王力功

(中鐵十二局集團(tuán)第一工程有限公司 陜西西安 710038)

1 引言

隨著當(dāng)今城市的不斷建設(shè)和發(fā)展，合理開(kāi)發(fā)利用深層地下空間已成為緩解城市空間資源壓力的有效途徑[1-2]，但逐漸出現(xiàn)不同構(gòu)筑物穿越、交叉與臨近地鐵線路現(xiàn)象，建設(shè)時(shí)出現(xiàn)的近距離施工問(wèn)題引起諸多研究人員的關(guān)注[3]。趙偉[4]采用結(jié)構(gòu)概念分析的方法，研究了洞樁法密貼下穿既有地鐵車站施工過(guò)程的力學(xué)特性及其關(guān)鍵控制環(huán)節(jié)。王乃勇[5]采用FLAC3D數(shù)值模擬分析了雙線盾構(gòu)施工對(duì)公路路面、路塹邊坡的影響規(guī)律。曾鐵梅等[6]提出了一種基于Pair-Copula貝葉斯模型的盾構(gòu)下穿既有隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。馬相峰等[7]基于鋼花管地層注漿實(shí)踐，證明地層注漿加固對(duì)控制路基沉降的有效性。周丁恒等[8]建立了暗挖隧道下穿京張隧道三維有限元數(shù)值模擬，總結(jié)了京張高速鐵路隧道豎向位移和橫向位移隨施工步變化特征。陳志敏等[9]對(duì)福州市某超淺埋隧道管線沉降規(guī)律展開(kāi)研究，并制定安全可行的管線控制基準(zhǔn)。張宏等[10]研究呼和浩特市在建地鐵2號(hào)線隧道盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程對(duì)上跨地道基坑穩(wěn)定性影響規(guī)律。高利宏[11]重點(diǎn)分析了某新建盾構(gòu)隧道新建左、右線依次穿越過(guò)程中既有雙線隧道沉降變形規(guī)律。宋洋等[12]對(duì)比研究了泥水平衡盾構(gòu)在全斷面泥巖地層段和圓礫泥巖復(fù)合地層段中的掘進(jìn)參數(shù)。

綜上所述，目前對(duì)于不同地下構(gòu)筑物的臨近、交叉已有相關(guān)研究，但對(duì)于不同地鐵線路的下穿直接影響研究仍然缺乏，為此本文以徐州市軌道交通2號(hào)線和6號(hào)市政府站為工程背景，研究新建6號(hào)線地鐵下穿既有線路暗挖段施工技術(shù)，為類似工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工提供重要參考。

2 工程概況及重難點(diǎn)分析

2.1 項(xiàng)目概況

徐州市軌道交通2號(hào)線市政府站為與6號(hào)線進(jìn)行換乘的換乘車站，為地下兩層11 m島式站臺(tái)車站，標(biāo)準(zhǔn)段為單柱雙跨鋼筋混凝土箱形結(jié)構(gòu)型式。車站有效站臺(tái)中心里程處底板埋深約16.6 m，凈長(zhǎng)203 m，標(biāo)準(zhǔn)段凈寬18.3 m。暗挖段襯砌斷面如圖1所示。

圖1 暗挖段襯砌斷面圖

車站采用明挖順做法施工，目前市政府站2號(hào)線車站主體結(jié)構(gòu)、附屬已全部施工完成。本次實(shí)施的6號(hào)線車站暗挖段位于昆侖大道與漢風(fēng)路交叉路口西北象限，密貼2號(hào)線已建成車站底板，南北走向。斷面形式為平頂直墻斷面，二襯外包尺寸為6.41 m×6.4 m，暗挖段有效長(zhǎng)度為22.7 m，線間距16 m，凈間距為8.3 m，結(jié)構(gòu)頂板埋深約17.3 m。暗挖段結(jié)構(gòu)穿越地層主要為②5-3砂質(zhì)粉土，穩(wěn)定水位埋深約3.3 m，采用CRD工法開(kāi)挖，車站暗挖段北端接6號(hào)線車站盾構(gòu)井，南端接遠(yuǎn)期6號(hào)線車站。暗挖段只是下穿已經(jīng)施工完成的2號(hào)車站，長(zhǎng)度為22.7 m，施工區(qū)域?yàn)樵惺姓緢?chǎng)地，該范圍的管線已全部遷移。在暗挖段的東北側(cè)為綠地商務(wù)樓，水平距離為57 m，北側(cè)為在建的永嘉中心廣場(chǎng)地下商場(chǎng)中心，水平距離約為25 m，其余建筑物都離得較遠(yuǎn)。

