段一般采用淺埋暗挖法（礦山法）施工,以便擴大該部位結構斷面,并在隧道二襯結構上采用特殊構造，以消除因地裂縫變形引起的后期隧道結構變形。地鐵暗挖區(qū)間隧道在穿越或鄰近地面建筑物施時，施工降水、對土體的擾動、水土流失將造成地面沉降和地裂縫活動等，過大危及地面建筑物，產(chǎn)生施工安全風險和環(huán)境風險。如何采取設計、施工技術措施控制沉降是礦山法隧道施工的關鍵點，也是防止上部建筑物變形的基礎[1]。

1 工程概況

西安地鐵某線太吉區(qū)間隧道在里程YDK19+ 865～YDK20+050之間先后穿越西安機械探礦廠混3層和中交二公局兩棟混4層房屋建筑；區(qū)間YDK19+881～YDK19+971為f7地裂縫范圍。此段歷程范圍區(qū)間隧道和上部建筑物位于f7地裂縫強烈影響區(qū)。暗挖隧道與建筑物、地裂縫關系見圖1。

圖1 暗挖隧道與建筑物、地裂縫關系

根據(jù)地質(zhì)剖面顯示，本區(qū)段自上而下的地層為：素填土、新黃土、古壤土、中砂、粉質(zhì)黏土，其中中砂層埋深13.20～15.70 m。該區(qū)段隧道暗挖初期支護拱頂埋深約14.4 m，開挖斷面主要位于砂層和粉質(zhì)黏土層內(nèi)。本區(qū)段水文地質(zhì)：場地內(nèi)地下水屬潛水類型，穩(wěn)定水位埋深9.69～12.60 m。

本區(qū)段因設置減震道床和預留地裂縫沉降變形隧道初支開挖為馬蹄形斷面，最大尺寸8 333 mm×8 020 mm；初支格柵間距500 mm，噴射C20混凝土厚度250 mm。洞外降水,降水井打設深度40 m,降水深度30 m。

2 相鄰區(qū)段暗挖施工采用不同施工措施沉降監(jiān)測結果和沉降因素分析

2.1 相鄰區(qū)段已完工程不同施工技術措施條件下地面沉降監(jiān)測對比

通過收集和整理已完成的相鄰施工區(qū)段在不同開挖施工技術措施條件下的地面沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，得到如下不同措施條件下的主要斷面的沉降值：

采用全斷面WSS注漿止水加固、臺階法開挖：地下水豐富地段，注漿壓力0.4～0.7 MPa，地表沉降值累計-23.8 mm；采用大管棚超前支護、CRD法開挖，地裂縫位置，監(jiān)測斷面最大沉降值為-62.3 mm；測點差異沉降-30.7 mm；采用小導管超前注漿加固、臺階法開挖，非地裂縫位置、土層含水量較小，監(jiān)測斷面最大沉降值為-39.3 mm；測點差異沉降-28.7 mm。

通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對比，采取超前注漿加固措施能夠有效控制地面沉降。

2.2 沉降產(chǎn)生因素和對地面建筑物的影響

1）施工降水引起的沉降

由于該區(qū)間隧道埋深較深，地裂縫段地下水較高,土體含水豐富。根據(jù)經(jīng)過論證的施工降水方案在隧道兩側打設深度40 m、井間距為10 m、孔徑60 mm的施工降水井,在施工前期和施工過程主動降水，并存在開挖以及初期支護完成后的洞內(nèi)滲漏被動降水。降水周期較長，一般在6個月以上，施工降水期間含水層失水壓縮變形和黏土層失水固結引起地表沉降。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，降水引起的沉降主要集中在施工前期，沉降值一般5 mm以內(nèi)較小、均勻緩慢，對建筑物影響較小。

2）特殊地質(zhì)條件下引起的沉降

通過監(jiān)測，本區(qū)域地裂縫活動趨緩，但該部位在2011年～2014年地裂縫沉降槽內(nèi)沉降仍達10 cm,地表沉降值較大，不過總體為均勻沉降，對建筑物變形短期影響較小。

