某地鐵沿公路暗挖區(qū)間施工風(fēng)險(xiǎn)與處理措施

沙原亭

1 工程概況

1.1 工程位置及范圍

沈陽地鐵一號線一期工程張士站—沈新路站區(qū)間隧道的起點(diǎn)DK0+224.5,終點(diǎn)里程為DK1+438.90,區(qū)間左線長1 205.8 m(短鏈9.22 m),右線長1 214.40 m。本區(qū)間起于張士站東端,沿開發(fā)大路向東前行,在遼寧金帝建設(shè)集團(tuán)股份有限公司第二建筑工程公司材料供應(yīng)處前,線路略向右偏,后折向北,穿越外運(yùn)公司進(jìn)入開發(fā)大路,沿開發(fā)大路至沈新路站。

1.2 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)

1)工程地質(zhì)。根據(jù)詳勘鉆探揭示,本區(qū)間勘察深度范圍內(nèi)的地層有第四系全新統(tǒng)人工堆積層第四系全新統(tǒng)渾河高漫灘及古河道沖積層第四系全新統(tǒng)渾河新扇沖洪積層第四系上更新統(tǒng)渾河老扇沖洪積層第四系中更新統(tǒng)沖洪積層2)水文地質(zhì)。區(qū)間地下水含水層分兩層：上部含水層為中～粗砂、礫砂層,屬孔隙潛水;下部含水層屬孔隙承壓水,水位變化約2 m。上、下兩層水有水力聯(lián)系。工作區(qū)地下水徑流條件良好,主要含水層滲透性強(qiáng),徑流通暢,因一標(biāo)段位于鐵西段張士大漏斗范圍內(nèi),沈新路以東地下水補(bǔ)給從東北向西南補(bǔ)給,張士站以西地下水由西南向東北補(bǔ)給,在一標(biāo)段范圍內(nèi)地下含水層厚度最大,是地鐵一號線全線降水最難的標(biāo)段。地層滲透系數(shù)在50 m/d～180 m/d,地下水主要由渾河側(cè)向滲流及大氣降水為補(bǔ)給來源。不良地質(zhì)水文表現(xiàn)為地下水滲透,徑流作用下對地層產(chǎn)生擾動,影響地層穩(wěn)定和地表沉降。

2 工程特點(diǎn)、難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)分析

2.1 工程特點(diǎn)

1)張士站—沈新路站區(qū)間位于開發(fā)大道下,橫穿四個路口：昆明湖街、燕塞湖街及沈新路,交叉路口多;道路兩側(cè)附近多為重工企業(yè),車輛的進(jìn)出對區(qū)間的施工干擾大。2)該區(qū)間起點(diǎn)地下管道密集,縱橫交錯,并且多為混凝土管,年代久遠(yuǎn),直徑從300 mm～1 400 mm不等,橫向排水管約為10道,縱向排水管約為12道,所有的管線埋設(shè)基本上在線路正上方或稍偏,安全隱患最大的是在區(qū)間隧道正上方的雨水管和排污管道,如果這些管道漏水,將會直接影響到地下隧道的施工。3)2號豎井所在位置區(qū)間隧道正上方有一暗渠橫跨左右線,并且在DK1+178處有一鐵路專用線橫跨隧道上方,是該標(biāo)段施工中的一個顯著特點(diǎn)。4)區(qū)間斷面基本都處于飽和中砂層,區(qū)間的底部有一部分處在粉質(zhì)黏土層,飽和,中密～密實(shí)。在砂層中施工如果降水不到位,施工時極易造成涌泥、涌砂和塌頂?shù)取?)降水工程與其他城市地鐵相比具有不同的特點(diǎn),該標(biāo)段所處地勢為沈陽地鐵一號線一期工程全線最低段,地下水位僅5.0 m,降水難度相當(dāng)大。

2.2 難點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)分析

1)控制地面的變形與沉降。在沈陽施工地鐵還是首次,從地質(zhì)資料顯示出沈陽地鐵所處的地層基本上為砂層,而且地下水豐富,在施工區(qū)間時就要先降水,從降水圖紙上分析區(qū)間每天的出水量為十幾萬立方米,如此大量的水從地下抽排出來,必然會引起地表的下沉,如何控制地面的下沉和變形是本工程的難點(diǎn)。2)降水工程。沈陽地下水豐富且埋深較淺,地層為中、粗砂層,地層滲透系數(shù)最大達(dá)180 m/d,設(shè)計(jì)資料上顯示,區(qū)間按300 m長度進(jìn)行降水計(jì)算,初期排水量為148 185 m3/d,后期降水量為 58 275 m3/d,設(shè)計(jì)上的降水井深度是24 m,井徑 800 mm,井身采用φ 426的無砂管,如此大的降水工程在其他城市地鐵中是從來沒有過的,而且城市現(xiàn)有的排水管網(wǎng)根本就無法滿足排水的需要,降排水工程是本工程的又一重難點(diǎn)。3)防水施工。地下工程的防水一直是地下工程中的難點(diǎn),從目前的地下工程施工情況來看,大多數(shù)城市地下防水做完后效果都不是太理想,特別是施工縫和變形縫處的防水。我部施工的沈陽地鐵一標(biāo)段的防水等級為二級,即二襯混凝土施工完后,在混凝土的表面不允許有滲漏現(xiàn)象,克服這一防水施工的難題是地下工程施工中的重點(diǎn)。4)平穩(wěn)安全地通過砂層。該地鐵所處地層為中粗砂層,部分地段隧道底部在黏土層中,且地下水豐富,這樣的地質(zhì)條件很差,掌子面很容易失穩(wěn),隨時都有可能造成塌方,一旦出現(xiàn)塌方,很快就會形成大面積塌漏甚至到達(dá)地面,破壞路面結(jié)構(gòu),造成行車事故,平穩(wěn)安全地過砂層也是本工程一大難點(diǎn)。