場(chǎng)地地貌類型為廢黃河高漫灘，淺部15～30 m以淺黃河及古河道沖積的粉土、粉質(zhì)黏土等堆積而成，其下為河流沖洪積老黏土，下伏基巖為白堊系上統(tǒng)王氏組粉砂巖、礫巖。本站場(chǎng)范圍內(nèi)的不良地質(zhì)主要為地震液化。液化土層:暗挖段開(kāi)挖范圍內(nèi)的②5-2、②5-3層砂質(zhì)粉土為可液化土層，場(chǎng)地地基液化等級(jí)為中等。

場(chǎng)地范圍內(nèi)地下水為第四系粉土層中的孔隙潛水-弱承壓水及基巖裂隙水。市政府站抗浮設(shè)計(jì)水位采用地面以下0.5 m，標(biāo)高為39.32 m，6號(hào)線暗挖段采取相同設(shè)防水位。市政府站施工已將地下水降至車站結(jié)構(gòu)以下1 m，并且地下連續(xù)墻插入⑤3-4黏土中，基本切斷②5-3砂質(zhì)粉土承壓水層與周邊地表水的水力聯(lián)系，對(duì)本工程暗挖隧道有利。

2.2 工程重難點(diǎn)

(1)支護(hù)結(jié)構(gòu)可能存在加固盲區(qū)

暗挖段穿越地層為沙質(zhì)粉土層，極易液化，且為富含水層，具有微承壓性，在開(kāi)挖過(guò)程中，因全斷面注漿加固可能存在加固盲區(qū)，在開(kāi)挖過(guò)程中有可能突泥涌水，造成車站主體受力改變和下沉，暗挖段塌方。

(2)暗挖段對(duì)既有車站的變形、沉降影響大

車站暗挖段緊鄰2號(hào)線車站底板施作(初支緊貼底板墊層150 mm)，對(duì)既有車站受力、變形、沉降影響較大。嚴(yán)格控制進(jìn)尺，分工序分部開(kāi)挖，及時(shí)封閉初期支護(hù)。

3 密貼下穿暗挖段施工技術(shù)

暗挖段位于北側(cè)6號(hào)盾構(gòu)井1 m厚地連墻＋2號(hào)線0.8 m厚地連墻與南側(cè)2號(hào)線車站主體0.8 m厚的地連墻中間。6號(hào)盾構(gòu)井主體為暗挖段工作井，目前已施工完成，2號(hào)車站南側(cè)為后期實(shí)施。

3.1 施工總體方法與步序

在地連墻上安裝防滲漏套管，然后采用全斷面分區(qū)域超前加固，待達(dá)到強(qiáng)度后，對(duì)于兩道地連墻進(jìn)行鑿除，鑿除后進(jìn)行暗挖段開(kāi)挖，開(kāi)挖采用CRD施工。首先根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)情況，完善臨建設(shè)置，開(kāi)挖輪廓線外4 m以內(nèi)全部采用全斷面注漿加固，加固完成后，進(jìn)行取芯檢測(cè)加固的質(zhì)量，待加固質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)要求后，開(kāi)挖前條件驗(yàn)收合格后，對(duì)第一堵地連墻開(kāi)挖輪廓范圍內(nèi)一次性鑿除，第二堵地連墻進(jìn)行分塊鑿除。暗挖采用CRD法，共分4個(gè)小洞室開(kāi)挖，左上洞室地連墻鑿除及開(kāi)挖，及時(shí)施作初支，待左上洞室開(kāi)挖2 m，破除左下部分地連墻，并進(jìn)行初期支護(hù)施工，其次待左下洞室開(kāi)挖2 m后，破除右上部地連墻、開(kāi)挖及初期支護(hù)施作，最后待右上洞室開(kāi)挖2 m后，破除右下部分地連墻，密排施作右下部分地墻處初期支護(hù)，之后進(jìn)行右下洞室的開(kāi)挖作業(yè)，及時(shí)施作初支，初支封閉成環(huán)后及時(shí)進(jìn)行初支背后注漿，待初支收斂后，中隔墻進(jìn)行二次襯砌施工，待左線貫通至南側(cè)地連墻后，施作防水層，澆筑左側(cè)封堵墻，同理施工右線。

3.2 地連墻鑿除施工

地連墻破除采用破碎錘進(jìn)行分層剝除，鑿除時(shí)邊線應(yīng)當(dāng)控制在離結(jié)構(gòu)線20 cm左右，后期采用人工風(fēng)鎬進(jìn)行修邊，防止破壞結(jié)構(gòu)。

