張曉春

（長沙市軌道交通集團有限公司，湖南 長沙410011）

1 概 述

1.1 平面概況

阜埠河站—靈官渡站區(qū)間是長沙市軌道交通3 號線一期工程的第六個區(qū)間，區(qū)間線路正線出阜埠河站后向東北方向前穿行在天馬路下，然后橫跨瀟湘中路，橫跨湘江西汊、橘子洲和湘江東汊，橫穿湘江中路，最后進入靈官渡站。區(qū)間于湘江的東、西岸各設置一座區(qū)間風井。東岸風井位于湘江東岸沿江綠化帶地塊內(nèi)、湘江中路和勞動路交叉口以西、靈官渡泵站以南，鄰近湘江大堤，地面較平坦。東岸區(qū)間風井里程為YDK16+845.497 ～YDK16+858.582，為地下五層雙跨框架結(jié)構(gòu)，全長13 m，寬28.8 m。東岸區(qū)間風井穩(wěn)定水位埋深為4.1 m，水位標高34.9 m，位于雜填土層。該工程重要性等級屬一級工程，場地復雜程度為二級場地（中等復雜場地），工程周邊環(huán)境風險等級為一級（見圖1）。

東岸區(qū)間風井采用明挖順作法施工。主體基坑深約32.5 m，基坑圍護結(jié)構(gòu)采用厚度1000 mm的地下連續(xù)墻，與內(nèi)襯墻一起形成疊合墻結(jié)構(gòu)。主體結(jié)構(gòu)的環(huán)梁及縱梁既作為施工階段圍護結(jié)構(gòu)支撐體系使用，又作為正常使用階段永久結(jié)構(gòu)（見圖2）。

圖1 東岸風井位置及周邊環(huán)境

圖2 東岸風井環(huán)梁及縱梁支撐體系

1.2 工程地質(zhì)條件

地質(zhì)資料采用廣東省地質(zhì)物探工程勘察院《長沙市軌道交通3 號線一期工程KC-1 標段詳細勘察階段阜埠河路站至書院路站區(qū)間東岸風井巖土工程勘察報告》。阜書區(qū)間東岸風井地層層序自上而下依次為：

（1）雜填土層（Q4ml）。組成物主要為人工堆填的黏性土、中粗砂、碎石及磚塊、混凝土塊等建筑垃圾等。位于地表，層頂標高為36.39～39.15 m，層頂埋深為0 m，厚度為8.00～12.70 m，平均厚度9.78 m。

（2）淤泥質(zhì)土層（Q4al）。主要由黏粒及有機質(zhì)組成，為抗剪強度低、高靈敏度、高壓縮性軟土。層頂標高為25.53～29.42 m，層頂埋深為8.00～10.90 m，厚度為1.00～2.70 m，平均厚度1.97 m。

（3）沖積中砂層（Q4al）。中密狀，飽和，含少量黏粒，級配差。層頂標高為30.15 m，層頂埋深9.00 m，厚度10.60 m。

（4）沖積礫砂層（Q4al）。稍密狀，飽和，含少量粗砂，級配差。層頂標高為28.42 m，層頂埋深9.00 m，厚度3.20 m。

（5）沖積圓礫層（Q4al）。中密狀，飽和，含較多礫砂及卵石。層頂標高為25.22 m，層頂埋深12.20 m，厚度1.80 m。

（6）沖積卵石層（Q4al）。中密至密實狀，飽和，含少量黏土及砂，級配差。層頂標高為23.42～25.39 m，層頂埋深為11.00～14.00 m，厚度為0.70～4.10 m，平均厚度2.40 m。

（7）中風化泥質(zhì)粉砂巖。粉細粒狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，裂隙較發(fā)育，巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。層頂標高為0.69 ～24.18 m，層頂埋深12.70～36.00 m，揭露層厚0.90～5.71 m，平均揭露厚度3.01 m。

