吳純保， 徐國慶

(安徽省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

伴隨各大城市的發(fā)展，城市軌道交通建設(shè)的速度在逐漸加快，修建地鐵的城市規(guī)劃以及修建的地鐵線網(wǎng)逐漸增加，線路逐漸變得密集，新建車站和區(qū)間受周邊管線改遷、交通疏解實(shí)施的困難程度等因素的影響，車站和區(qū)間經(jīng)常需要采用暗挖法進(jìn)行施工。近些年，采用淺埋暗挖法修建的地下工程越來越多，特別是在城市地下空間開發(fā)與應(yīng)用上，淺埋暗挖法的優(yōu)越性日益彰顯，其具備施工靈活、對(duì)環(huán)境以及地面交通影響小的優(yōu)點(diǎn)，但存在優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也有很多困難需要克服，例如城市淺埋地下工程的缺點(diǎn)主要是覆土薄、地質(zhì)條件差、自身穩(wěn)穩(wěn)定性差、承載力小、變形快，容易易出現(xiàn)大的沉降產(chǎn)生或坍塌。文章以具體某區(qū)間的施工豎井及橫通道兼風(fēng)井的設(shè)計(jì)及施工為例展開分析。

1 施工豎井及橫通道兼做風(fēng)井和泵房概況

某區(qū)間設(shè)置施工豎井及橫通道1座，兼做風(fēng)井和泵房。豎井平面初支內(nèi)凈空尺寸6.90 m×4.60 m，井深為28.481 m。豎井采用倒掛井壁法施工，初期支護(hù)厚度為350 mm。由C25噴混、鋼筋網(wǎng)片、格柵鋼架和小導(dǎo)管組成初期支護(hù)體系，豎井內(nèi)設(shè)置臨時(shí)型鋼支撐。豎井井底采用型鋼與噴射混凝土封底，井口設(shè)置1 500 mm×1 500 mm鎖口圈梁，豎井二襯厚度為600 mm/500 mm/400 mm。

橫通道從豎井西側(cè)接出，采用拱頂直墻斷面形式，拱頂覆土厚度為16.34～17.73 m，開挖寬度為4.80～7.10 m，開挖高度為6.43～10.493 m。橫通道設(shè)置1～2道臨時(shí)中板，初期支護(hù)及臨時(shí)中板均為300 mm厚，由C25噴射混凝土、鋼筋網(wǎng)、鎖腳錨管及格柵鋼架組成支護(hù)體系，采用臺(tái)階法施工，正線進(jìn)洞范圍橫通道二襯施工完成后，正線方可進(jìn)洞，二襯厚度拱頂及側(cè)墻為500 mm，底板為500 mm/600 mm。正線區(qū)間施工完成后再進(jìn)行泵房以及橫通道及豎井剩余二襯的施工，用于永久風(fēng)井和泵房，如圖1所示。

圖1 豎井及橫通道兼做風(fēng)井和泵房簡圖

2 工程地質(zhì)

2.1 水文地質(zhì)概況

豎井壁地層自上而下依次為：1-1雜填土、1-2素填土、3-1-1新黃土、3-2古土壤、4-1-1老黃土、4-1-2老黃土，4-4粉質(zhì)黏土、4-6細(xì)砂、4-7中砂。雜填土、素填土、中砂穩(wěn)定性差。4-1-2老黃土及3-1-1新黃土底部含水量高，土體較松軟，坑壁易坍塌等。施工豎井及橫通道穿越地層主要為3-2古土壤、4-1-1老黃土、4-1-2老黃土，4-4粉質(zhì)黏土，局部為4-5粉土、4-7中砂；減壓井橫通道穿越的地層主要為4-1-1老黃土、4-1-2老黃土，4-4粉質(zhì)黏土， 4-7中砂；施工豎井橫通道穿越的地層主要為3-1-1新黃土、3-2古土壤、4-1-1老黃土、4-1-2老黃土，4-4粉質(zhì)黏土， 局部為4-6細(xì)砂。4-1-2下部及4-4粉質(zhì)黏土、4-5粉土、4-6細(xì)砂、4-7中砂均位于地下水位以下。

據(jù)鉆探揭露，地下水位埋深為20.5～23.1 m，相應(yīng)標(biāo)高為376.98～379.89 m，地下水位較初勘時(shí)上浮1～3 m。究其原因，與地下水位年際變化及城中村拆遷致居民家中水井長時(shí)間停抽有關(guān)。地下水屬第四系松散層孔隙潛水，賦存于黏性土、砂土層中，富水性整體較弱。新黃土下部局部2～3 m段含水量較高，近軟塑，該段局部可能存在上層滯水。

