薛 玨
(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,天津 300308)
經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期發(fā)展,我國(guó)的地鐵建設(shè)施工技術(shù)逐漸完善,但仍存在加固維護(hù)問(wèn)題[1]。隨著地鐵使用時(shí)間增加,其原本的運(yùn)行隧道會(huì)因荷載動(dòng)力不均勻而出現(xiàn)耦合性振動(dòng)故障,直接影響地鐵的穩(wěn)定性。除此之外,受大量動(dòng)力荷載影響[2],地鐵隧道的結(jié)構(gòu)也會(huì)出現(xiàn)細(xì)微變形和各種各樣的變形裂縫,一旦不及時(shí)進(jìn)行控制這些裂縫,在地震等自然災(zāi)害中很容易導(dǎo)致整個(gè)隧道坍塌,對(duì)地鐵的運(yùn)行安全造成嚴(yán)重威脅[3],因此,需要進(jìn)行有效地鐵間隧道抗震加固設(shè)計(jì)。
軟土地層是一種較常見(jiàn)的地層結(jié)構(gòu),其主要由含水量較高、承載性較低的碎石土、沙土等組成。其具有幾個(gè)基礎(chǔ)特性[4],首先是觸變性,即當(dāng)軟土地層受外力影響后,極易出現(xiàn)振動(dòng)或起伏,使整個(gè)地層滑動(dòng),增加地基的沉降風(fēng)險(xiǎn),不僅如此,當(dāng)部分土體受到破壞后,軟土地層還會(huì)進(jìn)行多向滑動(dòng)[5],導(dǎo)致土體滑移問(wèn)題。其次,軟土地層具有較強(qiáng)的流變性,其水分含量較高,在外界環(huán)境影響下,土壤中的水分會(huì)不斷發(fā)生改變,使土壤產(chǎn)生徐變力,造成地基剪切變形。最后,軟土地層具有較強(qiáng)的壓縮性[6],對(duì)軟土地層組成進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),其內(nèi)部顆粒的空隙較大,充盈大量的水分與空氣,在施工過(guò)程中,容易導(dǎo)致水分空氣壓縮,出現(xiàn)軟土均值沉降。因此,在軟土地層的地鐵區(qū)間隧道施工難度較高[7]。該文根據(jù)軟土地層的特點(diǎn),提出了一種有效的地鐵區(qū)間隧道抗震加固優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,為提高軟土地層的施工可靠性做出貢獻(xiàn)。
軟土地層的自穩(wěn)能力較差,若使用常規(guī)的開(kāi)挖技術(shù)很容易導(dǎo)致側(cè)向塌方,針對(duì)上述問(wèn)題,該文設(shè)計(jì)的抗震優(yōu)化加固技術(shù)使用淺埋暗挖法布置了隧道路面結(jié)構(gòu)。在地鐵隧道兩端[8],需要使用管棚注漿技術(shù)進(jìn)行支護(hù)處理,開(kāi)挖若干個(gè)路面布置隧道。在隧道路面結(jié)構(gòu)布置過(guò)程中,為了保證路面結(jié)構(gòu)的支護(hù)可靠性,需要使用超小導(dǎo)管進(jìn)行灌注漿支護(hù),開(kāi)挖滿(mǎn)足淺埋暗挖要求的導(dǎo)洞。待上述步驟完畢后,需要開(kāi)挖側(cè)向、中柱孔樁,進(jìn)行注漿處理,布設(shè)路面支撐板。全部過(guò)程完畢后,再進(jìn)行基底封閉,使用側(cè)向順作法進(jìn)行襯砌處理[9],分層對(duì)隧道路面結(jié)構(gòu)進(jìn)行澆筑。在軟土地層中,一旦隧道側(cè)向應(yīng)力發(fā)生改變,路面結(jié)構(gòu)會(huì)立即出現(xiàn)細(xì)微裂縫,影響隧道抗震加固結(jié)果。因此,該文使用混凝土裂縫抵抗板,調(diào)整了路面的基礎(chǔ)布置結(jié)構(gòu),路面結(jié)構(gòu)布置如圖1所示。
圖1 隧道路面結(jié)構(gòu)布置示意圖
由圖1 可知,風(fēng)亭也可以作為路面結(jié)構(gòu)布置的臨時(shí)施工管棚,連接?xùn)|西路面開(kāi)挖斷面。在路面結(jié)構(gòu)布置的過(guò)程中,需要注意地層與隧道上部弧形的關(guān)系,提高拱部的可靠性。
