程龍
(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司隧道設(shè)計(jì)分公司,天津300131)
隨著國(guó)家城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),交通擁堵問(wèn)題日益突出,成為制約大城市發(fā)展的瓶頸問(wèn)題。城市軌道交通以其節(jié)能、環(huán)保、快捷、運(yùn)量大等優(yōu)勢(shì)而被廣泛應(yīng)用和推廣。近幾年城市軌道交通迅猛發(fā)展,其建設(shè)環(huán)境也日益復(fù)雜,近接施工、下穿施工等問(wèn)題不斷涌現(xiàn)。吳昊【1】對(duì)青島地鐵2 號(hào)線(xiàn)下穿地下商業(yè)街設(shè)計(jì)、施工情況進(jìn)行了詳細(xì)的分析研究;李倩倩【2】等對(duì)北京地鐵6 號(hào)線(xiàn)平安里—北海北站區(qū)間下穿既有4 號(hào)線(xiàn)區(qū)間隧道工程變形特性進(jìn)行了分析;梁建波【3】對(duì)廣州地鐵7 號(hào)線(xiàn)鐘漢區(qū)間下穿3 號(hào)線(xiàn)結(jié)構(gòu)沉降進(jìn)行了系統(tǒng)分析。上述研究成果多以對(duì)周邊建筑物的影響作為研究對(duì)象,新建隧道自身?xiàng)l件較簡(jiǎn)單。對(duì)于自身?xiàng)l件復(fù)雜情況下下穿建筑物施工的研究成果較少涉及。
鑒于此,本文以青島地鐵1 號(hào)線(xiàn)西青區(qū)間為例,對(duì)超小凈距地鐵隧道近距離下穿地下過(guò)街通道進(jìn)行分析研究,為后續(xù)工程提供借鑒和參考。
青島地鐵1 號(hào)線(xiàn)西鎮(zhèn)站—青島站區(qū)間礦山法段下穿青島火車(chē)站地下過(guò)街通道,如圖1 所示。受線(xiàn)路條件限制,下穿過(guò)街通道區(qū)段線(xiàn)間距較小,左右線(xiàn)隧道初支結(jié)構(gòu)凈距0~0.6m,其中約5m 范圍左右線(xiàn)隧道共用初支結(jié)構(gòu)。
圖1 過(guò)街通道與區(qū)間隧道平面位置關(guān)系
地下過(guò)街通道為鋼筋混凝土矩形框架結(jié)構(gòu),寬11.5m,高約4m。底板位于第四系粉質(zhì)黏土中,埋深約6m,隧道拱頂至過(guò)街通道底板凈距4.3~4.6m。
下穿段隧道洞身位于強(qiáng)~中風(fēng)化花崗巖地層,隧道拱頂覆蓋層主要為雜填土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土層及強(qiáng)風(fēng)化上亞帶。第⑦層粉質(zhì)黏土,可塑~軟塑狀,多含薄層粉土,土體強(qiáng)度中等,透水性差。1○層粉質(zhì)黏土層中分布有砂礫透鏡體,具有透水性。該范圍臨近砂層,地層極易坍塌變形,造成周邊建筑物沉降、開(kāi)裂等風(fēng)險(xiǎn)。
過(guò)街通道臨近砂層,圍巖等級(jí)Ⅵ級(jí),地下水類(lèi)型主要為第四系潛水及強(qiáng)~中風(fēng)化基巖風(fēng)化裂隙水,水量較大。
青島站為既有改造車(chē)站,是制約區(qū)間線(xiàn)路設(shè)計(jì)的主要因素,區(qū)間線(xiàn)路不具備按照標(biāo)準(zhǔn)線(xiàn)間距14m 進(jìn)行設(shè)計(jì)的條件。受周邊環(huán)境條件限制,下穿過(guò)街通道段地鐵隧道線(xiàn)間距6.17~6.83m。根據(jù)地鐵1 號(hào)線(xiàn)限界要求,單洞單線(xiàn)馬蹄形隧道斷面內(nèi)凈空寬度5.1m?;谏鲜鼍€(xiàn)路條件,下穿段可以采用連拱隧道方案、單洞雙線(xiàn)大斷面方案及單洞單線(xiàn)隧道方案,方案比選如表1 所示。
表1 設(shè)計(jì)方案比選表
連拱隧道方案需分3 個(gè)導(dǎo)洞進(jìn)行開(kāi)挖,作業(yè)工序多,隧道變形控制效果差;另外,中隔墻處防水處理復(fù)雜,運(yùn)營(yíng)階段容易出現(xiàn)滲漏水;受線(xiàn)間距影響,中隔墻最薄處不足0.5m,開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)較大。單洞雙線(xiàn)方案隧道開(kāi)挖斷面大,施工擾動(dòng)范圍較大;雖然CRD 工法對(duì)變形控制效果較好,但隧道拱頂距離過(guò)街通道較近,施工影響較大。分離雙洞方案左右先隧道分別封閉成環(huán),能夠較好地控制沉降;另外,隧道開(kāi)挖斷面較小,隧道拱頂可采用注漿加固措施,提高地層承載力,進(jìn)一步減小開(kāi)挖對(duì)過(guò)街通道的影響;此外,分離雙洞方案在隧道防水處理、工程投資方面均具有一定的優(yōu)勢(shì)。綜合以上分析,推薦采用分離雙洞設(shè)計(jì)方案。