3 隧道沿公路技術(shù)措施

3.1 隧道施工設(shè)計(jì)

隧道采用暗挖法施工,馬蹄形斷面,復(fù)合襯砌,線間距13 m,線路呈“V”形坡,隧道結(jié)構(gòu)底最大埋深19.634 m(覆土厚度13.184 m),最小埋深13.524 m(覆土厚度7.074 m),平均埋深16.580 m。區(qū)間采用礦山暗挖法施工,采用超前小導(dǎo)管注漿,初期支護(hù)格柵鋼架和網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù),噴射混凝土厚度為300 mm,二襯采用厚度為300 mm的C30 S8防水混凝土。

3.2 洞內(nèi)設(shè)計(jì)及處理措施

1)施作工作井及橫通道。區(qū)間設(shè)置1號,2號兩處施工豎井及橫通道,豎井井口為矩形斷面,凈空尺寸為6 m×4.6 m,其中1號豎井及橫通道位于區(qū)間線路左側(cè)。采用短臺階法開挖,設(shè)臨時鋼管支撐,采用φ 42超前小導(dǎo)管注漿,初期支護(hù)采用格柵鋼架網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù),噴射混凝土厚度為300 mm,該豎井及橫通道不設(shè)二次襯砌;2號豎井及橫通道位于區(qū)間線路右側(cè),采用短臺階法開挖,復(fù)合式襯砌,采用φ 42超前小導(dǎo)管注漿,初期支護(hù)采用格柵鋼架網(wǎng)噴聯(lián)合支護(hù),噴射混凝土厚度為300 mm,區(qū)間的排水泵站設(shè)置在2號豎井及橫通道內(nèi)。2)結(jié)構(gòu)防水。結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)遵循“以防為主、剛?cè)嵯酀?jì)、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原則。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水,并輔以柔性全包防水層的防水體系。多道防線并重,施工縫(包括后澆帶)、變形縫等接縫為防水重點(diǎn)。變形縫寬度宜為20 mm,在車站與區(qū)間分界處設(shè)置變形縫,變形縫采用35 cm寬中埋式橡膠止水帶、35 cm寬背貼式止水帶進(jìn)行防水處理,并根據(jù)變形縫位置在側(cè)墻結(jié)構(gòu)內(nèi)表面預(yù)留凹槽,設(shè)置鍍鋅鋼板接水盒。防水混凝土應(yīng)盡可能連續(xù)澆筑,減少施工縫。

3.3 施工技術(shù)措施

1)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。采用打超前小導(dǎo)管和作探孔的方法進(jìn)行超前地質(zhì)探測。探測孔呈梅花形布置,空間距為2 m,每個探測孔深度為5 m,每開挖2 m對前方地質(zhì)進(jìn)行一次探測,要始終保持對前方地質(zhì)3 m的探測長度。2)加強(qiáng)超前支護(hù)。超前支護(hù)對保證暗挖施工安全具有決定性意義。在進(jìn)行施工時,采用加密超前導(dǎo)管,管長2.5 m,環(huán)線間距由 30 cm變?yōu)?0 cm;每循環(huán)一排設(shè),注水泥、水玻璃雙液漿作加固地層處理。必要時在開挖前全斷面排設(shè)超前注漿管,梅花形布設(shè),因此注漿參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及時進(jìn)行調(diào)整。3)加強(qiáng)初支背后回填注漿。初支背后回填注漿采用全方位回填方案,注漿時必須嚴(yán)格控制注漿壓力在0.2 MPa～0.5 MPa之間,如漿液擴(kuò)散效果不理想,可采取加密回填管的措施進(jìn)行處理,不得提高注漿壓力,防止結(jié)構(gòu)變形。4)加強(qiáng)監(jiān)測量控。監(jiān)控量測分為洞內(nèi)和地面兩部分：洞內(nèi)監(jiān)測項(xiàng)目有初支拱頂下沉、凈空收斂、鋼筋應(yīng)力、初支與圍巖接觸應(yīng)力,拱頂下沉和凈空收斂監(jiān)測點(diǎn)布設(shè)如圖1所示。地面主要監(jiān)測沿隧道附近地下管線、地表沉降及隧道影響范圍內(nèi)地面構(gòu)筑物沉降情況。地面橫斷面沉降測點(diǎn)布設(shè)圖及線縱向地表歷時曲線圖如圖2,圖3所示。

4 結(jié)語

通過以上技術(shù)措施,取得了很好的效果：隧道沿公路施工順利完成,隧道拱頂下沉量最大為10 mm,凈空收斂4.3 mm,公路最大沉降量為6.6 mm,確保了施工期間公路的正常使用和工程本身的安全,取得了較好的經(jīng)濟(jì)與社會效益,總結(jié)得出該施工形成的參數(shù)及其分析方法,為全面分析效果開挖判定條件提供了科學(xué)依據(jù),可供類似工程參考。

[1] GB 50299-1999,地下鐵道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[2] 關(guān)寶樹.隧道工程施工要點(diǎn)集[M].北京：人民交通出版社,2006.

[3] 林宗元.巖土工程試驗(yàn)監(jiān)測手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社,2005.

[4] 王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M].合肥：安徽教育出版社,2004.