李志華 李文 陳磊 劉寶林

(1.上海天佑工程咨詢有限公司，上海 200000； 2.武漢市車都軌道交通有限公司，武漢 430056； 3.華中科技大學 土木工程與力學學院，武漢 430074)

地鐵隧道聯(lián)絡通道初支變形風險控制技術研究

李志華1李文2陳磊3劉寶林3

(1.上海天佑工程咨詢有限公司，上海 200000； 2.武漢市車都軌道交通有限公司，武漢 430056； 3.華中科技大學 土木工程與力學學院，武漢 430074)

在地鐵隧道建設中，常在上下行隧道中間段設置聯(lián)絡通道。聯(lián)絡通道的設置增加了隧道的安全系數(shù)，因此也稱為“逃生通道”。聯(lián)絡通道通常在主體隧道完成后施工，一定程度上會對主體隧道和周圍的環(huán)境產生影響。施工中常將廢水泵房與聯(lián)絡通道的合并進行，而泵房的設計相對保守，施工工藝受空間所限，也更容易造成風險。因此，采取有效措施確保開挖安全顯得至關重要。本文以武漢地鐵某區(qū)間隧道聯(lián)絡通道初支變形風險處理為例，使用回填反壓、初支加固、底板加快施工的方法，為類似工程積累風險控制技術。

聯(lián)絡通道；廢水泵房；初支變形；風險控制

1 引言

在隧道開挖施工中，隧道出現(xiàn)變形開裂是常見的現(xiàn)象。有關調查資料顯示，日本有40%的隧道產生過變形；譚玉蘭、高波曾對200多座鐵路運營隧道進行了病害調查，發(fā)現(xiàn)隧道變形開裂是隧道第一大病害，占總數(shù)的41%[1]。周德培等對運營隧道襯砌開裂病害進行了理論方面的研究，分析了作用在隧道襯砌上的壓力隨時間的變化規(guī)律和壓力對襯砌作用方式的變化，并采用模型試驗進行了驗證[2,3]。隧道變形的原因很多，大部分是由于多種原因綜合作用的結果，主要原因有：支撐不當，塑性壓力[4]、圍巖松動、偏壓、滑坡、地震、圍巖凍結、水壓、列車振動、鄰近施工、地基下沉和襯砌材料劣化等。

由于在地鐵建設中常采用“高站位，低區(qū)間”的方法，中間段通常也為線路最低處[5,6]。而聯(lián)絡通道一般都在隧道中部，通常和廢水泵房合并進行，廢水泵房一般有效容積設計過大，通常需在聯(lián)絡通道開挖完成后，對聯(lián)絡通道的變形會產生較大的影響。而防止隧道變形措施主要依靠工程經(jīng)驗和工程類比，如在開挖前進行地基加固，二次加固[7]等措施。因此，積累變形風險控制技術十分重要。本文以武漢地鐵某區(qū)間隧道的聯(lián)絡通道初支變形為例，介紹了相關處理技術，為類似工程提供了可參考的經(jīng)驗。

2 工程概況

2.1 某區(qū)間隧道位置

某區(qū)間隧道為某市軌道交通一期工程，設計范圍為：右DK6+627.400～右DK7+784.300,左DK6+627.400～左DK7+784.300，其中右線長1 156.900m，左線長1 156.813m(短鏈0.087m)。本區(qū)間整體呈南北走向，沿龍陽大道路側敷設，區(qū)間線間距為14～15m，線路平面最小曲線半徑為1 000m，最大縱坡為15.0‰。區(qū)間采用盾構法施工，結構覆土厚度在10.22～14.87m，在里程右DK7+191.750處設一個聯(lián)絡通道(與廢水泵房合建)，區(qū)間環(huán)境作用等級：I-B。線路兩側分布有陶園社區(qū)等單位，區(qū)間隧道在龍陽大道下穿行，與道路兩側建筑物距離一般大于2倍洞徑。上方主要管線有電力、路燈、紅綠燈、自來水管、六個電力變壓器室。區(qū)間平面布置示意如圖1所示。

圖1 四王區(qū)間平面布置

2.2 場地工程地質構成

區(qū)間地貌單元屬長江沖積Ⅲ級階地，沿線地勢相對平坦，地面高程在22～23m之間，相對高差1m。區(qū)間隧道穿越地層主要為：(10-2)粉質粘土層，(10-3)粘土層。各地層描述如下：(10-2)粉質粘土層：褐黃～棕紅色，硬塑狀態(tài)、低壓縮性，含少量灰白色高嶺土及大量鐵、錳質氧化物及其結核，角礫含量10%～20%，局部地段達25%，礫徑20～30mm，呈棱角、次棱角狀，母巖為泥巖、砂巖。局部有可塑的粘土。層頂埋深4～11.4m，層厚1.1～33.2m。(10-3)粘土層：褐紅～灰白色，硬塑狀態(tài)，含鐵錳質結核及團塊狀高嶺土(局部富集)，局部夾少量碎石，低壓塑性，均有分布。層頂埋深9～19.7m，層厚1.3～15.5m。擬建場地內的地下水有上層滯水、基巖裂隙水及巖溶裂隙水三種類型。(1)上層滯水主要存于人工填土(Qml)層，無統(tǒng)一自由水面，大氣降水、地表水和生產、生活用水滲入是其主要的補給來源?？辈炱陂g測得其穩(wěn)定水位埋深為地面下1.6～4.1m。(2)基巖裂隙水主要分布于下伏基巖(17C)炭質泥巖、(20A)泥質砂巖、(20C)泥巖等地段。補給方式主要由上覆含水層下滲補給，其次為有裂隙連通性較好之基巖直接出露于周邊地表水體接收地表水補給。(3)巖溶裂隙水主要賦存于(16)泥灰?guī)r、(18A)石灰?guī)r裂隙或溶洞中，因石灰?guī)r頂部一般有較厚的粘土隔水層，大氣降水不易滲入補給地下水，以接受相鄰基巖的裂隙水補給為主，由此判定巖溶裂隙水水量較小。