隧道路面的南北兩側(cè)的結(jié)構(gòu)與中間不同,該文使用蓋挖半逆作法設(shè)置施工臨時(shí)立柱,將基坑填至頂板表面,待澆筑完成后,進(jìn)行路面恢復(fù),依次鋪設(shè)施工板。新布置的隧道路面結(jié)構(gòu)與原本結(jié)構(gòu)相差較大,新型路面結(jié)構(gòu)使用預(yù)制鋼筋砼板作為面板材料,厚度適中,縱梁使用HN700×300 型鋼。新型隧道路面的穩(wěn)定性更高,能最大程度地提高路面的抗震可靠性。新型路面結(jié)構(gòu)主要使用臨時(shí)路面梁做支撐,底部設(shè)置了端構(gòu)架,能與路面兩端進(jìn)行橫縱向聯(lián)結(jié),從而提高了路面的剛度。隧道路面在地鐵運(yùn)行的過(guò)程中荷載會(huì)發(fā)生變化,因此在路面結(jié)構(gòu)布置時(shí)需要計(jì)算構(gòu)件軸力a,如公式(1)所示。
式中:k為橫縱向最小內(nèi)力,結(jié)合上述的折減系數(shù),可以進(jìn)行循環(huán)處理,對(duì)荷載進(jìn)行計(jì)算循環(huán),從而調(diào)整路面結(jié)構(gòu)的橫縱向內(nèi)力,提高隧道路面結(jié)構(gòu)的抗震加固效果。
軟土地層具有較強(qiáng)的流動(dòng)性,需要使用有效的圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行止水處理,避免隧道坍塌,該文選取1.2m 的止水樁作為止水結(jié)構(gòu),開(kāi)挖了隧道圍護(hù)止水樁,此時(shí)的止水樁排布示意圖如圖2所示。
圖2 圍護(hù)止水樁排布示意圖
由圖2 可知,在開(kāi)挖過(guò)程中,需要使用交替處理法關(guān)注砼護(hù)壁,直至其滿(mǎn)足隧道加固設(shè)計(jì)要求,此時(shí)使用潛水泵進(jìn)行抽水處理,若此時(shí)的排水量滿(mǎn)足隧道施工要求,則可以進(jìn)行下一施工步驟,反之需要進(jìn)行注漿加固處理,保障施工安全,避免出現(xiàn)施工塌陷。
圍護(hù)止水樁的樁身開(kāi)挖長(zhǎng)度要保證在一定范圍內(nèi),需要根據(jù)該開(kāi)挖程度調(diào)整護(hù)壁厚度,避免隧道地面的水流入孔樁中。受隧道組成結(jié)構(gòu)影響,需要對(duì)其進(jìn)行鋼支撐抗震加固處理,即使用挖掘機(jī)進(jìn)行蓋挖,在保證基坑穩(wěn)定的基礎(chǔ)上安裝隧道主體支撐鋼結(jié)構(gòu),保證鋼結(jié)構(gòu)的水平間距合理。
地鐵區(qū)間隧道的主體選用雙層大跨度鋼筋砼框架結(jié)構(gòu),設(shè)置獨(dú)立的沉降縫隙,可以按照沉降長(zhǎng)度調(diào)整孔洞立柱,進(jìn)行縱向彎矩處理,使開(kāi)挖端滿(mǎn)足設(shè)計(jì)標(biāo)高。隧道抗震加固模板選用竹膠板,導(dǎo)管選用鋼模導(dǎo)管,利用滿(mǎn)堂腳手架進(jìn)行泵送處理。為了保證不同梁節(jié)點(diǎn)的安裝效果,該文使用龍門(mén)吊車(chē)安裝支撐鋼筋模板,完成開(kāi)挖工作。加固施工混凝土通過(guò)出入口進(jìn)行泵送循環(huán),完成施工材料供應(yīng)。
不同施工結(jié)構(gòu)的裂縫產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)不同,因此,可以將隧道抗震加固施工主體結(jié)構(gòu)劃分成多個(gè)施工段,針對(duì)每個(gè)施工段進(jìn)行統(tǒng)一化處理。使用的加固裝置采用雙滲粉煤灰材料,嚴(yán)格控制塌落度。砼結(jié)構(gòu)的入模溫度需要滿(mǎn)足澆筑需求,盡量避免夜間澆筑,提高振搗質(zhì)量。在容易發(fā)生裂縫的部位需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處理,鋪設(shè)鋼筋止水網(wǎng)片,實(shí)現(xiàn)防水與堵漏。
常規(guī)的袖閥管注漿加固技術(shù)進(jìn)行抗震加固處理時(shí)可能會(huì)破壞切割隧道土體,部分土體受漿液噴射作用影響混合為水泥土,通過(guò)多種作用力進(jìn)行排列,降低隧道結(jié)果的可靠性,水平旋噴樁預(yù)加固可以降低旋噴對(duì)土體的影響形成固結(jié)樁體提高隧道的抗剪強(qiáng)度。水平旋噴樁在旋噴的過(guò)程中可以進(jìn)行相互咬合,形成一個(gè)水泥固結(jié)拱殼,提高隧道的抗震性,降低隧道的沉降風(fēng)險(xiǎn)。
