劉 泉

(中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司,天津 300000)

1 概 況

城市道路設(shè)計(jì)應(yīng)保證安全性及科學(xué)性,道路的合理設(shè)計(jì)可以有效紓解城市交通壓力、拓展城市空間、連接周邊地市進(jìn)而帶動(dòng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展。同時(shí),也應(yīng)該考慮施工過(guò)程中城市建筑的結(jié)構(gòu)安全、與環(huán)境的審美融合等綜合因素。根據(jù)復(fù)雜程度,地質(zhì)條件可以分為三種,即簡(jiǎn)單、中等及復(fù)雜,城市地下道路地形地貌類(lèi)型復(fù)雜,巖土體工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件較差,其復(fù)雜程度一般可達(dá)到中等程度,一些沿海地區(qū)甚至可達(dá)到復(fù)雜程度。因此,在復(fù)雜地質(zhì)條件下進(jìn)行城市地下道路施工存在一定程度的困難。

2014年王仕傳等[1]分析地下通道淺埋暗挖法施工會(huì)導(dǎo)致地層變形和地表沉降,通用Abaqus數(shù)值模擬結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),長(zhǎng)管棚超前預(yù)支護(hù)能夠減小地層損失,控制路表沉降,并減小引起的路面結(jié)構(gòu)附加彎拉應(yīng)力。2016年鄭世佳等[2]研究隧道下穿城市道路實(shí)例,討論采用淺埋暗挖法設(shè)計(jì)隧道下穿城市道路,為類(lèi)似工程提供設(shè)計(jì)思路。2022年劉石磊[3]采用Abaqus計(jì)算分析淺埋暗挖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)和圍巖的受力變形規(guī)律,隧道開(kāi)挖與實(shí)測(cè)值差距較小,證明該施工方法的安全性。劉宜全等[4]同時(shí)模擬淺埋暗挖法施工的加固變形,證明該方法能顯著提升圍巖的承載能力。在淺埋暗挖法地下施工過(guò)程中,楊帆[5]建立監(jiān)測(cè)變形網(wǎng),證明其在軟弱地質(zhì)施工中的優(yōu)越性。江慧元[6]結(jié)合淺埋暗挖法與小導(dǎo)管超前支護(hù)法,將其應(yīng)用在隧道施工中。

本依托項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)填土層厚,下有軟弱土層,基坑開(kāi)挖時(shí)易造成地面沉降。通過(guò)分析項(xiàng)目概況,采用淺埋暗挖施工技術(shù)較為適宜[7]。淺埋暗挖法類(lèi)似挖掘地下室的施工方法,適用于軟弱底層的地下設(shè)計(jì)施工,符合本依托項(xiàng)目工程實(shí)際情況。

1.1 依托項(xiàng)目概況

海府路地下聯(lián)絡(luò)通道是深圳寶安中心區(qū)“濱海文化公園”項(xiàng)目的一部分,海府路大致走向與海岸線(xiàn)平行,二者間距在270 m左右。該路段全長(zhǎng)921.1 m,地下通道進(jìn)口布置在路東側(cè),地下通道單向布置,設(shè)計(jì)行車(chē)時(shí)速20 km/h,按城市支路設(shè)計(jì),僅限通行小汽車(chē)。本項(xiàng)目主要采用明挖施工,淺埋暗挖有兩段,長(zhǎng)度分別為12 m和18.1 m,之所以采用淺埋暗挖進(jìn)行施工,主要是為了下穿現(xiàn)狀雨水箱涵。

因此針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的道路設(shè)計(jì)要進(jìn)行全面勘探,根據(jù)巖土層勘測(cè)參數(shù)詳細(xì)分析巖土層實(shí)際情況,查明場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造及可能影響施工的不良地質(zhì)作用,查清地下水位等現(xiàn)場(chǎng)情況。

1.2 巖土層的工程性質(zhì)評(píng)價(jià)

淺埋暗挖段的標(biāo)高上限高程為-3 m,下限高程為-12 m,主要含有淤泥、粉質(zhì)粘土及粘性砂礫土。

(1)淤泥:淤泥里的水的含量較高,淤泥的壓縮性能以及靈敏度也高,然而強(qiáng)度卻相對(duì)較低。在淤泥上進(jìn)行填土,從而加固淤泥,便可以改善并提升淤泥的物理力學(xué)性能。但改良后的淤泥性能仍不滿(mǎn)足要求,其固結(jié)能力不強(qiáng),屬于飽和軟土。若有荷載附加作用其上,加固的淤泥仍有沉降,導(dǎo)致固結(jié)沉降現(xiàn)象的發(fā)生。

