淺談?dòng)弭斳囌?、4號出入口暗挖段下穿渝魯大道設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)控制措施

張 望

(中鐵隆工程集團(tuán)有限公司， 四川成都 610035)

重慶軌道交通部分明挖車站敷設(shè)于市政道路一側(cè)，考慮到居民出行方便，常在道路另外一側(cè)設(shè)置出入口，通過下穿市政道路的過街通道與車站相連；考慮到重慶地形及交通情況，很多市政道路交通不能導(dǎo)改或中斷，只能選擇暗挖；由于車站明挖工法，自身埋深淺，導(dǎo)致過街通道頂部覆蓋層??；同時(shí)由于很多地方的市政道路都是城市改造過程回填而成，過街通道洞頂、洞身甚至洞底都處于回填土中，過街通道暗挖下穿這些市政道路的回填土區(qū)域時(shí)，結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)非常大，本工程通過在設(shè)計(jì)階段采取了合理的風(fēng)險(xiǎn)控制措施最大程度的降低了工程風(fēng)險(xiǎn)，對本工程成功的實(shí)施起到了關(guān)鍵性作用，為重慶軌道交通以后建設(shè)中遇到出入口下穿市政主干道下方回填土區(qū)域設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)和借鑒意義。

1 工程概況

重慶軌道交通環(huán)線渝魯站位于渝北區(qū)，渝魯大道東側(cè)，呈南—北走向。北端為竇家花園立交橋匝道，南端為沖壓廠高架橋，東西兩側(cè)均為魯能星城居住區(qū)。3號出入口敞口段位于位于渝魯站西側(cè)，通過下穿渝魯大道過街通道連接車站主體，3號出入口采用明暗挖結(jié)合開挖方式施工，3號出入口全長95 m，其中明挖段長24 m，暗挖段長71 m，下穿渝魯大道段53.6 m；4號出入口敞口段同樣位于渝魯大道西側(cè)，主要服務(wù)于渝魯大道西側(cè)居民，出入口全長104 m，明挖段長56.9 m，暗挖段全長47.1 m，且暗挖段下穿渝魯大道。出入口暗挖段均為直墻拱形斷面，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，采用暗挖法施工，3號、4號出入口總平面圖見圖1。

圖1 出入口總平面

渝魯大道向南連接黃花園大橋，向北連接江北機(jī)場，雙向六車道，是重慶東交通大動(dòng)脈，是非常重要的東城市主干道，車流量非常大，施工時(shí)不能中斷，不能占道，因此出入口在設(shè)計(jì)過街通道時(shí)只能采取暗挖，為減小工程風(fēng)險(xiǎn)與建筑專業(yè)緊密配合，盡量滿足建筑功能前提條件下，過街通道的開挖斷面壓縮至8.44 m，增大拱頂埋深。

2 地質(zhì)情況

渝魯站3號出入口暗挖段：洞軸走向279 °，與構(gòu)造線走向小角度(31 °)斜交。該段原始地貌為丘陵斜坡，經(jīng)人工改造后，該段地形總體較平坦，地質(zhì)構(gòu)造條件簡單，沿線無斷層通過，場地穩(wěn)定。巖層傾角平緩，上覆土層主要為素填土，土層厚度3.10～5.10 m，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組砂質(zhì)泥巖與砂巖，地下水以基巖裂隙水為主。3號出入口地質(zhì)縱剖面見圖2。

圖2 3號出入口地質(zhì)縱剖面

渝魯站4號出入口過街段，洞軸走向279 °，與構(gòu)造線走向小角度(31 °)斜交。該段原始地貌為丘陵斜坡，經(jīng)人工改造后，該段地形總體較平坦，地質(zhì)構(gòu)造條件簡單，沿線無斷層通過，場地穩(wěn)定。巖層傾角平緩，上覆土層主要為素填土，土層厚度9.20～17.70 m，下伏基巖為侏羅系中統(tǒng)沙溪廟組砂質(zhì)泥巖夾薄層砂巖，地下水以孔隙水和基巖裂隙水為主。采用鉆爆法施工，通道跨度8.30 m，通道高6.30 m，隧道埋深約5.20 m，通道基本全部位于素填土中，隧道圍巖基本分級為Ⅴ級風(fēng)險(xiǎn)源情況，渝魯站4號出入口的地質(zhì)縱剖面見圖3。

圖3 4號出入口地質(zhì)縱剖面

從3號、4號出入口地質(zhì)縱剖面可以看出，3號出入口洞身全部位于4號中風(fēng)化圍巖中，但是局部約26 m長洞頂處于回填土中；4號出入口相對3號出入口來說地質(zhì)情況較差，基本洞身全部處于回填土中，且部分地段仰拱也處于回填土中，在靠近右側(cè)隧道拱頂山上方有1根DN1000的雨水管和1根DN2000的排水管，風(fēng)險(xiǎn)較大。