進(jìn)行水平旋噴樁超前隧道抗震預(yù)加固可以形成一個(gè)相對(duì)完整的隧道加固拱殼,使整個(gè)隧道的受力更均勻。除此之外,該抗震加固方法形成的旋噴樁重疊比較規(guī)則,可以通過(guò)調(diào)整旋噴樁直徑控制抗震加固方向,提高隧道的土體強(qiáng)度,減少軟土地層對(duì)隧道施工造成的干擾,在水平旋噴樁施工的過(guò)程中需要注意土體的自穩(wěn)性,此時(shí)生成的水平旋噴樁超前隧道抗震預(yù)加固施工流程如圖3所示。
圖3 水平旋噴樁超前隧道預(yù)加固施工流程
由圖3 可知,結(jié)合上述的水平旋噴樁超前隧道抗震預(yù)加固施工流程可以有效調(diào)整旋噴樁尾部的位置,使用小型導(dǎo)管進(jìn)行補(bǔ)充注漿處理,可以最大程度地提高隧道圍巖的加固抗震止水效果。在施工的過(guò)程中,需要有效地進(jìn)行泥漿處理,對(duì)部分旋噴加固部分進(jìn)行補(bǔ)充,提高抗震加固施工的施工效率。
結(jié)合軟土地層地鐵區(qū)間隧道抗震加固設(shè)計(jì)實(shí)例分析要求,該文選取某工程進(jìn)行實(shí)例分析,已知某工程位于某市的鐵路穿越區(qū),全場(chǎng)為1586.25m,工程最小曲線(xiàn)半徑為1500m,存在“V”字施工坡度。根據(jù)隧道抗震加固施工設(shè)計(jì)要求,該工程選用高壓旋噴加固的方式,其旋噴直徑為600m,旋噴樁間距為800mm,該工程示意圖如圖4所示。
圖4 某工程示意圖
為驗(yàn)證所提技術(shù)的實(shí)用性,使用該文設(shè)計(jì)方法進(jìn)行抗震加固。先淺埋暗挖布置隧道路面結(jié)構(gòu),然后開(kāi)挖隧道圍護(hù)加固止水樁,最后進(jìn)行水平旋噴樁超前隧道抗震預(yù)加固。由于某工程的隧道加固均勻性較差,抗壓強(qiáng)度相對(duì)較低,因此,該工程設(shè)置了6.2m 的有效加固樁,使用單重管進(jìn)行翻漿施工,并且在施工過(guò)程中,還預(yù)設(shè)了排漿溝,使其滿(mǎn)足抗震加固需求。
結(jié)合上述的施工概況及準(zhǔn)備,可以進(jìn)行地鐵區(qū)間隧道抗震加固設(shè)計(jì)實(shí)例分析,使用該文設(shè)計(jì)的軟土地層地鐵區(qū)間隧道抗震加固優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行施工,抗震加固施工結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 抗震加固施工結(jié)果
由表1 可知,使用該文設(shè)計(jì)的軟土地層地鐵區(qū)間隧道抗震加固優(yōu)化設(shè)計(jì)方法進(jìn)行施工后,各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)號(hào)的拱頂沉降滿(mǎn)足施工預(yù)警要求,證明該文設(shè)計(jì)的軟土地層地鐵區(qū)間隧道抗震加固優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的施工效果較好,具有可靠性和應(yīng)用價(jià)值。
綜上所述,地鐵是我國(guó)重要的交通工具,研究表明,目前我國(guó)開(kāi)通地鐵的城市已經(jīng)超過(guò)了40 個(gè),地鐵隧道的建設(shè)長(zhǎng)度也突破了7000km,地鐵對(duì)人們的日常出行有重要作用。但某些軟土地層區(qū)域的地鐵隧道經(jīng)常出現(xiàn)裂縫問(wèn)題,一旦出現(xiàn)地震等災(zāi)害會(huì)導(dǎo)致隧道坍塌,會(huì)對(duì)地鐵的安全運(yùn)行造成威脅。常規(guī)的軟土地層區(qū)間隧道抗震加固設(shè)計(jì)方法主要使用袖閥管注漿加固技術(shù)處理隧道路基結(jié)構(gòu),易受隧道盾構(gòu)下穿作用影響,導(dǎo)致隧道拱頂沉降過(guò)高,不符合軟土地層的地鐵區(qū)間隧道施工要求,因此,該文結(jié)合軟土地層的特點(diǎn),對(duì)地鐵區(qū)間隧道進(jìn)行了抗震加固設(shè)計(jì)。實(shí)例分析結(jié)果表明,該文提出的設(shè)計(jì)方法的拱頂沉降變化狀態(tài)符合施工要求,具有可靠性,有一定的應(yīng)用價(jià)值,為降低地鐵區(qū)間隧道運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)做出貢獻(xiàn)。