任 磊，陳瑞征

(1.鄭州地鐵集團(tuán)有限公司，河南 鄭州 450000；2.中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，北京 102627)

隨著我國城市軌道交通建設(shè)的快速發(fā)展，渡線、聯(lián)絡(luò)線等分岔區(qū)隧道在地鐵工程中不斷涌現(xiàn)。岔線多與車站和區(qū)間隧道正線合建，采用明挖法或礦山法施工[4-8]。李兆平等[9]研究了先采用礦山法開挖橫向通道，然后由大斷面到小斷面縱向開挖構(gòu)筑分岔區(qū)隧道的關(guān)鍵技術(shù)。嚴(yán)彬等[10]介紹了寧波軌道交通3號(hào)線鄞南區(qū)間隧道采用的盾構(gòu)法構(gòu)筑分岔聯(lián)絡(luò)通道施工技術(shù)。受工法、工期、征遷、經(jīng)濟(jì)性等因素制約，各分岔區(qū)隧道情況各異，施工技術(shù)還需要不斷探索和豐富。

鄭州市軌道交通1，2號(hào)線聯(lián)絡(luò)線位于富水粉砂層，地質(zhì)條件差，周邊存在多處老危建筑和大直徑管線，工程風(fēng)險(xiǎn)大。為降低工程風(fēng)險(xiǎn)，加快工程進(jìn)度，分岔區(qū)采用礦山法擴(kuò)挖盾構(gòu)隧道施工技術(shù)。

1 工程概況

1.1 分岔區(qū)地理位置

鄭州市軌道交通1，2號(hào)線聯(lián)絡(luò)線與2號(hào)線紫(荊山站)—東(大街站)區(qū)間隧道左線同期合建(見圖1)，分岔區(qū)隧道的建設(shè)受2號(hào)線紫東區(qū)間隧道左線的影響和制約。

圖1 線路與周邊建(構(gòu))筑物位置關(guān)系

分岔區(qū)周邊環(huán)境復(fù)雜，黃委小學(xué)教學(xué)樓(5層)、西側(cè)商鋪(4層)、順河路、黃委會(huì)住宅樓(6層)、新月大廈(5層)、既有給水管(φ1 000 mm)均為影響施工方案的控制性因素。此外，道岔岔心前14 m至岔心后16 m范圍內(nèi)隧道結(jié)構(gòu)不能設(shè)置變形縫。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

分岔區(qū)隧道埋深約22.6 m，所處地貌單元為黃河沖積平原。隧道穿越地層自上而下為第四系全新統(tǒng)沖洪積粉砂層④-2、粉土層④-5和粉砂層④-3。3種地層力學(xué)參數(shù)見表1。

表1 3種地層力學(xué)參數(shù)

分岔區(qū)地下水類型為潛水，主要賦存于粉砂層④-2、粉土層④-5和粉砂層④-3中。穩(wěn)定地下水位位于自然地表以下13.5 m,線路軌頂面以上約15.2 m處。

通過對(duì)檔案的收集、分類、編號(hào)、保存和銷毀等環(huán)節(jié)的管理，使檔案工作的全過程都能對(duì)質(zhì)量活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的控制，對(duì)已完成的檢測(cè)工作能夠做到準(zhǔn)確統(tǒng)計(jì)，對(duì)已運(yùn)行的管理體系各要素的歷史狀態(tài)能夠做到準(zhǔn)確查詢，從而達(dá)到有效的查證和管理，確保管理體系的有效運(yùn)行。

