胡德平(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設(shè)有限公司，北京 101100)

1 引 言

對于雙孔盾構(gòu)隧道，為了確保運營期間的安全，從防火、防災(zāi)和救援等方面出發(fā)，常在兩條隧道之間每隔一定距離設(shè)置一條聯(lián)絡(luò)通道［1-3］。聯(lián)絡(luò)通道的施工，不僅要考慮自身結(jié)構(gòu)和地面建筑物安全，更要確保主隧道的穩(wěn)定，減小施工災(zāi)害發(fā)生的可能性。

據(jù)不完全統(tǒng)計，國內(nèi)已經(jīng)修建和在建地鐵的城市多達48個，各個地區(qū)的地質(zhì)條件不同，施工技術(shù)也不相同。眾多專家學者對聯(lián)絡(luò)通道的施工技術(shù)、安全評估等開展了研究，得到一些有益的結(jié)論［4-7］。鄭州地區(qū)位于黃河中下游平原，修建地鐵的時間較短，因此開展聯(lián)絡(luò)通道及泵房的施工措施研究可為今后的類似工程提供參考。

2 工程概況

鄭州市民文化服務(wù)區(qū)地下交通工程土建施工B合同段包括市民大道站、市委黨校站、鐵爐站-市民大道站區(qū)間、市民大道站-市委黨校站區(qū)間。

鐵爐站-市民大道站區(qū)間隧道在YK2+ 981.170和ZK2+981.170處設(shè)一座聯(lián)絡(luò)通道兼廢水泵房，線間距為13.00m，中心埋深18.0m。該處聯(lián)絡(luò)通道（兼泵房）采用礦山法施工，聯(lián)絡(luò)通道斷面形式采用直墻圓拱形斷面，集水坑處為矩形斷面。集水井開挖最低點埋深25.6m，區(qū)間勘察期間地下水位埋深為37.80-40.30m，集水井開挖時無需采取降排水措施。該區(qū)間雙線已經(jīng)貫通，具備聯(lián)絡(luò)通道的施工條件。鐵-市區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道平面位置見圖1。

本區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道兼泵房在洞內(nèi)注漿加固后采用礦山法暗挖施工，廢水泵房施工在聯(lián)絡(luò)通道施工完畢后再進行泵房開挖，泵房開挖采用倒掛式施工。聯(lián)絡(luò)通道兼泵房的結(jié)構(gòu)形式見圖2。

圖1 鐵-市區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道平面位置圖

圖2 聯(lián)絡(luò)通道（兼泵房）結(jié)構(gòu)剖面圖

3 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

本區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道兼泵房施工影響范圍內(nèi)的工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件如下：

3.1 工程地質(zhì)

雜填土①層：雜色，以路基土為主，含大量碎石等，天然密度1.85g/cm3，c=7.9kPa，φ=8.5度，層厚2.16m。

砂質(zhì)粉土填土①1層：灰黃色、褐黃色為主，稍密，稍濕-濕，以粉土為主，含植物根系，夾有碎石、砂礫以及少量磚渣等，1.92g/cm3，c=8.3kPa，φ=11.8度，層厚0.81m。

黏質(zhì)粉土⑤1層：灰黃色-黃褐色，稍濕-濕，中密-密實，含鐵銹斑點、少量錳質(zhì)斑點及白色菌絲，見零星小鈣質(zhì)結(jié)核，粒徑5-20mm，干強度低、韌性低，局部夾砂質(zhì)粉土層。該層主要物理力學指標如下：含水量19.3%，天然密度1.92g/cm3，比重2.70，均孔隙比0.679，壓縮系數(shù)0.23MPa-1，壓縮模量7.7MPa，屬中等壓縮性土，c=14.2kPa，φ=23.5°，層厚6.26m。

黏質(zhì)粉土⑥2層：黃灰色-褐黃色，稍濕-濕，中密-密實，具黑色錳質(zhì)斑點，含鈣質(zhì)結(jié)核，結(jié)核粒徑一般5-20mm，分布無規(guī)律，切面粗糙，局部夾砂質(zhì)粉土層。該層的主要物理力學指標如下：含水量18.8%，天然密度1.93g/cm3，比重2.70，孔隙比0.661，壓縮系數(shù)平均0.21MPa-1，壓縮模量8.3MPa，屬中等壓縮性土，c=14.8kPa，φ=22.7度，本層平均層厚5.90m。

