張 振 北京熱力集團(tuán)有限責(zé)任公司 北京 100028

前言

熱力隧道作為城市集中供暖的專門隧道,是城市發(fā)展的必然化結(jié)果,而熱力隧道建設(shè)過程中穿越主城區(qū)已經(jīng)成為一種必然。傳統(tǒng)熱力隧道明槽開挖,不僅會(huì)影響城市交通,還會(huì)對(duì)周邊居民生活帶來一定的不便。隧道暗挖簡(jiǎn)稱“NATM”也被稱之為淺埋暗挖技術(shù),整個(gè)施工過程中以“新奧法”為基本施工原理,以地質(zhì)條件改造為基本前提,以地表沉降控制為重點(diǎn),施工過程當(dāng)中會(huì)采用多種措施輔助以提升整個(gè)圍巖的負(fù)載和抗震能力,通過超前支護(hù)與整個(gè)圍巖周邊組織構(gòu)成一個(gè)相互聯(lián)合的支護(hù)結(jié)構(gòu)體系,最大限度地減少圍巖變形現(xiàn)象的發(fā)生,最大限度地減少對(duì)地上建筑以及地下管線的影響,即使是在富水地層依然可以得到良好的應(yīng)用效果。

一、富水地層城市主路橋區(qū)施工技術(shù)難點(diǎn)

(一)工程概況

本次施工市政工程熱力暗挖隧道全長(zhǎng)437.6m,整個(gè)斷面結(jié)構(gòu)為馬蹄型,隧道結(jié)構(gòu)形式為復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu),開挖凈尺寸為5.55m4.40m,二襯內(nèi)尺寸為4.35m2.75m,該段工程位于主城區(qū),周邊環(huán)境較為復(fù)雜,下穿主路、立交橋加筋土以及地鐵區(qū)間,區(qū)間段地質(zhì)層次從上至下依次為粘質(zhì)粉土、中砂、卵石等,主要體現(xiàn)為富水地層,整個(gè)工程段風(fēng)險(xiǎn)源諸多,一旦施工過程控制不當(dāng)很容易產(chǎn)生流砂涌水現(xiàn)象,沉降控制更為困難,為此,只有采取有效的止水措施才能夠確保施工狀態(tài)無水,實(shí)現(xiàn)整體施工質(zhì)量的提升。

(二)工程難點(diǎn)

1、環(huán)境條件復(fù)雜,變形擾動(dòng)控制難度大

本工程項(xiàng)目位于城市主路橋區(qū),該區(qū)域內(nèi)環(huán)境構(gòu)成較為復(fù)雜,不僅暗挖隧道下穿主路、立交橋加筋土以及地鐵區(qū)間周邊交通量較為龐大,且整個(gè)暗挖隧道管線周邊建筑物較為密集,諸多建筑物的基礎(chǔ)均處于隧道施工擾動(dòng)范圍之內(nèi)。而在地質(zhì)方面,經(jīng)勘測(cè),整個(gè)隧道所處地層為富水地層,該地層地質(zhì)較為軟弱變形沉降極易發(fā)生,如此復(fù)雜的環(huán)境條件為變形擾動(dòng)控制帶來了極大的挑戰(zhàn),施工過程當(dāng)中不僅要求避免危及隧道管線周邊的建筑安全、避免對(duì)周邊正常生活生產(chǎn)秩序產(chǎn)生影響,還要最大限度地提升工程質(zhì)量保證工期。

2、圍巖軟弱易擾,隧道穩(wěn)定性急需提升

本熱力工程暗挖隧道處于富水地層,圍巖軟弱易擾是最大的施工難點(diǎn),一旦隧道開挖后很容易在自重應(yīng)力的影響之下產(chǎn)生洞體松弛變形甚至有變形坍塌的風(fēng)險(xiǎn)。另外,整個(gè)施工過程一旦對(duì)地下水處理不當(dāng),地下水的存在會(huì)導(dǎo)致施工區(qū)域內(nèi)圍巖軟化,從而造成圍巖穩(wěn)定性的下降,尤其當(dāng)圍巖由硬塑轉(zhuǎn)變?yōu)榱魉苤髸?huì)隨著地下水一同涌入隧道內(nèi)部,這樣必然會(huì)形成大量的坍塌涌泥,加大施工清理難度,影響正常工期的同時(shí)危及周邊結(jié)構(gòu)以及施工安全。