(1)地連墻分塊劃分

第一道地連墻(6號(hào)盾構(gòu)井)開(kāi)挖面以內(nèi)一次性破除，且需按照洞口預(yù)留邊線進(jìn)行破除8.4 m×7.73 m，第二道地連墻(2號(hào)主體結(jié)構(gòu))采用分8塊進(jìn)行鑿除，分塊按照地連墻接縫及導(dǎo)洞尺寸進(jìn)行劃分，如圖2所示。

圖2 地連墻破除分塊劃分

(2)地連墻拆除施工工序

先試破除①部分地墻，若掌子面穩(wěn)定，進(jìn)行后續(xù)施工；若掌子面涌水涌砂，焊接鋼筋網(wǎng)片于地連墻上，再進(jìn)行噴射混凝土封堵掌子面，若涌水涌砂嚴(yán)重則采用澆筑快干混凝土封堵，再采取注漿補(bǔ)償加固。破除②部分地連墻，噴混、施作地墻處初期支護(hù)及臨時(shí)橫撐和豎撐。待左上導(dǎo)洞開(kāi)挖2 m后，緊跟破除③④部分地連墻，密排架設(shè)地墻處初支、噴混。依次按照上述施工方法破除⑤⑥、⑦⑧部分地連墻。待地連墻完全破除后，拆除地墻處的豎撐和橫撐，及時(shí)施作洞口環(huán)梁，確保洞口安全。

(3)暗挖洞口段的主要措施

進(jìn)洞3 m范圍密排12榀初支鋼架，鋼架間距為25 cm，保證進(jìn)洞時(shí)洞口處安全。將地墻鋼筋與初支鋼架焊接牢固，鋼架之間采用φ22縱向連接筋焊接，滿足雙面焊接120 mm。地連墻全部破除后，拆除地連墻范圍內(nèi)豎撐和橫撐，及時(shí)施作洞口環(huán)梁，加強(qiáng)支護(hù)剛度。破除地墻時(shí)，根據(jù)開(kāi)挖掌子面穩(wěn)定情況，必要時(shí)封堵掌子面，進(jìn)行補(bǔ)償注漿加固或其他措施。

(4)地連墻破除措施

為防止地連墻破除振動(dòng)過(guò)大造成未加固土體液化和6號(hào)盾構(gòu)接收井主體結(jié)構(gòu)永久性開(kāi)裂及損壞，采取以下措施:

①為避免破除過(guò)程中，對(duì)結(jié)構(gòu)底板造成開(kāi)裂及底板以下土層造成液化，故破碎錘作業(yè)范圍內(nèi)鋪設(shè)輪胎，鋪設(shè)面積50 m2；②為避免第一堵地連墻破除過(guò)程中，對(duì)6號(hào)預(yù)留盾構(gòu)接收井主體側(cè)墻及中板造成開(kāi)裂，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試破確定，若需要?jiǎng)t預(yù)先用水鉆在結(jié)構(gòu)邊150 mm處，開(kāi)直徑100 mm孔，間距250 mm，孔深1 m，可共用注漿孔，左線同右線如圖3a所示；③為避免第二堵地連墻破除過(guò)程中，對(duì)2號(hào)這站底板造成開(kāi)裂及未加固土體液化，加大支護(hù)外部壓力，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試破確定，若需要?jiǎng)t預(yù)先用水鉆在結(jié)構(gòu)邊150 mm及開(kāi)挖導(dǎo)洞邊線處，開(kāi)直徑100 mm孔，間距250 mm，孔深0.8 m，可共用注漿孔，左線同右線如圖3b所示；④緊貼預(yù)留洞口邊線剩余地連墻采取人工破除及修邊。

圖3 右線一、二堵地連墻水鉆布孔

3.3 注漿加固施工

(1)注漿區(qū)域劃分

按照地層特性、加固強(qiáng)度及抗?jié)B等級(jí)的要求，劃分A區(qū)域(隧道開(kāi)挖斷面及中隔柱區(qū)域)、B區(qū)域(開(kāi)挖斷面底部影響區(qū))、C區(qū)域(開(kāi)挖輪廓線左右兩側(cè)區(qū)域)，形成帷幕注漿加固圈。在平面施工順序方面，應(yīng)首先完成C區(qū)外插注漿孔及管棚孔施作，由下向上次序，跳孔施作。在保證結(jié)構(gòu)安全性的同時(shí)盡量減少后續(xù)注漿作業(yè)對(duì)臨近結(jié)構(gòu)的影響。其次，完成底部B區(qū)域的加固處理，使開(kāi)挖局域具有堅(jiān)實(shí)穩(wěn)固的持力地基。最后，完成兩通道A區(qū)域的加固，由下向上間隔布置。注漿加固區(qū)域劃分如圖4所示。

