王 妍

(中鐵十六局集團(tuán)有限公司 北京 100018)

1 前言

在一些商業(yè)經(jīng)濟(jì)中心、居民居住中心、景點(diǎn)旅游中心等人員密集區(qū)域修建地鐵時(shí)，常常會(huì)同時(shí)或相繼規(guī)劃兩條、三條甚至四條地鐵線(xiàn)通過(guò)，這樣新建地鐵線(xiàn)與既有地鐵線(xiàn)勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)上穿鄰近、下穿鄰近、密貼通過(guò)等各種位置關(guān)系，而下穿鄰近是位置交叉中經(jīng)常遇到的工況[1-2]。本文詳細(xì)闡述北京地鐵17號(hào)線(xiàn)東大橋站穿越既有朝陽(yáng)門(mén)站-東大橋站區(qū)間影響范圍內(nèi)的施工技術(shù)與工藝措施。

2 工程概況與設(shè)計(jì)方案調(diào)整

2.1 設(shè)計(jì)概況

新建北京地鐵17號(hào)線(xiàn)為南北方向線(xiàn)路，既有6號(hào)線(xiàn)為正在運(yùn)營(yíng)的東西方向線(xiàn)路，兩條線(xiàn)路在東大橋站交叉、換乘。

既有朝陽(yáng)門(mén)-東大橋站區(qū)間采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，馬蹄形斷面，斷面尺寸6.5 m×6.2 m(高×寬)。初期支護(hù)厚度為0.25 m，二次襯砌厚度為0.3 m。

新建車(chē)站下穿段采用分離式單洞結(jié)構(gòu)，分為兩個(gè)小導(dǎo)洞分別下穿既有區(qū)間，導(dǎo)洞斷面為拱頂直墻平底結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸9.9 m×9.5 m，兩單洞間凈距5.2 m，單個(gè)導(dǎo)洞采用6洞室“CRD”法施工。

下穿段總長(zhǎng)36.5 m，垂直距離僅為2.17 m，工程環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為一級(jí)。兩者之間的位置關(guān)系如圖1所示。

圖1 結(jié)構(gòu)位置關(guān)系平面(單位:mm)

2.2 工程水文地質(zhì)

下穿段影響范圍內(nèi)工程地質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 下穿段影響范圍內(nèi)水文地質(zhì)

下穿段導(dǎo)洞水文地質(zhì)情況:地表至上導(dǎo)洞拱頂約23.9 m的距離穿越地層為粉質(zhì)黏土⑦4層約0.3 m厚、中砂⑦1層約2.5 m厚、圓礫⑦層約5.5 m厚、粉質(zhì)黏土⑧層約2.8 m厚。整個(gè)導(dǎo)洞均位于承壓水下。

2.3 防護(hù)加固措施

根據(jù)影響作用的大小，將影響部位分為三段:下穿段、鄰近10 m段、鄰近20 m段。

施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)東大橋站的地質(zhì)水文復(fù)雜，自穩(wěn)能力差，造成超前小導(dǎo)管打設(shè)困難，很難保證注漿效果，車(chē)站主體施工沉降控制難度大。故而對(duì)設(shè)計(jì)方案調(diào)整如下:

(1)針對(duì)車(chē)站北端主體下層小導(dǎo)洞，其拱部超前支護(hù)由原來(lái)的小導(dǎo)管注漿，調(diào)整為對(duì)導(dǎo)洞開(kāi)挖線(xiàn)外側(cè)1.5 m和開(kāi)挖線(xiàn)內(nèi)側(cè)0.5 m內(nèi)區(qū)域進(jìn)行深孔注漿。

(2)為防止下導(dǎo)洞側(cè)墻出現(xiàn)裂縫和變形收斂，在車(chē)站北端橫導(dǎo)洞兩側(cè)3 m范圍架設(shè) 22a型鋼支撐和雙榀 22a型鋼腰梁，腰梁與導(dǎo)洞側(cè)壁等強(qiáng)度連接，縱向間距1.5 m。

(3)車(chē)站1/18軸端頭上層導(dǎo)洞斷面挑高，原端頭人工挖孔樁變更為機(jī)械鉆孔圍護(hù)樁(樁長(zhǎng)約23.5 m)；車(chē)站1/18軸端頭下層導(dǎo)洞縮短開(kāi)挖長(zhǎng)度(縮短2.9 m)，至端頭機(jī)械鉆孔圍護(hù)樁封端，取消下層端頭橫導(dǎo)洞。

(4)在車(chē)站下穿既有區(qū)間段分離式單洞隧道上方增設(shè)?219@270 mm、t＝12 mm厚咬合管幕[3-6]。在管幕外側(cè)打設(shè)1根帶有?8 mm花眼直徑42 mm的鋼管，通過(guò)注漿的方式調(diào)整壓力，改善地層特性。咬合管幕內(nèi)采用M30水泥砂漿填充密實(shí)[7-8]。