含水層為黏性土夾砂類土，成層基本穩(wěn)定。地下水補(bǔ)給主要靠大氣降水、側(cè)向徑流及局部地段管網(wǎng)滲漏等，總的徑流方向受水位勢(shì)能支配由南向北流動(dòng)，與線路展布方向基本平行，排泄方式主要為徑流排泄、人工開采及蒸發(fā)消耗等。

2.2 不良地質(zhì)作用

2.2.1 黃土陷穴及人工坑洞

本次勘察，擬建場(chǎng)地未發(fā)現(xiàn)有黃土陷穴及人工坑洞分布，但不排除分布有人為坑洞的可能性。

2.2.2 地裂縫

根據(jù)陜西工程勘察研究院提供的《西安市地鐵十號(hào)線一期工程可研階段地裂縫勘察報(bào)告》，場(chǎng)地附近沒有地裂縫通過，設(shè)計(jì)時(shí)不考慮其影響。

2.2.3 區(qū)域地面沉降

據(jù)長安大學(xué)地質(zhì)調(diào)查研究院提供的《西安市地鐵十號(hào)線一期工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告》(2017年3月)，該場(chǎng)地位于辛家廟沉降槽的邊緣。對(duì)擬建場(chǎng)地而言，現(xiàn)狀條件下地面沉降危險(xiǎn)性小。

2.3 特殊性巖土

特殊性巖土主要表現(xiàn)為具有濕陷性。

2.3.1 濕陷性土層分布

本次勘察對(duì)水位以上的黏性土樣均進(jìn)行了濕陷性試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，1-2素填土、3-1-1層新黃土、3-2層古土壤、4-1-1層老黃土具濕陷性，濕陷性土層分布深度范圍為0～18 m，分布厚度為7.5～16 m。

2.3.2 場(chǎng)地濕陷類型

據(jù)探井和鉆孔取樣結(jié)果，自重濕陷量自地表起算，計(jì)算自重濕陷量介于178.2～363.2 mm，依據(jù)《GB 50025—2018》規(guī)范第4.4.6條判定：擬建場(chǎng)地為自重濕陷性黃土場(chǎng)地。

2.3.3 地基濕陷等級(jí)

地基濕陷量計(jì)算自天然地面下1.5 m算起，累計(jì)至濕陷性土層底面，濕陷性土層分布深度范圍為0～18 m，計(jì)算厚度為7.5～16 m，濕陷起始?jí)毫Χ嘈∮?00 kPa，計(jì)算濕陷量值為355.9～800.0 mm。依據(jù)規(guī)范《濕陷性黃土地區(qū)建筑標(biāo)準(zhǔn)》(GB 50025—2018)第4.4.6條判定：地基濕陷等級(jí)為Ⅱ級(jí)(中等)至Ⅲ級(jí)(嚴(yán)重)。

橫通道底板埋深為26.5～28.3 m ，底板以下無濕陷性土層分布。減壓井兼施工豎井、橫通道設(shè)計(jì)時(shí)，不用考慮黃土濕陷性，可按一般地基進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3 工程施工關(guān)鍵環(huán)節(jié)處理措施

3.1 豎井施工

豎井開挖斷面為矩形斷面，在初期支護(hù)的豎井兩個(gè)角部各加一道臨時(shí)角撐，中間加一道臨時(shí)對(duì)撐。施工采用倒掛井壁法，主要施工步驟為：注漿錨管注漿→開挖(進(jìn)尺為一榀格柵鋼架間距)→初噴混凝土→掛鋼筋網(wǎng)→架立混凝土至設(shè)計(jì)厚度。鎖口圈施工時(shí)應(yīng)整體模筑，做好井口防護(hù)欄后，方可進(jìn)行井身施工。

3.2 橫通道馬頭門段施工

豎井在施工至橫通道上方1～1.5 m時(shí)，調(diào)整豎井格柵間距，達(dá)到在橫通道上方三榀格柵密排，豎向連接筋雙層布置，環(huán)向間距為0.5 m，以便形成一道環(huán)框梁。馬頭門施工時(shí)應(yīng)由上至下、分上下臺(tái)階依次施工，分段鑿除橫通道馬頭門范圍豎井井壁混凝土，同步分段在豎井井壁內(nèi)架設(shè)橫通道的第一榀格柵鋼架，將橫通道格柵鋼架與豎井格柵鋼架焊接牢固，并與豎井連接筋有效連接。施工豎井初支達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度再進(jìn)行進(jìn)洞施工，施作初期支護(hù)；橫通道進(jìn)洞施工時(shí)，馬頭門位置處并排設(shè)置3榀格柵。