根據(jù)勘察報(bào)告，3號、4號出入口場地回填土為人工填土，主要由城區(qū)開發(fā)建設(shè)回填形成，大部分未經(jīng)夯實(shí)、碾壓處理，均勻性差、級配差。

3 針對風(fēng)險(xiǎn)的設(shè)計(jì)措施

經(jīng)梳理，3號、4號出入口暗挖段風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)主要有以下五處；(1)3號出入口下穿渝魯大道回填土段(2)3號出入口下穿渝魯大道巖層段(3)4號出入口下穿渝魯大道回填土段(4)4號出入口下穿雨水管和污水管段(5)4號出入口仰拱處于回填土段，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源分類該五處的風(fēng)險(xiǎn)源等級應(yīng)為一級。針對上述的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行了專門針對性設(shè)計(jì)。

3.1 3號出入口下穿渝魯大道回填土段

該段全長26.6 m，拱頂最淺埋深7.4 m，拱頂以上全部為回填土。洞身基本處于中風(fēng)化巖層中；該段開挖最大跨度為8.44 m，高度6.55 m；該段采用CD法，中間設(shè)置中隔壁；初期支護(hù)采用工字鋼22a，間距0.5 m；設(shè)置T76自徑式管棚+單排超前小導(dǎo)管。支護(hù)斷面圖見圖4。

圖4 支護(hù)斷面(單位：mm)

3.2 3號出入口下穿渝魯大道巖層段

該段全長23.2 m，拱頂圍巖厚度在塌落拱1倍高度(約3.6 m)以上，圍巖為砂巖和砂質(zhì)泥巖互層層，Ⅳ級圍巖；該段開挖最大跨度為8.44 m，高度6.55 m，該段采用臺(tái)階法；該段同樣要下穿渝魯大道，初期支護(hù)采用工字鋼22a，間距0.5 m；單排超前小導(dǎo)管超前支護(hù)。支護(hù)斷面圖如圖5。

圖5 支護(hù)斷面(單位：mm)

3.3 號出入口下穿渝魯大道回填土段

該段全長30 m，拱頂最淺埋深5.9 m，拱頂以上全部為回填土。洞身基本處于中風(fēng)化巖層中；該段開挖最大跨度為8.44 m，高度6.69 m；該段采用CD法，中間設(shè)置中隔壁；初期支護(hù)采用工字鋼22a，間距0.5 m；設(shè)置φ108 mm大管棚+單排超前小導(dǎo)管。支護(hù)斷面圖見圖6。

圖6 支護(hù)斷面(單位：mm)

3.4 4號出入口下穿雨水管和污水管段

該段全長10.5 m，上方非渝魯大道主干道，但是也處于渝魯大道進(jìn)小區(qū)車行道上；該段出入口拱頂上方有DN1000雨水管和DN1000污水管，管道埋深3 m，距出入口拱頂上方垂直距離約3 m，該段拱頂全部處于回填土中，考慮到地下污、雨水管埋深較深，距離隧道頂較近且位于填土段，為確保隧道開挖時(shí)管線安全，對管線范圍進(jìn)行地表注漿加固處理。注漿加固采用鉆孔注漿+旋噴樁結(jié)合方式，加固范圍沿隧道縱向長12 m,橫向14 m,深度約12 m。旋噴樁采用直徑600 mm,間距450 mm,咬合設(shè)置，鉆孔注漿管間距1.5 m，有效擴(kuò)散半徑1.2 m,梅花形布置。開挖工法、初期支護(hù)和超前支護(hù)同4號出入口 下穿渝魯大道段(圖7、圖8)。

圖7 地層加固平面(單位：mm)

圖8 地層加固剖面(單位：mm)

3.5 4號出入口仰拱處于回填土段

該段全長26 m，該段的大部分處于渝魯大道下方，洞身、拱頂全部處于回填土中，拱底以下回填土深度約2.1～5.7 m，由于開挖風(fēng)險(xiǎn)很大，底部不能擴(kuò)挖換填，因此只能采取對地基進(jìn)行加固處理，基底設(shè)置邁式微型樁φ76 mm注漿錨桿，微型樁打設(shè)至中風(fēng)化巖下1 m (環(huán)縱間距1 m×1 m ),樁長3～6 m(圖9)。

圖9 微型樁斷面(單位：mm)

