王 楠

(中鐵十四局集團(tuán)隧道工程有限公司，山東 濟(jì)南)

引言

城市發(fā)展需求：隨著城市人口的增長，地鐵成為了解決交通擁堵、提高出行效率的首選方案之一。為了滿足快速發(fā)展的交通需求，地鐵線路和站點建設(shè)規(guī)模逐漸擴(kuò)大。然而，由于地鐵建設(shè)大多需要穿越各種復(fù)雜的地質(zhì)地貌，地下環(huán)境較為復(fù)雜，所以地鐵支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性成為關(guān)注的焦點[1]。地鐵施工往往需要穿越各種地質(zhì)層，如土層、巖層、水層等，且施工場地局限于狹小的地下空間，施工條件復(fù)雜。這些特殊環(huán)境給地鐵支護(hù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和施工帶來了挑戰(zhàn)，并且可能對支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響[2]。因此，對地鐵支護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性監(jiān)測和結(jié)構(gòu)加固具有重要的實踐價值[3]。為此，本文針對支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測與結(jié)構(gòu)加固技術(shù)展開研究。

1 工程概況

此次研究以濟(jì)南地鐵四號線唐冶南站施工項目為對象。唐冶南站為地下二層島式車站，南北向布置于唐冶中路下方。車站總長度為299.5 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬度為20.7 m。主體結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)段基坑深度18.3 m，小里程、大里程端頭均設(shè)置盾構(gòu)始發(fā)井[4]。表1 為該車站的基本概況信息。

表1 唐冶南站工程概況信息記錄

唐冶南站大里程位于鐵礦采坑回填區(qū)中，勘察深度范圍內(nèi)揭露回填土地質(zhì)復(fù)雜，為對抗后期的不均勻沉降，對采礦回填區(qū)內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化[5]。

2 地鐵施工中支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性監(jiān)測

以南京軌道交通4 號線唐野南站為例，采用全站儀、測斜儀、水平儀等三種儀器，對隧道的水平位移、切斜角以及隧道的沉降等進(jìn)行全方位監(jiān)測。在使用全站儀進(jìn)行監(jiān)測時，可設(shè)置水平方向上的位移監(jiān)測點共20 個，要求各個監(jiān)測點的布設(shè)間隔距離為10 m[6]。結(jié)合下述計算公式計算每個監(jiān)測點的平均水平位移值：

式中，xj表示編號為j 的監(jiān)測點平均水平位移測定結(jié)果；xij表示編號為j 的監(jiān)測點在進(jìn)行第i 次測定時的水平位移測定值；n 表示觀測的次數(shù)，根據(jù)上述設(shè)置條件，n 的取值為20。

最后，監(jiān)測沉降位移[7]。設(shè)置30 個監(jiān)測點，各個監(jiān)測點之間的距離設(shè)置為10 m，然后利用拋物線法[8]完成對沉降位移的測量，過程如下：

式中，D 表示沉降位移量；F 表示支護(hù)結(jié)構(gòu)的側(cè)移面積；B 表示基坑深度；C 表示測定得到的沉降量結(jié)果；θ表示內(nèi)摩擦角度。根據(jù)式（2）可以得到沉降位移的具體數(shù)值。在完成20 次的觀測后，同樣結(jié)合式（1）對每個監(jiān)測點的平均沉降位移進(jìn)行計算。

3 結(jié)構(gòu)加固技術(shù)

3.1 排樁加內(nèi)支撐支護(hù)體系設(shè)計

針對上述工程項目，采用的結(jié)構(gòu)加固體系為排樁加內(nèi)支撐支護(hù)體系。排樁采用Φ1000@1500 鉆孔灌注樁，車站主體基坑標(biāo)準(zhǔn)段共設(shè)置3 道支撐（端頭盾構(gòu)井處4 道支撐）[9]。唐冶南站大里程位于鐵礦采坑回填區(qū)中，勘察深度范圍內(nèi)揭露回填土地質(zhì)復(fù)雜，為對抗后期的不均勻沉降，對采礦回填區(qū)內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化[10]。排樁采取全套管鉆孔灌注樁施工工藝，基坑外側(cè)（0.7 倍基坑深度范圍）進(jìn)行袖閥管注漿加固，基坑內(nèi)（里程CK36+754.141-CK36+863.771）采取袖閥管注漿加固及素樁換填工藝進(jìn)行處理。

3.2 鉆孔灌注樁施工

本站圍護(hù)樁共兩種，分別為鉆孔灌注樁和全套管鉆孔灌注樁，全套管鉆孔灌注樁工藝流程與鉆孔灌注樁工藝流程相似，僅在鉆機(jī)成孔與混凝土灌注兩方面不同。圍護(hù)樁施工采用“鉆孔灌注樁工法”進(jìn)行施工，施工工藝流程見圖1。

圖1 鉆孔灌注樁施工工藝流程

按照圖1 所示流程進(jìn)行鉆孔灌注樁施工時，應(yīng)按照表2 中內(nèi)容確保成孔的質(zhì)量符合施工要求。

表2 鉆孔灌注樁施工成孔質(zhì)量要求

為使孔底沉渣厚度、循環(huán)泥漿性能指標(biāo)符合質(zhì)量要求，終孔后應(yīng)進(jìn)行清孔。在完成鉆孔灌注樁施工后，需要結(jié)合長螺旋施工工藝完成施工操作。長螺旋引孔旋挖鉆清孔施工原理是利用長螺旋鉆機(jī)先鉆到入巖標(biāo)高，再由旋挖鉆機(jī)清孔鉆進(jìn)至設(shè)計標(biāo)高，克服長螺旋不能入巖，旋挖鉆成孔取土慢這一特點，長螺旋引孔鉆進(jìn)過程中，對樁周圍土擠壓，達(dá)到護(hù)壁效果，并且24小時施工，再由旋挖鉆至入巖設(shè)計標(biāo)高而成樁。當(dāng)長螺旋鉆孔深度達(dá)到入巖時，提鉆由旋挖鉆至設(shè)計標(biāo)高。