圖4 注漿加固區(qū)域劃分

(2)注漿孔設(shè)置

在沿加固長(zhǎng)度方向上進(jìn)行分析，A、C兩區(qū)由于受到加固體性能要求，以及上界面和左右界面施作空間的限制，注漿孔均設(shè)置為水平孔形式，并采用分段注漿的形式，依次完成注漿加固工作。其中C區(qū)管棚加固為一次成孔，并設(shè)置控制區(qū)段為5 m，由深及淺后退式注漿，C區(qū)左右兩側(cè)為外插孔注漿，并采用分段前進(jìn)注漿的形式，依次完成注漿加固工作。A區(qū)采用鉆孔置換-誘導(dǎo)劈裂注漿工藝。B區(qū)域與A區(qū)域保持相同的控制區(qū)段，考慮到端頭井底部高程與實(shí)際要求加固深度的關(guān)系，該區(qū)域鉆孔為斜孔，加固形式設(shè)置為半斷面帷幕注漿，最終與C區(qū)形成的側(cè)向加固區(qū)閉合成整體帷幕。左線擬采用量循環(huán)施作，第一循環(huán)0～10 m，第二循環(huán)10～21.7 m，依次施作；右線及中隔柱設(shè)計(jì)一循環(huán)施作，即一次性注漿加固總長(zhǎng)度21.7 m。

(3)區(qū)域注漿材料及參數(shù)(見(jiàn)表1)

表1 區(qū)域注漿材料及參數(shù)

(4)注漿效果檢驗(yàn)

①設(shè)計(jì)要求。加固完成后取芯，左右線A、B區(qū)域各取2個(gè)孔，C區(qū)域取2個(gè)孔，加固土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度(28 d)應(yīng)達(dá)到qu≥1.0 MPa，滲透系數(shù)≤1.0×10-6cm/s的要求。破除地連墻前在開(kāi)挖輪廓線中心、兩側(cè)及底部加固區(qū)共打設(shè)4個(gè)探水孔，探孔深度不小于暗挖段有效長(zhǎng)度的2/3，探測(cè)孔內(nèi)無(wú)水滲塌孔后方可進(jìn)行開(kāi)挖。

②效果檢測(cè)。注漿效果檢驗(yàn)是評(píng)價(jià)注漿加固效果的依據(jù)，本工程采用地球物理探測(cè)、參數(shù)分析、檢查孔、開(kāi)挖取樣與變形監(jiān)測(cè)等方法相結(jié)合的多手段綜合檢驗(yàn)方法，對(duì)注漿治理效果進(jìn)行科學(xué)檢驗(yàn)和系統(tǒng)評(píng)價(jià)。以跨孔電阻率成像法為例進(jìn)行說(shuō)明，跨孔電阻率成像法是一種超高密度的陣列勘探方法，將所有的電極分別置于2個(gè)鉆孔中，通過(guò)觀測(cè)跨孔的電流、電壓數(shù)據(jù)，最后反演獲得兩鉆孔之間的電阻率分布斷面圖如圖5所示。采用跨孔電阻率成像方法，獲得兩鉆孔之間地質(zhì)的詳細(xì)物性信息，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演計(jì)算，得到探測(cè)區(qū)域圍巖電阻率剖面，對(duì)含水構(gòu)造表現(xiàn)為低阻，對(duì)完整圍巖表現(xiàn)為高阻，最終對(duì)探測(cè)區(qū)域地質(zhì)進(jìn)行完整探查。