（8）中風化礫巖。礫狀結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，泥質(zhì)及鈣質(zhì)膠結(jié)，巖質(zhì)較軟，裂隙較發(fā)育巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ級。層頂標高為4.59～24.69 m，層頂埋深11.70～31.80 m，揭露層厚0.50～2.30 m，平均揭露厚度1.30 m。

東岸風井地質(zhì)斷面如圖3 所示。

1.3 水文地質(zhì)條件

阜靈區(qū)間東岸風井勘察所揭露的地下水水位埋藏深淺不一，根據(jù)勘察期間測得各鉆孔的穩(wěn)定水位及場地周邊地形，建議該場地地下水位采用標高34.90 m。地下水位的變化與地下水的賦存、補給及排泄關(guān)系密切，并受季節(jié)變化影響，年變化幅度2～5 m。根據(jù)場地地形條件、勘察期間測量的水位以及長沙市年水位變化幅度綜合考慮抗浮水位，抗浮水位標高為36.50 m，平現(xiàn)狀湘江中路。據(jù)湘江長沙水文站觀測資料，最高洪水位39.18 m。

圖3 東岸風井地質(zhì)斷面圖

2 設計方案

東岸風井為地下五層結(jié)構(gòu)，原設計采用先站后隧，主體結(jié)構(gòu)明挖順作施工，環(huán)梁及縱梁作為支撐系統(tǒng)，計劃于2016 年4 月開始施工，2017 年1月完成底板施工具備盾構(gòu)到達接收條件。而在風井進行導墻施工期間發(fā)現(xiàn)南北走向污水管道位于東岸風井站址范圍內(nèi)且不具備遷改條件，嚴重制約了圍護結(jié)構(gòu)的實施，風井位置需適當調(diào)整，由此洞通節(jié)點工期受到影響。為保證洞通的時間要求，區(qū)間風井由“先站后隧”方案調(diào)整為“先隧后站”。

2.1 存在的問題

區(qū)間風井由先站后隧方案調(diào)整為先隧后站方案對豎井的施工存在如下問題：

（1）隧道先于基坑開挖施工，隧道范圍內(nèi)的四幅圍護結(jié)構(gòu)地連墻在地下五層被切斷，影響風井端頭圍護結(jié)構(gòu)基坑開挖時的穩(wěn)定性和防水效果。

（2）基坑內(nèi)有成型的盾構(gòu)隧道，為保證既成隧道管片的完好，減小基坑開挖對管片的影響，隧頂上方1 m 至隧底范圍內(nèi)的土方開挖無法采用機械施工，隧道兩側(cè)土方開挖作業(yè)面狹隘，施工困難。

（3）管片拆除帶來的施工難點。管片拆除時必須保證既成隧道的整體受力穩(wěn)定，由于基坑內(nèi)作業(yè)空間不足，各工序間干擾較大，且單塊管片尺寸和重量均較大，給施工帶來一定困難。

2.2 解決措施

原設計圍護結(jié)構(gòu)為五道環(huán)梁+ 縱梁作為支撐體系，由于地連墻被截斷，嵌固深度發(fā)生變化，需重新計算校核原支護體系的安全性。對應盾構(gòu)范圍按基坑24.7 m 深計算，連續(xù)墻嵌固深度取0.3 m（見圖4）。

圖4 計算模式圖（單位：m）

取不利地質(zhì)斷面進行基坑安全及穩(wěn)定性計算得出，對于巖層結(jié)構(gòu)基坑整體穩(wěn)定性能滿足要求。鑒于連續(xù)墻為后期與主體組成疊合結(jié)構(gòu)，是主體結(jié)構(gòu)的一部分，作為永久結(jié)構(gòu)，其耐久性應滿足規(guī)范要求。經(jīng)過計算負四層結(jié)構(gòu)開挖至基底，施作中四板環(huán)梁及內(nèi)撐系統(tǒng)時連續(xù)墻處在最大受力狀態(tài)，最大彎矩約810 kN·m，裂縫已經(jīng)開展，并超過規(guī)范要求的0.2 mm，對此應有相應的措施對原有結(jié)構(gòu)或體系進行適當調(diào)整（見圖5）。