3、防排水挑戰(zhàn)大,精細(xì)化設(shè)計(jì)管理突出

工程段內(nèi)降雨充沛地下水豐富,隨著隧道的開挖會(huì)有大量的地下水滲入隧道,而且因?yàn)榘低谒淼罉?gòu)筑于地下,處于各種地下水的包圍之中的隧道隨時(shí)隨地都在接受重重考驗(yàn),這樣一來,該種情況之下在防排水體系設(shè)計(jì)考量時(shí)必須要體現(xiàn)出精細(xì)化設(shè)計(jì),否則稍有缺陷產(chǎn)生就會(huì)引起隧道滲漏水;整個(gè)工程段設(shè)計(jì)考量的過程中必須綜合整體工況,遵循基本原則,避免產(chǎn)生疏忽而影響施工質(zhì)量同時(shí)為隧道使用壽命留下安全隱患。

二、綜合施工控制重點(diǎn)

1、地質(zhì)地形勘測(cè)

本工程暗挖段所處地質(zhì)環(huán)境較為特殊,在勘察階段只有明確圍巖的基本狀況特性,并對(duì)所處地段可能引發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的不良地段的具體位置以及規(guī)模形態(tài)作出準(zhǔn)確預(yù)報(bào),才能夠明確隱藏的地質(zhì)問題,并針對(duì)性地采取措施實(shí)現(xiàn)預(yù)防,減少施工過程當(dāng)中的盲目性,從而優(yōu)化設(shè)計(jì)完成有效施工質(zhì)量控制避免地質(zhì)災(zāi)害帶來的負(fù)面影響,從根本上保證暗挖隧道的快速安全施工。本工程施工前的地質(zhì)地形勘測(cè)評(píng)估由第三方輔助單位完成,結(jié)合多種先進(jìn)勘測(cè)手段的應(yīng)用完成科學(xué)預(yù)判,對(duì)隧道施工影響范圍內(nèi)的環(huán)境以及地質(zhì)地形等基礎(chǔ)情況進(jìn)行了超前預(yù)報(bào),明確了地質(zhì)地形的基本情況,也明確了要害集中部位。

2、方案設(shè)計(jì)

方案設(shè)計(jì)是整個(gè)工程施工的基礎(chǔ),整個(gè)設(shè)計(jì)方案應(yīng)遵循管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤測(cè)量的基本施工原則,結(jié)合地質(zhì)地形勘察結(jié)果和整個(gè)工程實(shí)際完成綜合設(shè)計(jì)。整個(gè)方案設(shè)計(jì)中包括原材料的選擇、機(jī)械設(shè)備的配置、工藝流程的確認(rèn),同時(shí)也包含相應(yīng)的人員配置、應(yīng)急方案的制定、工程管理的責(zé)任規(guī)劃等等。設(shè)計(jì)過程中,以國(guó)家、市政建設(shè)基本建設(shè)方針以及政策指標(biāo)為標(biāo)準(zhǔn),通過詳細(xì)參數(shù)的設(shè)定,保證精心組織、精細(xì)施工,確保整個(gè)工期有序進(jìn)行,保質(zhì)保量按時(shí)交工。本工程圍繞原始資料展開,設(shè)計(jì)過程中聚集多方人才,經(jīng)過合理的統(tǒng)籌規(guī)劃,最終完成方案敲定,無論在理論、技術(shù)還是試驗(yàn)、監(jiān)測(cè)等方面都作出了充足的準(zhǔn)備。

3、沉降監(jiān)測(cè)