3.3 鋼筋籠制作與安裝

該車站施工項目采用兩套滾焊機(jī)進(jìn)行加工鋼筋籠，在35 倍鋼筋直徑范圍內(nèi)，鋼筋連接處的節(jié)點數(shù)量不超過鋼筋數(shù)量的50%。C 型樁鋼筋籠主筋采用26根HRB400C25 鋼筋，箍筋采用HRB400Φ14@100，內(nèi)側(cè)設(shè)置HRB400C20@2000 的加強(qiáng)箍筋。圖2 為鋼筋籠配筋示意。

下料時，主筋應(yīng)符合設(shè)計長度，加強(qiáng)筋應(yīng)準(zhǔn)確加工，使其尺寸與鋼筋籠的直徑相匹配，并在加固筋上明確標(biāo)明主筋的位置，各主筋應(yīng)與加固筋所標(biāo)明的節(jié)點點焊，鋼筋籠構(gòu)架成型后，應(yīng)按設(shè)計間隔將箍筋與加固筋之間的距離進(jìn)行焊接。鋼筋凈保護(hù)層厚度70 mm，護(hù)壁環(huán)自冠梁底開始布置，每隔3 m 布設(shè)一道，每道安裝4 個，均勻分布。表3 為鋼筋加工及安裝質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)。

表3 鋼筋加工及安裝質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)記錄

鋼筋籠采用一臺50 t 汽車吊整體吊裝。樁位成孔及鋼筋籠制作完畢后，在鋼筋籠吊裝前要進(jìn)行驗收。

4 加固效果分析

在結(jié)合上述論述內(nèi)容，完成對結(jié)構(gòu)的加固后，為驗證該加固技術(shù)的應(yīng)用可行性，對加固效果進(jìn)行分析。首先，針對鋼筋加工及安裝質(zhì)量進(jìn)行驗證，通過對各個檢驗項目按照其對應(yīng)的檢驗方法進(jìn)行驗收，記錄測定得到的實際數(shù)值，并將該數(shù)值與對應(yīng)的允許誤差對比，若實際數(shù)值在允許誤差范圍內(nèi)，則說明質(zhì)量合格。將測定的結(jié)果記錄見表4。

表4 結(jié)構(gòu)加固技術(shù)應(yīng)用質(zhì)量效果驗證

分析表4 可知，應(yīng)用上述結(jié)構(gòu)加固技術(shù)鋼筋加工及安裝的過程中，各項質(zhì)量驗收項目的測定結(jié)果均控制在了允許范圍內(nèi)，初步證明該結(jié)構(gòu)加固技術(shù)的可行性，能夠滿足施工質(zhì)量要求。在此基礎(chǔ)上，對加固后的支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行分析，采用穩(wěn)定性系數(shù)，作為衡量支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的量化指標(biāo)。穩(wěn)定性系數(shù)的計算公式為：

式中，K 表示穩(wěn)定性系數(shù)；Epk表示支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)被動土壓力合理標(biāo)準(zhǔn)值；zp2表示支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)被動土壓力合理作用點到支護(hù)結(jié)構(gòu)底端距離；Eak表示支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)被動土壓力合理標(biāo)準(zhǔn)值；za2表示支護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)被動土壓力合理作用點到支護(hù)結(jié)構(gòu)底端距離。

通過式（3）計算得出的穩(wěn)定性系數(shù)K，按照該地鐵施工項目的要求，取值不得小于1.25，高于該數(shù)值，則說明支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性極高，滿足地鐵施工目標(biāo)條件；對于該數(shù)值，則說明支護(hù)結(jié)穩(wěn)定性較低，無法滿足地鐵施工目標(biāo)條件。根據(jù)上述論述，將應(yīng)用新的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)前后的支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果記錄如表5 所示。

表5 結(jié)構(gòu)加固技術(shù)前后支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)

分析表5 可知，在應(yīng)用本文上述提出的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)前，只有編號為ZH-#01 的測點上支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)計算結(jié)果符合上述不小于1.25 的規(guī)定，而其余各個測點的支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)均小于該數(shù)值。在應(yīng)用本文上述提出的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)后，各個測點的支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性系數(shù)均達(dá)到了2.00 以上，充分滿足上述條件要求。因此，通過上述得出的結(jié)果可以充分證明，應(yīng)用新的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)后地鐵施工中支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到顯著提升，進(jìn)而促進(jìn)了地鐵施工整體穩(wěn)定性的提高。

結(jié)束語

本文上述以濟(jì)南地鐵四號線唐冶南站施工項目為依托，對其支護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行了全面監(jiān)測，并提出了一種全新的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)。通過對加固效果分析，實現(xiàn)了對該技術(shù)應(yīng)用可行性的驗證。在具體施工中，需要嚴(yán)格按照本文上述操作進(jìn)行施工，規(guī)劃好施工機(jī)械在施工現(xiàn)場的行走路線，開辟出適當(dāng)?shù)墓ぷ髅?，做好施工區(qū)域周邊的臨邊防護(hù)和安全巡視，確保安全技術(shù)管理到位，強(qiáng)化安全技術(shù)交底的編制和培訓(xùn)，對外部施工隊伍進(jìn)行嚴(yán)格的安全生產(chǎn)管理，確保施工安全性進(jìn)一步提高。