圖5 計算位移及內(nèi)力圖

2.2.1 圍護結(jié)構(gòu)安全及穩(wěn)定性處理方案

2.2.1.1 對地質(zhì)進行加固改良

計算模型中地層自身的強度及透水性對圍護結(jié)構(gòu)影響最大，且隨著基坑深度的增加，水土合算或分算引起的結(jié)果差異更大。根據(jù)地層的分布特點，一般是強透水層或強風化巖層處對應范圍圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力較大，主要是由于該范圍透水性較強一般采取分算的計算模式。通過對圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)地層進行注漿處理，對該工程而言尤其是加強對強風化地層注漿，封堵裂隙，當巖層的透水系數(shù)滿足要求后可采取合算模式，將大大減小圍護結(jié)構(gòu)內(nèi)力。

因此對于圍巖條件較好、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性滿足要求的基坑可以采用。

2.2.1.2 修復原有圍護結(jié)構(gòu)

既成隧道影響范圍內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)補強，待隧道施工完成后，通過植筋方式將盾構(gòu)破掉的四幅地連墻進行修補，中間留2 m 行車空間。為后期運輸拆除的管片以及應急處理預留通道。植筋選擇直徑比原地連墻破除鋼筋高一型號的鋼筋，植筋深度為植筋直徑的20 倍。根據(jù)隧道施工工期倒排東岸風井施工工期，確保風井施工完第三道環(huán)梁繼續(xù)開挖時，地連墻已經(jīng)修補完成。避免出現(xiàn)基坑開挖到此處時，停工長期等待地連墻修補工序（見圖6）。

圖6 既有盾構(gòu)范圍連續(xù)墻修復圖

對于圍巖條件較差、結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性難以滿足要求的基坑建議采用。

2.2.1.3 管片增加注漿孔

風井進出洞處管片增加注漿孔，每環(huán)管片在原來注漿孔基礎(chǔ)上增加10 個注漿孔。增加范圍為風井東西兩端頭左右線靠近區(qū)間隧道的10 環(huán)管片（包括洞口管片），共40 環(huán)，如圖7 所示。

圖7 預留注漿孔圖

2.2.1.4 管片背后二次注漿止水

為保證隧道管片背后環(huán)形間隙的止水效果，防止地下水通過管片背后環(huán)形間隙流入基坑，在基坑開挖前向管片背后進行二次注漿止水。風井施工完成后再次向管片背后進行注漿止水。開挖前再次緊固隧道管片連接螺栓，確保管片間連接緊密。加固范圍為風井東西兩端頭左右線靠近區(qū)間隧道的10 環(huán)管片（包括洞口管片），共40 環(huán)。加固方法為打開管片的注漿孔，每環(huán)管片注漿孔數(shù)量為16 個，向管片背后注水泥漿液。水泥采用42.5 級普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比1∶1，注漿壓力0.5 MPa。為保證補注漿效果，補漿時采用從中心向兩側(cè)逐環(huán)多孔補注，孔位保持對稱，壓力從小到大逐步遞增。補注漿后，最少間隔等強1d，方可進行下步工序。

2.2.2 其他處理措施

2.2.2.1 止水措施

基坑開挖前對風井進出洞端頭進行端頭加固，加固區(qū)域沿線路10 m，區(qū)間上下左右外擴3 m。增加管片背后二次注漿，防止圍巖中的地下水通過管片背后環(huán)形間隙流入基坑。

2.2.2.2 土方開挖

既成隧道上方1 m 以上土體人工輔助機械正常施工，為保證土方開挖過程中盾構(gòu)管片的穩(wěn)定性，到達既成隧道上方1 m 后采用多人工、少機械開挖，減小對管片穩(wěn)定性的影響。同時在開挖過程中采取從上到下、左右對稱的方法開挖管片左右兩側(cè)土體，保證管片側(cè)向受力均勻。