熱力暗挖隧道施工過程中沉降監(jiān)測(cè)是施工重點(diǎn),尤其本工程處于富水地層,沉降變形坍塌風(fēng)險(xiǎn)極大,因此必須對(duì)暗挖隧道施工范圍內(nèi)的圍巖、土體、地表環(huán)境以及支護(hù)結(jié)構(gòu)隨時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析,同時(shí)通過信息化手段掌握變化趨勢(shì),以此及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問題并采取積極的措施應(yīng)對(duì)以確保工程質(zhì)量和安全。整個(gè)監(jiān)測(cè)過程中以GB50026-2007《工程測(cè)量規(guī)范》為標(biāo)準(zhǔn),以精密水準(zhǔn)儀以及銦鋼尺為監(jiān)測(cè)工具,以二等垂直位移法為基本技術(shù),以每日2次為監(jiān)測(cè)頻率,將路面沉降作為監(jiān)測(cè)重點(diǎn),通過科學(xué)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析,了解暗挖隧道結(jié)構(gòu)狀態(tài)。值得注意的是,監(jiān)測(cè)過程中需要設(shè)置預(yù)警值,一旦監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出設(shè)置的預(yù)警值則需要采取必要的措施進(jìn)行干預(yù)。

三、綜合施工技術(shù)提升措施

1、全斷面深孔注漿止水

本暗挖隧道處于城市主路橋區(qū),交通負(fù)荷十分突出,諸多受力之下塌方概率大有增加。且本工程段處于富水地層,地下水位高含水量高、降水沉降較大、地層較為敏感、土體穩(wěn)定性極差,極易產(chǎn)生流沙、管涌現(xiàn)象,為有效提升隧道開挖過程當(dāng)中的圍巖穩(wěn)定性,故采用全斷面深孔注漿止水技術(shù)保證在隧道外圍形成一道有效的止水帷幕,進(jìn)而阻止地下水滲入隧道施工范圍,保證整個(gè)工程在無水或少水狀態(tài)下進(jìn)行,同時(shí)避免施工過程當(dāng)中因地下水流失產(chǎn)生沉降而影響主路橋區(qū)的交通通行。本工程選取二重管后退式注漿方案,二重管注漿能夠保證鉆進(jìn)設(shè)置位置之后利用鉆桿實(shí)施注漿,該種施工方式可以隨時(shí)對(duì)注漿孔的注漿角度進(jìn)行調(diào)節(jié)同時(shí)具備顯著的施工效率(圖1為二重管后退式注漿順序)。

圖1 二重管后退式注漿順序

本工程施工設(shè)備選取為TXU 一75A 型二重管坑道鉆機(jī)以及SYB-60/50 型雙液壓注漿泵,漿液配置為普通水泥漿同改性后水玻璃混合漿液。整個(gè)施工過程嚴(yán)格參照施工方案設(shè)計(jì)參數(shù)操作進(jìn)行,鉆孔孔位以工作面為圓心向朝向開挖方向逐漸從內(nèi)圈向外圈的輻射,為有效防止串漿現(xiàn)象采取間隔鉆孔的施工方案。注漿方式以后退式分段注漿為主,整個(gè)注漿過程當(dāng)中嚴(yán)格控制壓力密切關(guān)注漿量,待土體圍巖強(qiáng)度達(dá)標(biāo)后實(shí)施隧道開挖施工。

2、小導(dǎo)管超前加固支護(hù)