2 施工方案

黃委小學(xué)附近的分岔區(qū)隧道長57 m，存在場(chǎng)地開挖條件，采用明挖法施工。順河路下方的分岔區(qū)隧道長30.2 m，受管線改遷及交通疏解限制，可采用礦山法或盾構(gòu)法施工。東紫區(qū)間隧道正線長 1 393 m，采用盾構(gòu)法施工。盾構(gòu)從東大街站始發(fā)向紫荊山站掘進(jìn)，途中盾構(gòu)空推通過分岔區(qū)明挖段，后從分岔區(qū)明挖段左端頭二次始發(fā)掘進(jìn)至紫荊山站。受外界條件影響，分岔區(qū)明挖段開工時(shí)間延遲至2015年3月，此刻?hào)|大街站端頭盾構(gòu)井已施作完成，盾構(gòu)已經(jīng)具備始發(fā)掘進(jìn)條件。因工期嚴(yán)峻,在盾構(gòu)從分岔區(qū)明挖段左端頭二次始發(fā)掘進(jìn)期間，同時(shí)采用礦山法反向擴(kuò)挖順河路下方的盾構(gòu)隧道，將有效節(jié)省時(shí)間，加快工程進(jìn)度(如圖2、圖3所示)。因此，采用礦山法擴(kuò)挖盾構(gòu)隧道成為工程實(shí)施的關(guān)鍵。

圖2 工程平面

圖3 分岔區(qū)擴(kuò)挖段大斷面示意(單位：mm)

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

1)特殊襯砌預(yù)拼裝

分岔區(qū)擴(kuò)挖段盾構(gòu)隧道襯砌全環(huán)采用特殊鋼管片通縫拼裝，方便擴(kuò)挖期間切割拆除，并在管片內(nèi)部增設(shè)徑向注漿孔。

2)縱向緊固

管片拆除易引起鄰近管片的變形和位移。擴(kuò)挖施工前采用槽鋼通過吊裝孔將管片連接，將與擴(kuò)挖段相接的盾構(gòu)隧道20環(huán)長度范圍內(nèi)管片進(jìn)行縱向緊固，環(huán)向共布置6道槽鋼。

3)洞內(nèi)徑向注漿

管片拆除易造成管片背后土體空洞坍塌，管片局部受力狀態(tài)改變而開裂，對(duì)擴(kuò)挖段地層進(jìn)行注漿加固，以改善開挖條件。注漿通過管片預(yù)留注漿孔或開孔進(jìn)行，以管片中心為圓心按11.25°環(huán)向布置32個(gè)注漿孔，縱向間距1.0 m；擴(kuò)挖輪廓線外3 m范圍內(nèi)為注漿區(qū)域(如圖4所示)。漿液采用水泥+水玻璃雙液漿，擴(kuò)散半徑1.0 m。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果調(diào)整注漿壓力，確保加固后土體28 d無側(cè)限抗壓強(qiáng)度不小于0.8 MPa。

圖4 徑向注漿示意(單位：mm)

4)超前支護(hù)

分岔區(qū)位于深埋富水粉砂層，開挖風(fēng)險(xiǎn)大。采用超前管棚+超前小導(dǎo)管支護(hù)措施，防止坍塌。

超前管棚單根長35 m，共打設(shè)1環(huán)，環(huán)向間距400 mm，外插角1.0°～1.5°。超前小導(dǎo)管單根長1.8 m，環(huán)向間距400 mm，縱向間距0.5 m，外插角不大于33.5°。超前管棚及小導(dǎo)管均在拱部150°范圍內(nèi)布設(shè)，并壓注水泥+水玻璃雙液漿。

5)降水

采用以洞外為主、以洞內(nèi)為輔的管井降水，防止隧道開挖時(shí)涌水涌砂發(fā)生。洞外采用地表管井降水，井深45 m，在擴(kuò)挖段隧道兩側(cè)3.5 m處地表沿縱向以 5～6 m間隔布置。洞內(nèi)在既有盾構(gòu)隧道鋼管片底部打設(shè)管井降水，管井內(nèi)徑275 mm，深3.5 m，縱向間距5 m，將水位降至仰拱下1 m 以下。洞內(nèi)降水配合地表降水有效解決富水砂層降水深度大、難度大的問題。擴(kuò)挖段隧道初期支護(hù)施工時(shí)封堵洞內(nèi)降水井。