圖5 剖面跨孔電阻率CT反演成像結(jié)果

3.4 暗挖區(qū)間施工工序

(1)洞口段開(kāi)挖

①測(cè)量放線:根據(jù)區(qū)間中線、高程，在地連墻上定出開(kāi)挖輪廓線，并檢查開(kāi)挖輪廓線，劃出各導(dǎo)洞的輪廓線。②試破除小部分地墻，若開(kāi)挖面穩(wěn)定未出現(xiàn)涌水涌砂，進(jìn)行后續(xù)施工。若開(kāi)挖面滲水涌砂，噴混封堵掌子面，再次補(bǔ)償注漿，或經(jīng)各方研討確定切實(shí)的處理方案以后，再進(jìn)行開(kāi)挖。③完全破除左上部分地墻，掛網(wǎng)、立拱架，噴混，密排施作左上部分地墻處初期支護(hù)。之后進(jìn)行左上洞室的開(kāi)挖作業(yè)，及時(shí)施作初支。④待左上洞室開(kāi)挖2 m后，破除左下部分地連墻，密排施作左下部分地墻處初期支護(hù)，之后進(jìn)行左下洞室的開(kāi)挖作業(yè)，及時(shí)施作初支。⑤待左下洞室開(kāi)挖2 m后，破除右上部分地連墻，密排施作右上部分地墻處初期支護(hù)，之后進(jìn)行右上洞室的開(kāi)挖作業(yè)，及時(shí)施作初支。⑥待右上洞室開(kāi)挖2 m后，破除右下部分地連墻，密排施作右下部分地墻處初期支護(hù)，之后進(jìn)行右下洞室的開(kāi)挖作業(yè)，及時(shí)施作初支，初支封閉成環(huán)后及時(shí)進(jìn)行初支背后注漿。⑦拆除地墻位置豎撐及橫向支撐，施作洞口環(huán)梁處的防水，綁扎鋼筋、澆筑洞口環(huán)梁。⑧待初支收斂后，根據(jù)二襯澆筑長(zhǎng)度拆除下部部分中隔墻，施作防水層，澆筑矮邊墻及底板二襯，二襯緊跟開(kāi)挖面5 m施作。⑨待下部二襯達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%后，施作防水層，澆筑剩下部分側(cè)墻及頂板二襯。待二襯強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)要求后及時(shí)進(jìn)行二襯背后回填注漿。⑩待左線貫通至南側(cè)地連墻后，施作防水層，澆筑左側(cè)封堵墻。?待左線封堵墻施作完畢，進(jìn)行右線暗挖段的開(kāi)挖，步驟同左線。CRD法縱向施工步序如圖6所示。

圖6 CRD法縱向施工步序

(2)掌子面探水孔施工

①CRD開(kāi)挖，四個(gè)導(dǎo)洞開(kāi)挖前需進(jìn)行超前打設(shè)探水孔，每個(gè)導(dǎo)洞2個(gè)探水孔，孔徑48 mm，孔深5 m，方向斜向上，開(kāi)挖3 m，預(yù)留2 m，具體位置如圖7所示；②判斷是否正常進(jìn)尺；③正常段開(kāi)挖工序與洞口段開(kāi)挖工序一樣，只是少了地連墻鑿除工序，各洞室開(kāi)挖步由原來(lái)的2 m，調(diào)整至3 m，除主體車站側(cè)墻、底縱梁及地連墻以外區(qū)域，初支型鋼鋼架加密至250 mm，其余間距為750 mm。左線開(kāi)挖完成后，施作防水層，澆筑左線左側(cè)封堵墻。右線待左線貫通后進(jìn)行開(kāi)挖，開(kāi)挖方法及工序同左線。

圖7 探水孔平面布置(左右線相同)

4 結(jié)論

本文以徐州市軌道交通6號(hào)線密貼下穿既有2號(hào)線市政府站暗挖段施工為工程背景，針對(duì)支護(hù)結(jié)構(gòu)可能存在加固盲區(qū)、暗挖段對(duì)既有車站的變形沉降影響大等難點(diǎn)問(wèn)題，研究新建地鐵下穿既有線路車站暗挖段施工技術(shù)，最終6號(hào)線得以成功下穿市政府站并投入使用，主要得到以下結(jié)論:

(1)工程暗挖段穿越地層為沙質(zhì)粉土層，極易液化，且為富含水層，在開(kāi)挖過(guò)程中有可能突泥涌水，造成車站主體受力改變和下沉，暗挖段塌方。為解決該問(wèn)題，首先在地連墻上安裝防滲漏套管，然后全斷面分區(qū)域超前加固，開(kāi)挖輪廓線外4 m以內(nèi)全部采用全斷面注漿加固，加固完成后，進(jìn)行取芯檢測(cè)加固的質(zhì)量，待加固質(zhì)量達(dá)到設(shè)計(jì)參數(shù)要求后，對(duì)于兩道地連墻進(jìn)行鑿除，鑿除后進(jìn)行暗挖段開(kāi)挖施工。該綜合施工方法成功在此類地層暗挖施工且質(zhì)量良好，證明了其有效性和安全性。

(2)暗挖段施工重點(diǎn)關(guān)注洞口段施工及掌子面探水孔施工。暗挖采用CRD法，共分4個(gè)小洞室開(kāi)挖，導(dǎo)洞開(kāi)挖前需進(jìn)行超前打設(shè)探水孔，特別注意及時(shí)施作初支，初支封閉成環(huán)后及時(shí)進(jìn)行初支背后注漿，待初支收斂后，中隔墻進(jìn)行二次襯砌施工，待左線貫通至南側(cè)地連墻后，施作防水層，澆筑左側(cè)封堵墻，同理施工右線。