(2)粉質(zhì)粘土:粉質(zhì)粘土層為全場(chǎng)地分布,該項(xiàng)目中粘土的顏色多為褐黃色和黃色,粉質(zhì)粘土具有可塑性。項(xiàng)目場(chǎng)地內(nèi)土層中的粘土存在局部摻雜,摻雜物為高嶺土團(tuán)塊,或是礫砂。

(3)含粘性土礫砂:均是乳白色和淺黃色,含粘性土砂礫的局部密實(shí)且飽和,砂礫的級(jí)配不良,但砂礫分選性好。

1.3 地層滲透性與地下水補(bǔ)給排泄

淺埋暗挖段存在豐富的地下孔隙水,與海水間存在相應(yīng)的水力聯(lián)系。素填土(填石)層為中-強(qiáng)透水層,含粘性土礫砂層屬?gòu)?qiáng)透水層,主要接受南側(cè)海水及北側(cè)地下水補(bǔ)給,排泄方式主要以蒸發(fā)、徑流為主,水質(zhì)分析結(jié)果表明地下水中C1-含量偏高,說(shuō)明地下水與海水尚有水力聯(lián)系。場(chǎng)地地下水水位受大氣降水及地形控制,整體由北向南往大海方向排泄。

2 項(xiàng)目設(shè)計(jì)要素分析

(1)要確保排水箱涵在地下道路施工時(shí)能正常運(yùn)營(yíng),避免淺埋暗挖段的施工時(shí)箱涵出現(xiàn)下沉或者結(jié)構(gòu)破壞的情況;(2)預(yù)加固處理也要及時(shí)進(jìn)行;(3)含粘性土砂礫的透水系數(shù)k=15 m/d,該巖土層具有中-強(qiáng)透水層,該種強(qiáng)度的透水性對(duì)淺埋暗挖施工是非常不利的,需要對(duì)本巖土層進(jìn)行以阻水為主要目的的輔助措施。

3 輔助措施

3.1 地面預(yù)加固

隧道洞身頂部位于淤泥質(zhì)土層中,中部處在粉質(zhì)粘土層,底部則為砂礫層,地質(zhì)條件對(duì)暗挖施工影響極為不利,因此需采用地面預(yù)加固[8]。需要考慮各方面因素,綜合分析地質(zhì)特點(diǎn)、施工的工期、加固的效果、工程造價(jià)等因素,暗挖區(qū)段內(nèi)地層采用旋噴樁進(jìn)行改良及加固,并確定旋噴樁的平面布置形式及其加固深度。加固平面布置方式為沿暗挖初支邊線(xiàn)3 m及進(jìn)出洞口位置處布置3排,旋噴樁樁徑600 mm,咬合200 mm。最終確定從箱涵開(kāi)山石基礎(chǔ)底開(kāi)始加固垂直旋噴樁,長(zhǎng)度為5 m,透隧道底板,平均加固深度約13.2 m。

(1)旋噴樁初擬施工參數(shù)主要為:P·O 42.5型號(hào)的普通硅酸鹽水泥≥280 kg/m3,水泥的水灰比為1∶1,提升速度為10～25 cm/min,填石層須復(fù)噴。

(2)二重管法進(jìn)行高壓噴射注漿,高壓噴射的壓力應(yīng)>20 MPa,低壓噴射的壓力宜>1.0 MPa,氣流壓力宜取0.7 MPa。

(3)水泥注漿可加入適量的外加劑,相對(duì)密度保持在1.5～1.6之間,返漿相對(duì)密度保持在1.2～1.3之間。

(4)施工結(jié)束后的14 d,進(jìn)行開(kāi)鉆孔取芯檢驗(yàn);鉆孔取芯點(diǎn)數(shù)量與總樁數(shù)(孔數(shù))的比例不得少于0.5%,且不宜少于3個(gè)點(diǎn)。試驗(yàn)中采取的芯樣直徑應(yīng)>80 mm,應(yīng)對(duì)芯樣依次進(jìn)行抗壓強(qiáng)度>1 MPa的單軸極限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn),及滲透系數(shù)≤10-6cm/s的室內(nèi)滲透試驗(yàn)。

(5)檢驗(yàn)點(diǎn)應(yīng)布置在下列部位:旋噴樁中心線(xiàn)上、有代表性的樁位、施工中存在異?，F(xiàn)象的部位。

(6)旋噴樁的鉆孔在試驗(yàn)后應(yīng)立即用水泥漿或水泥砂漿填充。

3.2 全斷面注漿

采用全斷面注漿的加固方式[9,10]。加固范圍從上為開(kāi)挖面頂開(kāi)始,下至箱涵片石基礎(chǔ)底為止。側(cè)向從開(kāi)挖線(xiàn)外3 m開(kāi)始,縱向?yàn)橄浜撞繀^(qū)域。