隧道下穿施工對(duì)周邊建筑物的影響主要包括2 個(gè)方面:一是隧道開(kāi)挖擾動(dòng)地層,造成建筑物的不均勻沉降、開(kāi)裂;二是爆破施工,爆破振動(dòng)對(duì)建筑物造成的損壞。制定設(shè)計(jì)參數(shù)主要考慮這2 個(gè)方面。設(shè)計(jì)參數(shù)如下:
1)拱部φ76mm 中空自鉆式管棚;
2)拱部φ42mm 小導(dǎo)管超前支護(hù);
3)250mm 厚C25 濕噴混凝土;
4)格柵鋼筋間距0.5m;
5)邊墻錨桿4m,間距1.0m×1.0m;
6)300mm 厚C45 鋼筋混凝土。
隧道拱頂粉質(zhì)黏土層中存在一定的砂礫透鏡體,具有一定的透水性;另外,風(fēng)化巖與土層交界面處往往富水性較好。為避免隧道開(kāi)挖過(guò)程中地下水流失造成的地層變形,同時(shí)減小地下水軟化地層造成隧道坍塌風(fēng)險(xiǎn),下穿段采取上半斷面注漿方案,對(duì)隧洞拱頂3m 范圍進(jìn)行注漿加固,如圖2 所示。
圖2 注漿加固設(shè)計(jì)圖
注漿采用水泥水玻璃雙液漿,根據(jù)前期帷幕注漿施工經(jīng)驗(yàn)注漿參數(shù)如下:水灰比為0.6~0.8,水泥漿∶水玻璃=1∶1(體積比),注漿壓力0.8~1.0MPa。采取地層加固措施后,隧道開(kāi)挖洞內(nèi)基本無(wú)滲水。
分離雙洞隧道因線(xiàn)間距較小,Ⅱ區(qū)左線(xiàn)隧道與相鄰右線(xiàn)隧道共用初支(二襯分離,初支不分離),該區(qū)段是設(shè)計(jì)施工中控制的重難點(diǎn)。下穿段具備由兩端對(duì)向掘進(jìn)的施工條件,為保障施工安全,制定總體施工方案如下:Ⅰ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)→Ⅲ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)→Ⅳ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)→Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ區(qū)二襯施工→Ⅱ區(qū)開(kāi)挖支護(hù)→Ⅱ區(qū)二襯施工,區(qū)段劃分如圖3 所示。
圖3 施工組織方案示意圖
下穿段均采用環(huán)形臺(tái)階法施工,施工步序如圖4 所示。施工中將拱腳穩(wěn)定作為施工控制的重點(diǎn),加強(qiáng)鎖腳錨桿施工質(zhì)量把控。嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺,開(kāi)挖1 榀支護(hù)1 榀。隧道上臺(tái)階主要為強(qiáng)風(fēng)化花崗巖,強(qiáng)度較低,采用機(jī)械開(kāi)挖;由于下臺(tái)階中風(fēng)化花崗巖機(jī)械開(kāi)挖難度較大,采用控制爆破技術(shù)。
圖4 隧道施工步序圖
區(qū)間隧道施工中對(duì)過(guò)街通道沉降、位移、傾斜及裂縫進(jìn)行監(jiān)測(cè),過(guò)街通道墻(柱)角及底板中部布置監(jiān)測(cè)點(diǎn)。沉降控制值10mm,底板處爆破振速控制值1.0cm/s。下穿施工過(guò)程中采用遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)自動(dòng)化監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)顯示,最大沉降約4mm。施工過(guò)程中沉降及爆破振速均未觸發(fā)監(jiān)測(cè)預(yù)警。
本文以青島地鐵1 號(hào)線(xiàn)西青區(qū)間超小凈距隧道近距離下穿地下過(guò)街通道為例進(jìn)行討論分析,得到以下結(jié)論:
1)超小凈距下穿施工采用單洞雙線(xiàn)方案、分離雙洞方案、連拱隧道方案均是可行的,綜合地層變形控制、工程投資、運(yùn)營(yíng)期防水效果等因素,采用分離雙洞方案是合理可行的。
2)復(fù)合地層隧道近接施工應(yīng)以控制變形和爆破振速為目標(biāo),制定設(shè)計(jì)、施工方案?,F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明,過(guò)街通道最大位移約4mm,爆破振速未超限,滿(mǎn)足地下過(guò)街通道保護(hù)要求。