3.3 橫通道施工

暗挖設(shè)計(jì)遵循“暗挖法十八字方針”的原則采取施工措施。施工組織計(jì)劃和施工工序，必須嚴(yán)格遵守“先排管，后注漿，再開挖，注漿一段，開挖一段，支護(hù)一段，封閉一段”的原則進(jìn)行。豎井開洞前，在通道拱部打設(shè)超前小導(dǎo)管注漿加固。小導(dǎo)管施做完成后開挖土體，采用噴射混凝土，格珊鋼架和鋼筋網(wǎng)支護(hù)。施工橫通道采用臺(tái)階法施工。開挖采用人工開挖，臺(tái)階長度不宜過長，以3～5 m為宜。每一臺(tái)階開挖時(shí)，鋼架兩側(cè)各設(shè)置2根鎖腳錨管，及時(shí)施做初期支護(hù)和臨時(shí)支護(hù)，以便盡早封閉斷面。具體施工步驟為：小導(dǎo)管超前注漿→上臺(tái)階開挖并進(jìn)行初期支護(hù)(包括拱腳鎖腳錨桿)→下部開挖→下部初期支護(hù)。

3.4 正線開馬頭門施工

橫通道初支施工完成后，先施工正線拱部超前措施，并做二襯結(jié)構(gòu)，待二襯結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)值后方可破馬頭門。在橫通道中開挖區(qū)間正線馬頭門時(shí)，各分部不得同步開挖。馬頭門施工時(shí)應(yīng)該由上向下施工、分為上下兩個(gè)臺(tái)階進(jìn)行施工，橫通道馬頭門位置，區(qū)間正線隧道格柵鋼架聯(lián)立三拼，并將橫通道格柵與正線隧道格柵鋼架焊牢固?？v向連接筋雙層布置，環(huán)向間距0.5 m。由施工通道進(jìn)馬頭門不可對(duì)側(cè)同時(shí)進(jìn)洞，待一側(cè)進(jìn)洞且襯砌成環(huán)15 m以上，方可進(jìn)對(duì)側(cè)正洞。正線一側(cè)進(jìn)洞后，應(yīng)根據(jù)監(jiān)測(cè)情況，對(duì)另一側(cè)洞門范圍設(shè)置臨時(shí)支撐或換撐。

3.5 泵房初支及二襯、減壓井及橫通道(進(jìn)洞范圍外)二襯施工

正線區(qū)間施工完成后，對(duì)通道段鋪設(shè)防水層，澆注二襯，預(yù)留梯板、廢水泵房鋼筋接駁條件→拆除該區(qū)域底板初支結(jié)構(gòu)，向下開挖廢水池基坑，并聯(lián)立三拼格柵鋼架，開挖進(jìn)尺按格柵豎向間距控制，并及時(shí)施做初支結(jié)構(gòu)→架設(shè)泵房底部橫撐，施作初襯，鋪設(shè)防水層，澆注下沉廢水池二襯→施工通道內(nèi)樓梯→施工豎井部分二襯等減壓井施工。

4 施工技術(shù)要求

4.1 超前小導(dǎo)管施工要求

小導(dǎo)管的管頭300 mm長，宜加工成25°～35°椎體，在距另一端100 mm處焊接，6鋼筋箍，距鋼筋箍一端1 000 mm不開孔，剩余部分每隔100～200 mm梅花型布設(shè)6～8個(gè)溢漿孔。第一循環(huán)小導(dǎo)管安設(shè)后應(yīng)對(duì)開挖工作面進(jìn)行噴混凝土封閉，厚度為10～15 cm。封閉范圍為開挖工作面及鄰近開挖工作面3 m范圍的環(huán)向開挖面。小導(dǎo)管安裝結(jié)束后，需進(jìn)行壓水試驗(yàn)，壓力小于1 MPa，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果確定注漿參數(shù)。

4.2 大管棚施工要求

應(yīng)保證長管棚鉆進(jìn)方向的準(zhǔn)確，并記入鉆進(jìn)中的下垂，影響實(shí)際鉆孔方向應(yīng)較鋼管設(shè)計(jì)方向上偏1°左右。為保證長管棚鉆進(jìn)方向的準(zhǔn)確，宜設(shè)置套拱作為管棚固定端。注漿材料為水泥砂漿，錨面體強(qiáng)度不低于25 MPa。初擬注漿初壓力為0.5～1.0 MPa，施工時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整注漿壓力。管棚鋼管應(yīng)采用絲扣長度不小于15 cm的厚壁套筒進(jìn)行連接。