其他輔助措施：

(1)在渝魯大道車行道上鋪設(shè)20 mm鋼板。

(2)各土層斷面仰拱臨時(shí)封閉。

(3)嚴(yán)禁爆破，采用機(jī)械式開挖。

(4)短進(jìn)尺，每循環(huán)開挖長度不大于鋼架間距等。

對以上風(fēng)險(xiǎn)源中最危險(xiǎn)地段即4號出入口仰供處于回填土段進(jìn)行了數(shù)值模擬計(jì)算，結(jié)果見圖10～圖12。

圖10 X方向位移

圖11 Y方向位移

圖12 地表沉降

經(jīng)計(jì)算，Z方向位移8 mm，X方向位移1.8 mm，地表最大沉降為5 mm，滿足風(fēng)險(xiǎn)源沉降要求。

根據(jù)第三方監(jiān)測單位提供數(shù)據(jù)，在4號出入口施工過程中，洞內(nèi)最大的收斂值為3 mm，地表沉降最大值為13 mm，洞內(nèi)收斂值小于理論計(jì)算值，地表沉降值大于計(jì)算值，但都符合規(guī)范要求。地表沉降值偏大，主要是計(jì)算模擬時(shí)地質(zhì)條件的輸入情況與實(shí)際情況有出入，施工時(shí)正處于雨季，因此地表沉降值偏大屬于正?，F(xiàn)象。

4 結(jié)論及建議

3號、4號出入口下穿渝魯大道回填土區(qū)為重慶軌道環(huán)線重大風(fēng)險(xiǎn)源之一，在設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)地勘、現(xiàn)場實(shí)際情況，結(jié)合重慶本地一些經(jīng)驗(yàn)做法，采取了合理的設(shè)計(jì)措施，確保設(shè)計(jì)階段將本工程風(fēng)險(xiǎn)降到最低，在實(shí)際的實(shí)施工程中嚴(yán)格要求施工單位按照圖紙實(shí)施，根據(jù)筆者的分析，總結(jié)了以下幾條設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)控制措施供重慶車站附屬暗挖下穿市主干道中相同地質(zhì)提供參考：

(1)設(shè)計(jì)階段盡量在滿足建筑功能的前提條件下，盡量將斷面寬度縮小，高度降低，盡量增大埋深，減小開挖跨度。

(2)為滿足在初期支護(hù)中有足夠剛度，建議選取型鋼鋼架，鋼架型號根據(jù)開挖斷面進(jìn)行選擇，宜用[20a～[22a，間距0.5～0.75 m。

(3)超前支護(hù)應(yīng)選擇承重性能較強(qiáng)，剛度大的大管棚，為避免做管棚室挑高斷面，增大風(fēng)險(xiǎn)，如果一次打設(shè)管棚長度小于穿越長度，剩余地段可采用T76自進(jìn)式中管棚。為防止管棚之間土體掉塊，建議增設(shè)一排超前小導(dǎo)管，在土層中，砂漿錨桿的作用有限，超前小導(dǎo)管可代替土層錨桿作用。

(4)本工程出入口開挖跨度一般在8.4 m，選擇了CD法，中間增設(shè)豎向支撐，減少每次開挖跨度，減小受力跨度，大大增加了安全性。雖然增加了施工難度，但施工方選擇小機(jī)械作業(yè)是能夠?qū)嵤┑摹?/p>

(5)有些地段隧道底部處于回填土中，拱腳是不能承受較大的荷載，這時(shí)仰拱臨時(shí)封閉非常重要，能較大程度解決拱腳處的差異沉降。

(6)回填土中下穿重力管線時(shí)，為減小沉降，確保管線安全，應(yīng)從地表注漿加固管線周圍土層，注漿采用水泥漿；但考慮到重慶填土均為拋填，土層的顆粒間隙較大，漿液流失大，應(yīng)在土層四周打設(shè)旋噴咬合樁防止?jié){液損失。

(7)暗挖隧道仰拱下方如果有回填土，該回填土的承載力比較低，無法滿足地基承載力要求，需要對地基進(jìn)行處理，考慮到工程風(fēng)險(xiǎn)和經(jīng)濟(jì)合理性建議仰拱底部打設(shè)微型樁且對地層進(jìn)行注漿加固，樁底嵌入巖層，微型樁采用邁式直徑150注漿錨桿。

(8)工程設(shè)計(jì)時(shí)設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)是否得到控制，最終還是要看施工單位是否完全按照設(shè)計(jì)圖紙實(shí)施，所以施工配合非常關(guān)鍵，如果現(xiàn)場沒有按照設(shè)計(jì)圖紙實(shí)施，則應(yīng)要求立即停止施工，整改通過為止；關(guān)系到工程的成敗，任何細(xì)節(jié)都不能疏忽。