為有效方尺塌方,保證熱力隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,小導(dǎo)管超前加固支護(hù)作為暗挖隧道圍巖輪廓線的預(yù)加固處理能夠形成管棚效果,該工序以滲入性逐漸為加固肌理,利用水泥漿液的膠結(jié)作用整合破碎圍巖,可以改變圍巖力學(xué)性能、提升隧道自穩(wěn)能力、縮短隧道開挖時(shí)間,同時(shí)擁有施工簡(jiǎn)單可操作性強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益明顯的優(yōu)點(diǎn)。整個(gè)工序關(guān)鍵控制點(diǎn)在于注漿指標(biāo),因此必須嚴(yán)格按照操作步驟執(zhí)行并在注漿工作完成后選用注漿管對(duì)注漿管進(jìn)行封堵,注漿過程中須嚴(yán)格觀察參數(shù),一旦在注漿過程中發(fā)現(xiàn)壓力升高應(yīng)立即停止注漿排除堵塞,若注漿過程中發(fā)現(xiàn)注漿工作無法進(jìn)行,可通過補(bǔ)孔重注的方式重新完成(圖2為小導(dǎo)管施工剖面圖)。

圖2 小導(dǎo)管施工剖面圖

本次熱力暗挖隧道為方便插打防止?jié){液前沖小導(dǎo)管選用錐形,通過小導(dǎo)管的梅花孔保障漿液的擴(kuò)散,小導(dǎo)管超前注漿施工前首先進(jìn)行壓水試驗(yàn)保證管路的暢通,注漿過程選用自下而上的錯(cuò)位交叉間隔注漿。本工程段處于富水地層,為增強(qiáng)圍巖剛性故選用改性水玻璃為注漿漿液,注漿壓力嚴(yán)格控制根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)確定在0.3～0.5MPa,同時(shí)注漿速度控制在30L/min。另外,熱力隧道暗挖過程中難免與其他管線隧道產(chǎn)生交集,諸多管線交叉處無法進(jìn)行小管超前施工,故以噴射混凝土填充代替,通過例行鋼完成支撐保證穩(wěn)定。

3、減小循環(huán)進(jìn)尺間距

主路橋區(qū)熱力隧道開挖要最大限度的較少為地上交通的影響,為此初襯施工開挖選取上下臺(tái)階法短進(jìn)尺開挖,通過縮短開挖距離減少循環(huán)進(jìn)尺的基本操作以減少暴露時(shí)間,遵循先挖邊緣留中心土再全面開挖的形式,保證挖、支、噴三個(gè)環(huán)節(jié)緊跟進(jìn)行,同時(shí)采用微震控制爆破技術(shù)將爆破振速控制在允許范圍之內(nèi),以保證地表建筑物安全以及相鄰隧道巖體的安全。另外,開挖之前通過洛陽(yáng)鏟的使用完成超前探測(cè),鋼格柵鋼架安裝的過程當(dāng)中通過激光指向儀的使用保證中心、高程的有效控制。

暗挖隧道施工過程當(dāng)中初期支護(hù)和土體之間極易發(fā)生分離,為了保證初期支護(hù)和圍巖之間能夠形成共同受力保證土層穩(wěn)定,故通過格柵加密加大混凝土噴射密實(shí)度的方式保證及時(shí)回填注漿及時(shí)止水,增強(qiáng)結(jié)構(gòu)受力控制地層下沉。混凝土噴射明確開挖尺寸完成浮渣清除,噴射過程中緊跟開挖工作面自下而上垂直作業(yè)。首先完成鋼筋格柵同壁間的噴射工作,再噴射兩鋼筋格柵之間,整個(gè)噴射過程需滿足密實(shí)、平整、無脫落、無滲水的要求。因圍巖平衡時(shí)間有限,本次所有施工步驟在4～6小時(shí)內(nèi)完成,同時(shí)通過真空泵輔助排除殘留水量。

4、增設(shè)鎖腳錨桿支護(hù)