4.3 錨噴支護(hù)施工要求

噴射混凝土應(yīng)采用濕噴工藝，施工前應(yīng)先確定混凝土的配合比、選擇使用的噴射機(jī)具，報(bào)監(jiān)理工程師批準(zhǔn)。噴射混凝土前應(yīng)先進(jìn)行試噴、調(diào)整回彈量、確定混凝土的配合比及施工操作程序，經(jīng)監(jiān)理工程師認(rèn)可后方可大面積施工。噴射開始時(shí)，應(yīng)減小噴頭至受噴坡面的距離，并調(diào)節(jié)噴射角度，以保證鐵絲網(wǎng)與巖面間混土的密實(shí)性。噴射時(shí)，應(yīng)保持混凝土表面平整，呈濕潤光澤，無干斑或滑移流淌現(xiàn)象。噴射混凝土作業(yè)應(yīng)分段、分片、分層由下而上依次進(jìn)行。初噴混凝土應(yīng)盡早進(jìn)行噴錨，即“早噴錨”；復(fù)噴混凝土應(yīng)在量測(cè)指導(dǎo)下進(jìn)行，即“勤量測(cè)”，以保證噴射混凝土的復(fù)噴適時(shí)有效。噴射混凝土?xí)r，要將鋼架與巖面之間的間隙噴射飽和達(dá)到密實(shí)。錨管桿體使用前應(yīng)調(diào)直、除銹、除油污。根據(jù)需要可在漿液中摻入減水、早強(qiáng)、速凝等外加劑，但摻入的外加劑不得含有對(duì)錨管產(chǎn)生腐蝕作用的化學(xué)成分。摻入的外加劑如果降低漿液的后期強(qiáng)度，必須經(jīng)過試驗(yàn)論證，保證漿液的后期強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。漿液應(yīng)攪拌均勻，并防止石塊或其他雜物混入，隨拌隨用，初凝前必須使用完畢。在開挖過程中發(fā)現(xiàn)圍巖較差時(shí)可采取加強(qiáng)錨噴厚度、鋼筋網(wǎng)、錨管密度和長度等措施。

4.4 鋼架拼裝技術(shù)要求

鋼架應(yīng)按設(shè)計(jì)位置安設(shè)，鋼架之間必須用鋼筋縱向連接，并要保證焊接質(zhì)量。拱架安設(shè)過程中當(dāng)鋼架與圍巖之間有較大的空隙時(shí)，沿鋼架外緣每隔2 m應(yīng)用混凝土預(yù)制塊楔緊。鋼拱架的拱腳采用縱向托梁或鎖腳錨桿等措施加強(qiáng)支承。鋼架應(yīng)盡可能多地與錨管露頭及鋼筋網(wǎng)焊接，以增強(qiáng)其聯(lián)合支護(hù)的效應(yīng)；首榀格柵鋼架應(yīng)由甲方組織設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工單位，對(duì)鋼架進(jìn)行首次驗(yàn)收，合格后方能成批加工生產(chǎn)。

5 監(jiān)控量測(cè)

施工豎井及橫通道兼風(fēng)井施工過程中，必須對(duì)圍巖實(shí)行監(jiān)控量測(cè)。

監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要為：

(1) 地層及支護(hù)情況觀察：豎井或通道開挖后觀察掌子面地層情況和穩(wěn)定狀態(tài)及已施工地段支護(hù)結(jié)構(gòu)情況和安全性。

(2) 地表及相關(guān)建筑物沉降：隧道上方、受影響建筑物基礎(chǔ)及重要管線上方布設(shè)水準(zhǔn)觀測(cè)點(diǎn)，定期量測(cè)施工期間地表變化情況。在代表性地段及重要建筑物附近設(shè)置地表橫斷面測(cè)點(diǎn),監(jiān)測(cè)地表沉降槽的變化。

(3) 拱頂位移：根據(jù)施工方法在隧道拱頂布置1～3個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)拱頂位移，同時(shí)監(jiān)測(cè)豎井及通道側(cè)壁收斂情況。

(4) 水位觀測(cè)：在重要管線及建筑物附近設(shè)水位觀測(cè)孔，監(jiān)測(cè)施工對(duì)地下水的影響以及水位漲落對(duì)建(構(gòu))筑物不均勻沉降的影響。圍巖內(nèi)部變形、圍巖壓力、初支與二襯間壓力、鋼拱架應(yīng)力等量測(cè)項(xiàng)目可根據(jù)情況選測(cè)。

(5) 地下管線沉降觀測(cè)：隧道影響范圍內(nèi)各類管線應(yīng)進(jìn)行沉降監(jiān)測(cè)，污水、雨水、燃?xì)饧捌渌甭竦挠袎汗芫€應(yīng)進(jìn)行管頂沉降監(jiān)測(cè)。

6 結(jié)束語

豎井橫通道的斷面大小由區(qū)間、車站的工程費(fèi)用、環(huán)境、施工工序等因素決定。鑒于地鐵暗挖區(qū)間施工豎井及橫通道具體施工的特殊性和任務(wù)的艱巨性，設(shè)計(jì)需考慮的因素有很多，地質(zhì)條件、施工順序、施工工序轉(zhuǎn)換、永臨結(jié)合等都是設(shè)計(jì)工作的重點(diǎn)，尤其是馬頭門的開洞是淺埋暗挖施工的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要注意關(guān)鍵措施的嚴(yán)格執(zhí)行，保證施工豎井及橫通道能夠安全順利地完成。