黏質(zhì)粉土⑦2層: 灰黃色-黃褐色，稍濕-濕，中密-密實，具黑色錳質(zhì)斑點，含大量鈣質(zhì)結(jié)核，含量5%-10%，結(jié)核粒徑一般5-30mm，分布無規(guī)律，切面粗糙，偶見弱膠結(jié)現(xiàn)象，局部夾砂質(zhì)粉土層。該層的主要物理力學指標如下：含水量19.9%，天然密度1.93g/cm3，比重2.70，孔隙比0.678，壓縮系數(shù)0.20MPa-1，壓縮模量9.0MPa，屬中等壓縮性土，c=15.8kPa，φ=22.1度，層厚7.26m。

粉質(zhì)黏土⑧1層：黃褐色-棕紅色，硬塑，含大量鈣質(zhì)結(jié)核，含量5%-10%，結(jié)核粒徑一般5-10mm，分布無規(guī)律，局部呈泥質(zhì)弱膠結(jié)，斷面光滑，有油脂光澤。該層的主要物理力學指標如下：含水量21.5%，天然密度1.95g/cm3，比重2.71，孔隙比0.685，液性指數(shù)0.14，壓縮系數(shù)0.25MPa-1，壓縮模量7.0MPa，屬中壓縮性土，c=33.3kPa，φ=18.7度，層厚3.46m。

粉質(zhì)黏土⑧3層：黃褐色～棕紅色，硬塑，含大量鈣質(zhì)結(jié)核，含量5%-10%，結(jié)核粒徑一般5-30mm，分布無規(guī)律，局部呈泥質(zhì)弱膠結(jié)，斷面光滑，有油脂光澤。該層的主要物理力學指標如下：含水量23.0%，天然密度1.93g/cm3，比重2.71，孔隙比0.731，液性指數(shù)0.24，壓縮系數(shù)0.23MPa-1，壓縮模量7.7MPa，屬中壓縮性土，c=32kPa，φ=18度，層厚10.53m。

粉質(zhì)黏土⑨3層：棕紅色，硬塑-堅硬，含鈣質(zhì)結(jié)核，含量3%-5%，結(jié)核粒徑一般5-30mm，分布無規(guī)律，局部呈泥質(zhì)弱膠結(jié)，斷面光滑，有油脂光澤。該層的主要物理力學指標如下：含水量22.3%，天然密度1.97g/cm3，比重2.72，孔隙比0.671，液性指數(shù)0.18，壓縮系數(shù)0.21MPa-1，壓縮模量7.9MPa，屬中壓縮性土，c=37.2kPa，φ=16.7度，層厚3.81m。

黏土⑨5層：棕紅色，硬塑-堅硬，含鈣質(zhì)結(jié)核，含量3%-5%，結(jié)核粒徑一般5-30mm，分布無規(guī)律，局部呈泥質(zhì)弱膠結(jié)，斷面光滑，有油脂光澤。該層的主要物理力學指標如下：含水量22.8%，天然密度1.97g/cm3，比重2.73，孔隙比0.706，液性指數(shù)0.05，壓縮系數(shù)0.17MPa-1，壓縮模量11.3MPa，屬中壓縮性土，c=43.5kPa，φ=17.2度，層厚13.0m。

3.2 水文地質(zhì)

穩(wěn)定水位埋深37.8-40.3m，水位標高83.6-83.1m，位于隧道底板以下約16-20m。含水層主要為粉質(zhì)黏土⑧3層（局部粉質(zhì)黏土含孔隙）。主要接受側(cè)向徑流及越流補給，以側(cè)向徑流、人工開方式排泄。其地下水徑流補給方向為自西南向東北補給。

4 聯(lián)絡(luò)通道及泵房施工的數(shù)值模擬

4.1 材料參數(shù)和有限元模型

采用通用有限元軟件ANSYS進行數(shù)值模擬，模型尺寸取值如下：① 高度：由地表向下取至隧道底以下3D（D為盾構(gòu)的直徑），即22.0+6.0+36.0×3=40.0 m；② 寬度，取至盾構(gòu)兩外側(cè)6D，即13.0+6.0×13=91.0m；③ 長度取10D，取6.0×10=60.0 m。

表1 土層的主要物理力學參數(shù)

盾構(gòu)施工影響范圍內(nèi)地層土體主要為粉土、粉質(zhì)黏土，主要物理力學參數(shù)，見表1。

盾構(gòu)管片材料為C50，主要物理力學參數(shù)見表2。

表2 儲油罐和管片的主要物理力學參數(shù)