隧道臺(tái)階法施工開挖之后盡管小導(dǎo)管注漿形成拱部拱架安裝,但短時(shí)間之內(nèi)不能完成封閉成環(huán),因此留下一定的安全質(zhì)量隱患,通過鎖腳錨桿的支護(hù)方式能夠合理地完成小導(dǎo)管洞軸方向旋轉(zhuǎn)的約束,而合理的鎖腳錨桿長(zhǎng)度不僅對(duì)于限制圍巖變形有著積極的意義在促進(jìn)支護(hù)結(jié)構(gòu)的承載力上也表現(xiàn)得十分突出。鎖腳錨桿支護(hù)施工流程以立架、鉆孔、安裝為主,整個(gè)安裝過程序嚴(yán)格按照?qǐng)D紙以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行操作,對(duì)鉆孔角度以及深度實(shí)施嚴(yán)格控制,包保證鉆孔呈直線型并在鉆孔完成之后清理干凈。本熱力暗挖隧道在完成鎖腳錨桿支護(hù)工作時(shí)以螺紋鋼筋作為錨桿,漿液選擇低堿水泥現(xiàn)場(chǎng)拌合。

5、組合型鋼支撐減降

由于本次熱力暗挖隧道工程位于主城區(qū),地上環(huán)境較為復(fù)雜,大量的交通同行無疑增加了隧道拱頂?shù)暮奢d,故防止拱頂下沉減少地面的沉降為主要的任務(wù),為此通過架設(shè)臨時(shí)組合型鋼架設(shè)豎向支撐輔助增強(qiáng)隧道拱頂?shù)某休d力,同時(shí)更能良好的解決開挖工期長(zhǎng)、施工質(zhì)量難達(dá)標(biāo)的問題。臨時(shí)組合型鋼架的使用能夠有效代替核心土建施工,為現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸以及交通組織提供了便利的條件,提升了施工安全性,同時(shí)為二次襯砌打下基礎(chǔ)。臨時(shí)組合型鋼架施工方案建立在有限元軟件的分析基礎(chǔ)之上,通過對(duì)隧道基本情況的工況分析完成合理支護(hù)參數(shù)的確定,綜合熱力隧道施工實(shí)際本工程施工以2m 為間隔完成豎向支撐架設(shè),為保證整體性特在臨時(shí)組合型鋼架與鋼格柵連接處預(yù)埋厚鋼板。因?yàn)槭桥R時(shí)支護(hù)因此組合型鋼支撐在初襯完工之后二襯進(jìn)行之前需進(jìn)行拆除,拆除順序以施工順序?yàn)閰⒖?整個(gè)拆除過程中隨時(shí)對(duì)隧道拱頂承載力進(jìn)行觀測(cè)保證工程質(zhì)量。

6、初襯背后回填注漿

回填注漿主要解決的是襯砌完成之后隧道拱頂與隧道圍巖之間的空隙問題,施工之前要對(duì)初襯的厚度以及脫空的厚度進(jìn)行確認(rèn)。鉆孔過程當(dāng)中嚴(yán)格對(duì)鉆機(jī)進(jìn)行控制防止發(fā)生鉆孔偏移和卡鉆的現(xiàn)象,同時(shí)注意做好鉆孔記錄,及時(shí)掌握鉆孔深度嚴(yán)禁穿透防水板。注漿沿著隧道縱斷面高程的底部開始,預(yù)留一定的空隙保證漿液順利流出,該過程當(dāng)中通過排氣管的預(yù)埋保證注漿效果,隨時(shí)檢查注漿管保證注漿暢通。本工程初襯背后回填注漿在初支封閉成型完成之后進(jìn)行,隧道頂部每隔3m 完成短管預(yù)設(shè),漿料選用水泥砂漿。

結(jié)論

熱力隧道施工的根本目的在于集中完成熱力管線的安置,必須嚴(yán)格控制施工質(zhì)量,減少施工風(fēng)險(xiǎn)。本次富水地層熱力暗挖隧道在穿越城市主路橋區(qū),施工過程當(dāng)中地形較為復(fù)雜,施工難度較大,通過采取綜合施工技術(shù)措施,遵循暗挖隧道18字方針,在嚴(yán)密的沉降監(jiān)測(cè)和嚴(yán)格的施工控制下通過主要風(fēng)險(xiǎn)源,在不影響周邊居民正常生活秩序的情況下,有效控制路面沉降,保證了安全施工,并按期完工。