(1)長(zhǎng)注漿與短注漿管相結(jié)合,采用后退式分段的注漿方式。

(2)注漿漿液采用雙液漿,水泥及水玻璃混合配比(體積比)為1∶1;水泥強(qiáng)度等級(jí)為32.5 MPa的普通硅酸鹽水泥;水玻璃模數(shù)2.6～3.0,水玻璃濃度為30～40 Be。初始注漿壓力0.2～0.4 MPa,穩(wěn)定壓力0.8～1.0 MPa。達(dá)到最終壓力后,繼續(xù)注漿,時(shí)間大于10 min,同時(shí)保證漿液擴(kuò)散半徑應(yīng)≥1 m。

(3)加固前,進(jìn)行預(yù)先試驗(yàn),以確定注漿各項(xiàng)參數(shù)。

(4)鉆孔檢查和紅外線(xiàn)探測(cè)應(yīng)在每循環(huán)注漿結(jié)束后及時(shí)進(jìn)行。

(5)注漿過(guò)程中的記錄內(nèi)容包括:注漿壓力、注漿量、凝膠時(shí)間,監(jiān)測(cè)掌子面及附近支護(hù)狀況,根據(jù)勘探報(bào)告中場(chǎng)地內(nèi)的地質(zhì)變化情況及注漿現(xiàn)狀,調(diào)整注漿參數(shù)。

(6)注漿后效果檢查和評(píng)定項(xiàng)目包括:注漿壓力、注漿量的變化、注漿后強(qiáng)度、孔內(nèi)涌水量以及加固體強(qiáng)度是否符合設(shè)計(jì),且滿(mǎn)足施工要求。

(7)施工單位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況適當(dāng)調(diào)整避開(kāi)管線(xiàn)及其他建筑物。

(8)在施工下一循環(huán)的注漿之前,需要對(duì)止?jié){墻表面噴射≥200 mm的C25混凝土進(jìn)行封閉。

(9)帷幕注漿的鉆孔以及注漿管的位置必須避開(kāi)大管棚及拱部的超前小導(dǎo)管位置。

3.3 超前長(zhǎng)管棚

隧道下穿存在現(xiàn)狀雨水箱涵,因此項(xiàng)目施工時(shí),應(yīng)嚴(yán)格控制地面沉降,故設(shè)計(jì)時(shí)布設(shè)長(zhǎng)管棚,采用鉆孔跟進(jìn)法打入技術(shù)。管棚管徑為108 mm,環(huán)向間距30 cm,對(duì)管棚進(jìn)行注漿處理。

(1)鋼管采用壁厚為6 mm的前端為錐狀的熱軋無(wú)縫鋼壁,主要節(jié)長(zhǎng)分別為2 m或4 m。

(2)施工時(shí)最大徑向誤差為200 mm,相鄰鋼 管方向最大誤差為100 mm。

(3)設(shè)置導(dǎo)向墻,墻中預(yù)埋φ127鋼筋,壁厚6 mm,長(zhǎng)1.7 m管棚導(dǎo)向管。

(4)鋼管接頭采用絲扣連接,絲扣螺紋段長(zhǎng)>150 mm。相鄰的接頭錯(cuò)開(kāi)≥1.0 m連接,鋼花管上開(kāi)口,布置成梅花型,開(kāi)孔直徑φ10 mm,孔間距150 mm,尾部2 m用作止?jié){段。

(5)大管棚由暗挖段一端搭設(shè)。

(6)防護(hù)工程包括:導(dǎo)向墻施工、管棚導(dǎo)向管預(yù)埋及工作平臺(tái)平整工程。管棚導(dǎo)向管應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行鉆孔,鉆機(jī)立軸方向必須準(zhǔn)確控制,精準(zhǔn)定位。管棚鉆進(jìn)過(guò)程中應(yīng)采用水平測(cè)斜儀量測(cè)并監(jiān)測(cè)管棚的偏斜度,一旦發(fā)生偏斜值超出設(shè)計(jì)要求時(shí),應(yīng)及時(shí)糾偏。管棚經(jīng)過(guò)區(qū)域主要為夯填碎石與圍護(hù)樁,采用鉆孔跟進(jìn)工藝,嚴(yán)格控制角度。

(7)大管棚注漿的灌注漿液P·O 42.5號(hào)普通硅酸鹽水泥,水灰比為1∶0.38～1∶0.45,砂灰比宜為1∶1～1∶2(重量比)。注漿壓力:初始?jí)毫?.5～1.0 MPa,終止壓力為1.0～1.5 MPa。