4.2 聯(lián)絡(luò)通道開挖引起的沉降分析

有限元模型的四周邊界采用法向約束，底邊界采用固定約束，上邊界自由，盾構(gòu)襯砌內(nèi)邊界自由，施加重力加速度。分別得到未施工聯(lián)絡(luò)通道及泵房的盾構(gòu)襯砌及周邊土體沉降云圖，如圖3所示，施工聯(lián)絡(luò)通道及泵房后的盾構(gòu)襯砌及周邊土體沉降云圖，如圖4所示，施工聯(lián)絡(luò)通道及泵房后的盾構(gòu)襯砌沉降云圖，如圖5所示，施工聯(lián)絡(luò)通道及泵房后的土體沉降云圖，如圖6所示。

圖3 未施工聯(lián)絡(luò)通道（兼泵房）的沉降云圖

圖4 施工聯(lián)絡(luò)通道（兼泵房）的沉降云圖

比較圖（3-6）可以發(fā)現(xiàn)：聯(lián)絡(luò)通道及泵房開挖后盾構(gòu)管片和周邊土體均產(chǎn)生一定的沉降，其中盾構(gòu)管片的最大沉降為1.2mm，地表土體的最大沉降為3.5mm。因此需要對土體進行加固處理，減小聯(lián)絡(luò)通道及泵房開挖引起的沉降。

5 聯(lián)絡(luò)通道及泵房施工措施

5.1 洞內(nèi)加固

管片破除前，聯(lián)絡(luò)通道洞門采用袖閥管注漿進行拱頂斷面加固，加固范圍為開挖外輪廓外1.5m，使管片外側(cè)形成止水環(huán)，確保聯(lián)絡(luò)通道開洞時的安全，鉆孔采用水鉆進行施工，盡量避開管片內(nèi)鋼筋。

加固采用袖閥管注漿工藝，鉆孔直徑90mm、內(nèi)置直徑52mm的PVC管。盾構(gòu)區(qū)間在聯(lián)絡(luò)通道洞門位置處，安裝臨時鋼梁和豎向支撐完成后，可在盾構(gòu)待拆除的管片內(nèi)鉆孔并施工袖閥管深孔注漿，對聯(lián)絡(luò)通道洞口部位進行全斷面注漿加固地層。

5.2 管片破除

臨時鋼梁和豎向支撐安裝完成，并對聯(lián)絡(luò)通道洞口部位進行全斷面注漿加固完成后，對破除范圍進行測量放線，隨后采用水鉆對破除區(qū)域外輪廓進行鉆除，破除的混凝土使用電瓶車外運。

5.3 支護與開挖

5.3.1 超前支護

聯(lián)絡(luò)通道兼泵房采用超前小導管支護。超前支護形式如圖5所示。

1）小導管設(shè)計參數(shù)：材料：鋼管采用外徑42mm、厚3.5mm的熱軋無縫鋼管，縱向每榀打設(shè)，鋼管長度2.5m，外插角10°-20°，為便于超前小導管插入圍巖內(nèi)，鋼管前端宜做成尖錐狀，尾部焊上箍筋；間距：鋼管環(huán)向間距為30cm，縱向相鄰兩排的水平投影搭接長度不小于100cm；外插角：10°-20°；

圖5 超前支護正面布置圖

2）小導管注漿采用水泥-水玻璃，注漿參數(shù)如下：注漿種類、參數(shù)、配比根據(jù)現(xiàn)場試驗確定；注漿壓力：0.5MPa；

3）小導管施工要求：小導管安設(shè)一般采用鉆孔打入法，即先按設(shè)計要求鉆孔，鉆孔直徑比鋼管直徑大3～5mm，然后將小導管穿過鋼架，用錘擊或鉆機頂入，頂入長度不小于鋼管長度的90%，并用高壓風將鋼管內(nèi)的砂石吹出；小導管安設(shè)后，用塑膠泥封堵孔口及周圍裂隙，必要時在小導管附近及工作面噴射混凝土，以防止工作面坍塌；隧道的開挖長度應(yīng)小于小導管的注漿長度，預(yù)留部分作為下一次循環(huán)的止?jié){墻；注漿前應(yīng)進行壓水試驗，檢查機械設(shè)備是否正常，管路連接是否正確，為加快注漿速度和發(fā)揮設(shè)備效率，可采用群管注漿（每次3～5根）；注漿量達到設(shè)計注漿量和注漿壓力達到設(shè)計終壓時可結(jié)束注漿；注漿過程中要隨時觀察注漿壓力及注漿泵排漿量的變化，分析注漿情況，防止堵管、跑漿、漏漿。做好注漿記錄，以便分析注漿效果。