3 聯(lián)絡通道施工及變形險情

3.1 聯(lián)絡通道施工方案要點

聯(lián)絡通道施工在保證施工安全的基本條件下，整個施工過程都應圍繞著不影響盾構掘進的原則合理安排施工工序，采取可靠施工措施、做好現(xiàn)場安全文明工作，以確保聯(lián)絡通道順利完成。在施工中有以下要點[8]需注意：

(1)施工前要做好聯(lián)絡通道施工前預先進行探水試驗，了解該處圍巖的裂隙發(fā)育情況及是否富含地下水。了解聯(lián)絡通道上方是否有地質鉆孔，地質鉆孔是否已經(jīng)用水泥漿封住，如沒有則需在施工前把它封好。施工前先在聯(lián)絡通道洞門前后3環(huán)注雙液漿止水，待止水效果理想方可破洞。

(2)洞口開挖前止水，是聯(lián)絡通道施工成功的關鍵環(huán)節(jié)。由于聯(lián)絡通道開挖斷面較小，考慮初期支護及洞周收斂的需要，開挖斷面宜在設計輪廓線外放寬50mm，確保二襯凈空尺寸。事先在聯(lián)絡通道開挖輪廓線外圍3～5m范圍內進行注雙液漿止水(水灰比1:1、水:水玻璃3:1(重量比)；水泥漿：水玻璃1:1，具體配比根據(jù)現(xiàn)場試配確定)，檢查注漿止水效果是否理想，決定其是否破洞口進洞開挖。

(3)開挖前應進行超前小導管支護，開挖循環(huán)進尺宜為錨桿的縱向間距，一次循環(huán)開挖進尺宜控制在1m以內。

(4)嚴格控制聯(lián)絡通道開挖的中線和水平標高，開挖輪廓要圓順，避免過量超挖，但要充分考慮施工誤差及預留變形。

聯(lián)絡通道的施工流程如圖2所示。

圖2 聯(lián)絡通道的施工流程圖

3.2 初支變形險情

2014年9月25日，四王區(qū)間聯(lián)絡通道上臺階土方開挖，開挖過程中，通道內存在滲水情況。上臺階開挖完成后，初支后拱頂滲水量較大，為減少滲水，在初支背后進行注漿加固，如圖3所示。

圖3 拱頂注漿加固

經(jīng)過注漿處理，拱頂滲水量明顯變小，開始進行下臺階土方開挖。10月28日，下臺階土方基本開挖完成，聯(lián)絡通道施工如圖4所示。

圖4 聯(lián)絡通道開挖完成

此后兩天由于下雨，拱頂滲水量又變大。10月30日，在未進行施工二襯及澆筑底板的情況下，進行泵房土方開挖，初始開挖時無明顯結構變形。但在下午3點左右，在無明顯征兆的情況下，開挖的過程中聯(lián)絡通道右側下部泵房處初支發(fā)生踢腳破壞情況，如圖5所示。

圖5 初支踢腳破壞

分析現(xiàn)場情況后，確定本次聯(lián)絡通道初支變形的主要原因是：該處地層處于10-3粘土及13-2殘積土中，遇水土層自穩(wěn)性變差，隨著泵房土方開挖，通道側墻初支懸空加大，導致初支變形較大，最終發(fā)生踢腳破壞。

4 施工控制及變形分析

4.1 回填反壓措施

回填反壓是在泵房內側留置一定土方以增加被動土壓力，使得泵房土體變得穩(wěn)定。預留反壓土是一種行之有效的降低支護結構位移和內力的方法，相對與其它支護形式，可增強治理的效果，減少工程量，節(jié)省治理費用[9]。

為減少泵房內部土體結構位移與內力，控制踢腳進一步破壞，采用回填反壓的措施對泵房踢腳處進行變形控制，從隧道外運送大量沙袋到隧道內，對泵房開挖處進行回填，施工如圖6所示。

圖6 泵房回填反壓

4.2 初支加固措施

為防止初支因踢腳破壞而發(fā)生大規(guī)模坍塌，還需用角鋼對踢腳破壞處上方的初支進行加固，及時反饋圍巖及初支變形信息，加強圍巖拱頂下沉及周邊收斂監(jiān)測，并根據(jù)量測數(shù)據(jù)調整預留變形量。同時加強超前地質預報，提前掌握圍巖地質情況，及時調整支護參數(shù)[10]，施工如圖7所示。