3）施工引起的土體位移產(chǎn)生的地面沉降

暗挖施工過程中洞內(nèi)土體移除、土層空隙水排出、砂層開挖可能形成的塌方等，必然會改變地層的應力狀態(tài)，使之處于非平衡狀體，這種狀態(tài)可能在一定時間內(nèi)體現(xiàn)出來導致地面沉降。在施工過程中，地裂縫地段土體較為松散，隧道頂部為含水砂層、含水量大，同時受地裂縫段影響該區(qū)域內(nèi)斷面設計為7 200 mm土體極易坍塌。此原因產(chǎn)生的沉降一般為非均勻沉降、沉降值不容易控制，對建筑物變形影響較大。

如何控制地表沉降是暗挖隧道的施工難點，也是減少對周邊環(huán)境影響的關鍵。礦山法隧道施工過程中土體固結、土體位移是引起地面沉降的主要因素,保持或加強原有地層的穩(wěn)定性是控制沉降的基礎，對開挖中滲漏水的控制和防止掌子面塌方是成敗的關鍵。

3 穿越建筑物區(qū)段設計、施工方案的選擇

3.1 建筑物情況及控制要求

西安機械探礦廠3層商鋪樓和中交二公局家屬區(qū)4層住宅樓均修建于上世紀六、七十年代,均為磚混結構、條形淺埋基礎，結構剛度和抗變形能力差，結構健康程度差。本區(qū)間建筑物要求累計沉降量報警值為20 mm。

3.2 相鄰施工段洞體開挖方案優(yōu)缺點

洞體斷面采用臺階法+小導管注漿施工措施，施工方法簡單，有利于提高施工進度，能夠有效地控制地面沉降。當暗挖區(qū)間上部存在建筑物時，對沉降要求較高，無法確保建筑物安全。

洞體斷面采用CRD+大管棚注漿施工措施，能夠較好地控制沉降，大管棚一次施工可達40 m，有利于提高施工進度。當暗挖區(qū)間上部存在建筑物，同時地質(zhì)條件惡劣時,無法確保建筑物安全;CRD開挖施工工序較多,對施工水平要求較高,對施工工期也有一定影響。

洞體斷面采用洞內(nèi)全斷面WSS注漿+CRD施工措施，洞內(nèi)注漿對掌子面附近的土體加固范圍較大，對建筑沉降控制效果尤為顯著。WSS注漿完成后，會在隧道外圍形成一個閉合圈，對隧道止水和沉降都非常有利。CRD開挖施工工序較多，對施工水平要求較高，對施工工期也有一定影響。因注漿范圍較大，成本花費較高，可減少降水時間，同時可有效封閉地下水通道間隙，減少地下水流失[2]。

3.3 措施方案確定

通過對建筑結構可抵抗變形能力、不同方案對地面沉降的影響、施工安全性、施工工期和經(jīng)濟性分析，結合相鄰區(qū)段和西安地鐵的施工經(jīng)驗，確定采用洞內(nèi)全斷面WSS注漿加固、CRD工法開挖施工的穿越建筑物施工方案。

4 施工參數(shù)選擇及方案實施控制

4.1 建筑物沉降監(jiān)測點布設及監(jiān)測頻率

監(jiān)測控制點須滿足規(guī)范規(guī)定的精度要求；所用儀器經(jīng)校驗滿足精度和誤差要求;用閉合水準路線，觀測時應滿足變形監(jiān)測路線固定、儀器固定、人員固定的“三定”要求。

建筑物沉降監(jiān)測點按以下要求設置：建筑四周、沿外墻每10～15 m處或每個根柱基上，每側不少于三個檢測點,離地面不得小于20 cm,且避開雨水管、窗臺線、電路開關等有礙設標與觀測的障礙物。在不同地基或基礎的分界處，變形縫、抗震縫或嚴重開裂處的兩側布設監(jiān)測點。