2.2.2.3 管片拆除措施

施作完第五道環(huán)梁并且第五道環(huán)梁達到設計強度時，逐步拆除管片，再順作法施工風井。為防止基坑開挖后由于水土壓力變化導致風井范圍內(nèi)盾構(gòu)隧道發(fā)生失穩(wěn)、變形，考慮采取如下措施：開挖前做好排水工作，將地下水位降至車站底板以下1 m，并且保證排水的連續(xù)性，以有效保護基坑及既成隧道的穩(wěn)定性；開挖前應將風井與隧道接口處的兩環(huán)管片的連接螺栓拆除，以防止在拆除過程中管片可能發(fā)生的上浮變形帶動既成其他管片產(chǎn)生向上的位移或結(jié)構(gòu)破損；在開挖時從上到下、左右對稱地開挖管片左右兩側(cè)土體，保證管片側(cè)向受力均勻，開挖到管片中線位置，拆除吊裝上部管片，繼續(xù)開挖以下土體，拆除剩余管片。首先拆除大里程端的一環(huán)管片，將整個隧道的應力釋放出來，然后才按由東向西的順序逐步拆除管片；為保證基坑開挖和管片拆除的施工安全，在整個開挖過程中加強監(jiān)控和檢測，記錄隧道在各個開挖階段產(chǎn)生的位移和變形，如遇問題及時停止施工，通知參建各方，采取及時有效的應急措施。

2.2.2.4 支護方案

為保證隧道管片背后環(huán)形間隙的止水效果，防止地下水通過管片背后環(huán)形間隙流入基坑，在基坑開挖前向管片背后進行二次注漿止水。開挖前再次緊固隧道管片連接螺栓，確保管片間連接緊密；加固范圍為風井東西兩端頭左右線靠近區(qū)間隧道的10 環(huán)管片（包括洞口管片），共40 環(huán)。加固方法為打開管片的注漿孔，每環(huán)管片注漿孔數(shù)量為16 個，向管片背后注水泥漿液。水泥采用P.O32.5 普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比1∶1，注漿壓力0.5 MPa。為保證補注漿效果，補漿時采用從中心向兩側(cè)逐環(huán)多孔補注，孔位保持對稱，壓力從小到大逐步遞增。補注漿后，最少間隔等強1 d，方可進行下步工序。

3 結(jié) 語

結(jié)合長沙地鐵3 號線阜埔河站—靈官渡站區(qū)間工程，“先隧后站”即先于地鐵車站或區(qū)間豎井前完成區(qū)間隧道的穿越，而后施工車站主體或區(qū)間豎井基坑及主體結(jié)構(gòu)，提出相應的總結(jié)及建議。

（1）一般情況下，地鐵車站或區(qū)間風井與區(qū)間隧道建設先后順序的調(diào)整往往引起圍護結(jié)構(gòu)的重大變化，對于先隧后站的基坑需克服圍護結(jié)構(gòu)嵌固深度變化可能引起的安全性問題、地下水沿盾構(gòu)管片縱向滲透至基坑的問題及基坑土方開挖、盾構(gòu)管片拆卸吊裝等問題。其中最重要的問題就是盾構(gòu)范圍內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)被切斷基坑開挖時的安全、穩(wěn)定性問題。

（2）技術(shù)上加強措施包括采用既成隧道影響范圍內(nèi)圍護結(jié)構(gòu)補強，待隧道施工完成后，通過植筋方式將盾構(gòu)破掉的四幅地連墻進行修補；對圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)地層進行注漿處理，尤其是加強對強風化地層注漿，封堵裂隙；在基坑開挖前向管片背后進行二次注漿止水，風井施工完成后再次向管片背后進行注漿止水。

（3）施工上減小風險的措施包括采用多人工、少機械開挖，減小對管片穩(wěn)定性的影響；施作完第五道環(huán)梁并且第五道環(huán)梁達到設計強度時，逐步拆除管片，再順作法施工風井；在基坑開挖前向管片背后進行二次注漿止水，開挖前再次緊固隧道管片連接螺栓，確保管片連接緊密。