圖6 聯(lián)絡(luò)通道縱向施工步序圖

5.4 土方開挖與初期支護

聯(lián)絡(luò)通道采用臺階法施工，土方采用人工開挖，上臺階超前下臺階3m，上臺階開挖高度2.2，下臺階開挖高度2.5m，上臺階開挖循環(huán)進尺0.5m(1倍鋼拱架間距)，下臺階循環(huán)進尺不大于2m。土方開挖時要嚴格控制開挖斷面，不得欠挖，超挖控制在100mm內(nèi)。臺階開挖縱斷圖如圖6所示。

上臺階采用環(huán)行留核心土法施工，先開挖環(huán)行拱部，并及時施工初期支護結(jié)構(gòu)后再開挖核心土，核心土要留坡度，不得出現(xiàn)反坡。拱部初期支護結(jié)構(gòu)基本穩(wěn)定且噴射混凝土達到設(shè)計強度的70%以上時，進行下臺階開挖。下臺階開挖時先施工兩側(cè)邊墻初期支護結(jié)構(gòu)，再開挖中間土體，邊墻采用雙側(cè)交錯開挖，不得使上部結(jié)構(gòu)同時懸空，邊墻開挖至設(shè)計高程后要立即安裝鋼拱架并噴射混凝土。中間土體開挖后及時施工仰拱，使整個初期支護結(jié)構(gòu)封閉。

5.5 土方開挖與初期支護

5.5.1 泵房開挖

泵房初支采用倒掛法施工，鋼架預(yù)先在地面進行試拼裝，鋼架組成后應(yīng)在一個平面內(nèi)，合格后方可進行開挖。土方開挖時，采用分段向下挖土，先架設(shè)臨時支撐，然后現(xiàn)澆二襯結(jié)構(gòu)的方法施工，土方開挖循環(huán)進尺控制在0.5m，開挖采用風鎬人工，人工裝碴至手推車內(nèi)，倒入碴斗中運出通道。先開挖第一段，開挖后噴射混凝土封閉圍巖、布設(shè)砂漿錨管、掛設(shè)鋼筋網(wǎng)、安裝鋼格柵、打鎖腳錨管、噴射混凝土；再開挖第二段，完成相應(yīng)初支工序；其后為第三段，最后為第四段，鋼格柵連接成整體、噴混凝土封閉后設(shè)對口撐，繼續(xù)依此順序向下施工。泵房頂部初支連立兩榀鋼格柵以保證聯(lián)絡(luò)通道鋼架的穩(wěn)定。施工過程中做好施工監(jiān)測，根據(jù)施工監(jiān)測成果及時調(diào)整開挖進尺深度，將圍巖變形控制在合理范圍內(nèi)。

圖7 泵房初支鋼筋圖

5.5.2 初支施工

土方開挖完成后，噴射2-3cm混凝土封閉圍巖，布設(shè)砂漿錨管，梅花形布置，間距1.5m×1.5m。鋼筋網(wǎng)縱向、環(huán)向采用Φ6.5鋼筋，鋼筋間距為200mm×200mm。鋼筋網(wǎng)在鋼格柵外側(cè)單層設(shè)置。將鋼筋在洞外加工成1.0m×1.0m的鋼筋網(wǎng)片，運入洞內(nèi)，鋼筋網(wǎng)緊貼混凝土面鋪設(shè)，并且焊接在錨管上，鋼筋網(wǎng)混凝土保護層不小于30mm。鋼筋網(wǎng)施工完畢后開始格柵鋼架安裝，鋼架采用C25鋼筋焊接而成，鋼架與錨管焊接牢固，并加設(shè)鎖腳錨管以控制鋼架下沉。鋼架間距0.5m，內(nèi)外兩側(cè)用L=700mm，Φ22mm的連接筋將鋼架豎向連為整體，水平方向設(shè)置對口支撐保證豎井初支穩(wěn)定。泵房初支鋼筋設(shè)計如圖7所示。

6 結(jié) 語

1) 數(shù)值計算結(jié)果表明：聯(lián)絡(luò)通道及泵房開挖后盾構(gòu)管片和周邊土體均產(chǎn)生一定的沉降，其中盾構(gòu)管片的最大沉降為1.2mm，地表土體的最大沉降為3.5mm。因此需要對土體進行加固處理，減小聯(lián)絡(luò)通道及泵房開挖引起的沉降；

2) 提出了針對性的小導管加固措施，并制定了詳細的聯(lián)絡(luò)通道及泵房施工技術(shù)措施，為今后的類似工程提供了參考。