為保證高程基點的可靠性，每次觀測前應對基準點進行檢測，并作出分析判斷，以保證觀測結果的可靠性。在掌子面開挖前的降水期，每天監(jiān)測一次，開挖期間每天監(jiān)測不少于2次。

圖2 建筑物監(jiān)測點布置圖

4.2 WSS洞內(nèi)注漿加固參數(shù)的選擇[2]

注漿長度每10 m一循環(huán)，打設時最外側三排間距為1.0 m,沿開挖面輪廓環(huán)向布置,按照14°、12°、9°外插角施做，加固開挖輪廓線外2 m范圍內(nèi)的土體，其余垂直打設間距為1 m×1 m梅花型布置，搭接長度2 m。注漿管采用DN52的PVC管和φ18鍍鋅管作注漿內(nèi)管，長度10 m，預測注漿擴散半徑按照0.5 m。

為減小注漿對地面建筑物的影響，注漿壓力嚴格控制在0.8～1.0 MPa。每立方米土體注漿量為36～42 m3。采用水泥水玻璃漿液，體積比為1∶1，水玻璃濃度為35Be,水泥漿水灰比采用1∶1。

注漿順序由外向內(nèi)，并間隔注漿，嚴格控制注漿壓力和注漿量，過程中采取雙控措施。注漿完成后封堵注漿孔，保證注入的漿液不跑不溢。

為保證注漿止水和加固效果在下穿建筑物前施做試驗段，根據(jù)試驗確定注漿參數(shù)。

4.3 掌子面開挖施工過程控制

CRD法施工應遵循“管超前、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則進行。各臺階斷面開挖均預留核心土，以發(fā)揮掌子面的三維支撐作用。臺階長度控制在2～3 m,嚴格控制上下臺階之間的距離，施工中做到快封閉、早成環(huán)。

上臺階開挖時嚴格拱架拱腳處理，保證鎖腳錨管的打設深度和注漿質(zhì)量。隧道左右線對于工作面的施工縱向間距保證在30 m以上,開挖面不得欠挖，超挖時用C25混凝土回填，做好施工安排保證工序銜接。

嚴格控制每循環(huán)進尺長度在0.5 m以內(nèi)，及時對初支背后進行回填注漿，填充初支背后出現(xiàn)的空隙。

為減小后期初支沉降，在達到二襯施工條件后及時施工二襯并進行回填注漿。二襯施工完成后減少或停止降水作業(yè)。

5 效果分析

通過施工監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，剔除因地裂縫原因產(chǎn)生的區(qū)域性沉降因素，前期降水產(chǎn)生的建筑物沉降大約在6 mm、開挖階段建筑物最大沉降值為小于14 mm，兩者疊加沉降值小于20 mm。兩棟建筑物監(jiān)測點最大不均勻沉降為8.5 mm，達到了控制要求（如圖3和圖4）。通過對樓體的直接觀察和專業(yè)房屋鑒定機構在施工前和施工后的鑒定，建筑物的變形不大，施工過程對建筑物影響較小。

圖3 西安探礦廠3層商鋪沉降歷時曲線圖

6 結語

為使地表沉降變形得到控制,保證建筑物安全，地面沉降控制必須從支護設計和施工質(zhì)量控制兩個方面考慮，并應根據(jù)現(xiàn)場實際不斷優(yōu)化、調(diào)整來實現(xiàn)，防止建筑物安全事故的發(fā)生。在設計方面應考慮降水方案、初期支護形式、超前加固措施、開挖方式。在施工控制中應控制掌子面與封閉環(huán)的間距、初期支護的及時性和質(zhì)量、初期支護背后注漿的及時性和有效性以及二襯施工的時間安排等施工工序銜接。

[1]王夢恕.隧道工程淺埋暗挖法施工要求點[J].隧道建設, 2006-10.

[2]范增國,馮超,等.WSS工法注漿止水在富水黃土隧道中的應用[J].城市軌道交通,2011-3.