圖7 初支加固

4.3 底板加快施工措施

為防止聯(lián)絡通道的地面土體破壞，需要進行地表注漿，明顯改善土體的物理力學性能，提高土體強度和地層的整體穩(wěn)定性，降低地層的滲透性，保證隧道開挖后地層的穩(wěn)定及后期運營安全的作用。同時為了加強初支的穩(wěn)定性及地土體強度、整體性，在聯(lián)絡通道的底板澆筑混凝土，施工如圖8所示。

圖8 底板混凝土澆筑

5 風險控制效果

為了確定險情發(fā)生時，上述采用的方法是否對風險控制有效果，防止對施工安全和地面施工造成風險，需要對聯(lián)絡通道地表的沉降進行監(jiān)測。根據(jù)施工單位在聯(lián)絡通道附近布置的監(jiān)測點，選取了D1～D9共9個監(jiān)測點，分三排布置并監(jiān)測，第一、三排的監(jiān)測點分別在聯(lián)絡通道對稱布設，第二排監(jiān)測點布設在聯(lián)絡通道的中心位置，利于地表沉降的監(jiān)測，布置如圖9所示。

圖9 監(jiān)測點布置示意圖

短期的監(jiān)測時間為險情發(fā)生當天及發(fā)生前后各兩天，即從10月28日到11月2日，數(shù)據(jù)統(tǒng)計如表1所示，表中的 “-”表示沉降。

表1 地表沉降監(jiān)測表

由表1可看出，險情發(fā)生的當天，部分監(jiān)測點顯示的沉降較其他日期的沉降有稍大的變化，但險情發(fā)生前和發(fā)生后，各監(jiān)測點的沉降量并不大。根據(jù)表1做出D1～D9點位從10月28日到11月2日的沉降趨勢圖，如圖10所示。

圖10 各點沉降趨勢圖

由上圖分析可知，10月30日的沉降與其他日期相比，并沒有明顯的變化，可認為險情的發(fā)生對地表的沉降沒有直接的影響。

為進一步確定當天的險情對地表沉降有無影響，需要將事故發(fā)生前后的地表沉降規(guī)律持續(xù)監(jiān)測，選取10月20日到11月10日的持續(xù)監(jiān)測結果，沉降曲線如圖11所示。

圖11 地表持續(xù)沉降曲線

通過對由上表沉降分析可知，聯(lián)絡通道地表沉降無異常，遠未達到預警值，因此可視為對地面沉降沒有直接影響。

6 結論

在進行回填反壓，初支加固，底板混凝土澆筑的處理后，降低了風險，聯(lián)絡通道初支穩(wěn)定性得到了加強，在分析沉降曲線后發(fā)現(xiàn)，此次的初支變形并未造成明顯地面沉降。

通過此次事件處理，積累了相關經(jīng)驗，為以后類似事件提供有益參考，提出以下幾點建議：

(1)為確保聯(lián)絡通道結構的穩(wěn)定性，應先進行聯(lián)絡通道的側墻、拱部二襯及底板施工后，再進行后續(xù)的土方開挖；

(2)對聯(lián)絡通道的初支應再次進行注漿加固，及時引排積水，已成型的側墻初支增設錨桿加固；

(3)應持續(xù)對聯(lián)絡通道初支拱頂及凈空收斂進行監(jiān)測，密切關注初支的變形情況；

(4)在后續(xù)泵房開挖過程中，應減小開挖步距，初支增設錨桿以加強支護，及時引排滲水，同時在施工現(xiàn)場備好應急物資，以備不時之需。

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Research on First Support Deformation Risk Control Techniques for Connected Aisle of Subway Tunnel

Li Zhihua1, Li Wen2, Chen Lei3, Liu Baolin3

(1.ShanghaiTianyouEngineeringConsultingCo.,Ltd.,Shanghai200000,China;2.WuhanCheduRailwayCo.,Ltd.,Wuhan430074,China; 3.SchoolofCivilEngineeringandMechanics,HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)

In the construction of subway tunnel, a connected aisle is often set in the middle section of the upper and lower parts of the tunnel. The connected aisle is set to increase the safety factor of the tunnel, known as the "escape route". Connected aisle construction is after the completion of the main tunnel and it would have impact on the main tunnel and the surrounding environment to a certain extent. Wastewater pumping house is often combined with connected aisle in construction, but the pumping house design is relatively conservative. Construction technology is constrained by space, so it is more likely to cause risks. Therefore, effective measures are crucial to ensure the safety of excavation. In this paper, the first support deformation risk of a connected aisle of Wuhan Metro tunnel is used as an example, which uses backfill backpressure, first support reinforcement methods and acceleration of the floor construction, providing reference of risk control techniques for similar projects.

Connected Aisle; Wastewater Pumping House; First Support Deformation; Risk Control

李志華(1971-)，男，高級工程師。主要研究方向：建設工程安全風險管理。

U455.43:U458·1

A

1674-7461(2015)02-00108-05