3.4 超前小導(dǎo)管

超前小導(dǎo)管是一種支撐輔助開(kāi)挖的施工方式,在軟弱巖層、地下水豐富的場(chǎng)地施工優(yōu)點(diǎn)突出,因此該施工技術(shù)被普遍采用。但注漿量及注漿種類(lèi)對(duì)工程影響差別很大,因此要嚴(yán)格控制工藝流程避免工程質(zhì)量缺陷。超前小導(dǎo)管具體施工工藝如下。

(1)超前小導(dǎo)管的參數(shù)設(shè)計(jì):φ42 mm,長(zhǎng)3 m,壁厚為3.5 mm,搭接小導(dǎo)管長(zhǎng)度至少1 m,環(huán)向間距30 cm,間隔1 m逐根施工。施工時(shí),鋼管布置應(yīng)平行于襯砌中線(xiàn),并以設(shè)計(jì)仰角打入拱部圍巖。

(2)漿液特性:采用注漿材料為水泥-水玻璃漿液,雙液注漿的止水效果更佳。注漿參數(shù)建議如下。

①泥漿水灰比:0.5∶1～1∶1。

②水玻璃濃度:35 e;模數(shù):2.4;摻量為水泥用量的5%。

③注漿壓力:0.5～1.0 MPa。

(3)分階段注漿,保證注漿壓力是不是緩慢升高,升高至設(shè)計(jì)的最終壓力后,持續(xù)注漿時(shí)間是不是>10 min,當(dāng)前注入量與設(shè)計(jì)注入量大致接近時(shí),此時(shí)注漿結(jié)束時(shí)的進(jìn)漿量控制在20～30 L/min以下。

(4)超前小導(dǎo)管可以從型鋼鋼拱架腹部穿過(guò),或者焊接于鋼拱架上部,從而與鋼拱架連接成整體。

同時(shí),為避免施工過(guò)程中發(fā)生事故,應(yīng)在施工前對(duì)導(dǎo)管進(jìn)行密封性連接測(cè)試避免進(jìn)水,若灌注漿液時(shí)發(fā)現(xiàn)漏液應(yīng)及時(shí)提出導(dǎo)管并更換。導(dǎo)管在插入混凝土?xí)r應(yīng)邊灌注邊振動(dòng)導(dǎo)管,密切觀察灌注情況。

4 施工監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)計(jì)的驗(yàn)證

自2020年3月13日開(kāi)始至2020年6月30日結(jié)束,監(jiān)測(cè)單位對(duì)海府路淺埋暗挖段進(jìn)行了全過(guò)程監(jiān)測(cè),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的累計(jì)變化范圍:地表沉降監(jiān)測(cè)為5.7～11.7 mm;土層壓力為-179.72～-36.46 kPa;鋼筋內(nèi)力為-68.45～-38.72 kN;水平收斂為4.24～21.2 mm;拱頂下沉為2.2～5.7 mm;底板隆起為0.1～2.9 mm。詳見(jiàn)表1和表2。

表1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

表2 監(jiān)控量測(cè)安全值 單位:mm

表1監(jiān)測(cè)成果表出自寶安海濱文化公園海府路淺埋暗挖工程變形監(jiān)測(cè)報(bào)告。

通過(guò)表1和表2中數(shù)據(jù)的對(duì)比可以看出,所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均處于合理的范圍內(nèi),進(jìn)而可以得出結(jié)論,設(shè)計(jì)中采用的所有輔助措施都是有效的。

5 結(jié) 論

針對(duì)深圳下穿道路的實(shí)際情況,為滿(mǎn)足施工要求,進(jìn)行地面預(yù)加固改善土層強(qiáng)度,達(dá)到了安全施工的目的。提出采用全斷面注漿方式,并通過(guò)施工前預(yù)試驗(yàn)驗(yàn)證漿液配合比的合理性,現(xiàn)場(chǎng)鉆芯取樣強(qiáng)度及滲透系數(shù)的結(jié)果均滿(mǎn)足規(guī)范要求。此外,現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)挖掌子面基本無(wú)滴水情況,周?chē)鷩鷰r完整度較好。排水箱涵在地下道路施工時(shí)始終保持正常運(yùn)營(yíng),淺埋暗挖段的施工時(shí)箱涵未出現(xiàn)下沉或者結(jié)構(gòu)破壞的情況。

該地下城市道路項(xiàng)目目前已完成施工,施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)地表沉降變化<0.3 mm,累計(jì)變化范圍處于5.7～11.7 mm,<30 mm;地板隆起本期變化<0.2 mm,累計(jì)變化范圍在0.1～2.9 mm之間,<10 mm,均在施工安全值范圍內(nèi)。由此得出,復(fù)雜地質(zhì)條件下采用淺埋暗挖工藝施工高效適宜,項(xiàng)目設(shè)計(jì)科學(xué)合理,為今后復(fù)雜地質(zhì)條件下的道路設(shè)計(jì)提供參照。