6)擴(kuò)挖段施工順序及方法

結(jié)合鋼管片襯砌位置及施工作業(yè)條件綜合確定各洞室開挖順序，采用交叉中隔壁法分左上、右上、左下、右下4步開挖洞室，設(shè)臨時(shí)中隔壁和臨時(shí)仰拱，如圖5所示。

圖5 擴(kuò)挖段施工順序

擴(kuò)挖前采用I22b臨時(shí)型鋼支撐穿越TK塊鋼管片深入拱頂土體，在下部接焊I22b臨時(shí)型鋼并與TK塊、TA2塊鋼管片焊接牢固，在盾構(gòu)隧道下半斷面堆填沙袋進(jìn)一步穩(wěn)固型鋼支撐和壓載盾構(gòu)隧道，解決上半斷面擴(kuò)挖導(dǎo)致的既有盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)上浮問題。擴(kuò)挖時(shí)首先開挖TK塊上部小空間土體，及時(shí)將臨時(shí)型鋼支撐與擴(kuò)挖段初期支護(hù)連接牢固，然后進(jìn)行各工序開挖。

7)隧道接口處理

采用礦山法擴(kuò)挖盾構(gòu)隧道至接口處，采用超前小導(dǎo)管對(duì)臨土區(qū)掌子面前方3 m范圍土體進(jìn)行注漿加固。采用型鋼噴混凝土施作堵頭墻，型鋼與混凝土管片間通過環(huán)狀背覆鋼板連接(如圖6所示)。鋼板覆蓋于管片外表面，已在前期盾構(gòu)隧道施作襯砌時(shí)預(yù)留。

圖6 擴(kuò)挖段與正線盾構(gòu)段的銜接示意(單位:mm)

4 擴(kuò)挖段數(shù)值模擬及實(shí)施效果

利用MIDAS GTS NX有限元分析軟件模擬,采用礦山法反向擴(kuò)挖,得到各分步開挖引起的地表沉降云圖,見圖7。臨時(shí)中隔壁及臨時(shí)仰拱在二次襯砌施工后再切割拆除。

圖7 各分步開挖地表沉降云圖

將各分步最大地表沉降的模擬值與后續(xù)施工的實(shí)測(cè)值對(duì)比于圖8。

圖8 最大地表沉降模擬計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

由圖8可知:①在擴(kuò)挖上半斷面與下半斷面時(shí)最大地表沉降發(fā)展速率差異明顯，擴(kuò)挖下半斷面引起的沉降發(fā)展速率大，這與擴(kuò)挖上半斷面前新建與既有隧道襯砌間采取了臨時(shí)型鋼連接以及在下半斷面堆填沙袋壓載措施有關(guān)。②上半斷面開挖即分步1，2中，最大地表實(shí)測(cè)值明顯大于模擬計(jì)算值，這可能與管片頂部擴(kuò)挖造成土體二次擾動(dòng)或施工時(shí)臨時(shí)型鋼連接措施不到位、上半斷面初期支護(hù)未及時(shí)封閉有關(guān)。③斷面開挖結(jié)束后，最大地表沉降實(shí)測(cè)值25.1 mm，模擬計(jì)算值21.9 mm，相差不大，且兩者在斷面開挖結(jié)束后均趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)語

1)采用礦山法擴(kuò)挖盾構(gòu)隧道解決了分岔區(qū)隧道施工難題。工程最大地表沉降25.1 mm，縮短工期3.5～5.0個(gè)月。

2)在周邊環(huán)境復(fù)雜地段，富水粉砂層中強(qiáng)降水采用超前管棚+小導(dǎo)管支護(hù)措施，不僅為礦山法擴(kuò)挖施工提供了有利條件，而且既安全又經(jīng)濟(jì)。

3)采用礦山法返向擴(kuò)挖盾構(gòu)隧道，并采取臨時(shí)型鋼支撐及堆填沙袋壓載措施，可將新建與既有結(jié)構(gòu)穩(wěn)固連接，有利于控制隧道擴(kuò)挖施工對(duì)周邊土體的影響。