3 施工方案

3.1 總體施工方案

遵循由遠(yuǎn)及近、先加固、后施工的原則。具體如下:鄰近下穿段20 m范圍內(nèi)主體施工→鄰近下穿段10 m范圍內(nèi)主體施工→下穿段加固→下穿段初支及二襯[9-10]。

3.2 具體施工步驟

(1)鄰近20 m段內(nèi)對(duì)開(kāi)挖地層超前加固，加固范圍為導(dǎo)洞開(kāi)挖線(xiàn)外側(cè)1.5 m和導(dǎo)洞內(nèi)側(cè)0.5 m。

(2)車(chē)站主體上、下導(dǎo)洞均采用臺(tái)階法施工。北端下導(dǎo)洞間橫導(dǎo)洞兩側(cè)3 m范圍內(nèi)架設(shè) 22a型鋼支撐和雙榀 22a型鋼腰梁。

(3)在鄰近10 m段對(duì)開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外側(cè)2 m范圍內(nèi)土體進(jìn)行超前注漿加固。

(4)臺(tái)階法完成車(chē)站導(dǎo)洞開(kāi)挖，在車(chē)站封端墻處掛網(wǎng)噴錨支護(hù)。在上導(dǎo)洞端部底板向下進(jìn)行?48袖閥管注漿，對(duì)既有區(qū)間隧道側(cè)下方土體進(jìn)行加固。

(5)與下穿段鄰近的南北端車(chē)站初支二襯完成后，先對(duì)下穿段進(jìn)行深孔注漿施工，再?gòu)谋倍讼蚰隙艘淮涡源蛟O(shè)?219@270 mm、t＝12 mm厚咬合管幕。

(6)采用6導(dǎo)洞CRD法施工左線(xiàn)導(dǎo)洞，待其初支貫通后，進(jìn)行右線(xiàn)導(dǎo)洞初支施工，最終完成下穿段的施工內(nèi)容。

4 主要施工工藝及要求

4.1 深孔注漿施工工藝及要求

(1)首先進(jìn)行深孔注漿試驗(yàn)，試驗(yàn)段長(zhǎng)度為10 m，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果選取合適的注漿參數(shù)[11-12]。

(2)下穿段兩側(cè)的車(chē)站主體二襯完成后，在其封端墻上進(jìn)行深孔注漿，注漿深度分別為7 m、10 m、5 m、10 m、4.5 m，每個(gè)橫斷面注漿范圍為底板以下2.0 m，其它部位向外擴(kuò)展4.0 m。注漿孔間距1.0～1.5 m，沿拱部開(kāi)挖輪廓線(xiàn)外0.5 m布設(shè)注漿孔。

(3)深孔注漿采用二重管后退式注漿，注入水泥-水玻璃漿液，壓力≤0.5 MPa。施工工藝流程見(jiàn)圖2。其具體施工工藝不再贅述。

圖2 深孔注漿施工工藝流程

4.2 袖閥管注漿施工工藝及要求

(1)下穿施工開(kāi)始前，沿車(chē)站兩端下穿既有區(qū)間段中間打設(shè)袖閥管，在車(chē)站主體斷面沿縱向每隔5 m進(jìn)行一次袖閥管注漿。每個(gè)橫斷面上布置水平間距1.5 m的?42 mm袖閥管，每根袖閥管的搭接長(zhǎng)度2 m，共計(jì)15根。注入水泥漿液，其壓力不超過(guò)0.5 MPa。

具體布置:上層導(dǎo)洞內(nèi)打設(shè)7根袖閥管，以豎向?yàn)榛鶞?zhǔn)點(diǎn)，角度從小到大依次為 0°、10°、19°、26°、35°、46°、59°，長(zhǎng)度依次為11.5 m、11 m、12 m、12 m、12 m、9 m、9 m；下層導(dǎo)洞內(nèi)打設(shè)8根袖閥管，角度依次為 0°、7°、13°、20°、43°、57°、68°、81°，長(zhǎng)度依次為6.5 m、6 m、5 m、4 m、4.5 m、4.5 m、4.5 m、4.5 m。

(2)其施工工藝不再贅述。

(3)施工過(guò)程中要做好孔位控制和壓力控制。

4.3 管幕支護(hù)施工工藝及要求

4.3.1 工藝措施

(1)管幕支護(hù)施工順序:共設(shè)置91根管幕，車(chē)站北端中板澆筑完成后，自北向南一次性打設(shè)完成水平咬合管幕(避開(kāi)車(chē)站端頭扶壁柱范圍)，管幕距既有6號(hào)線(xiàn)區(qū)間豎向距離約1.3 m。

(2)試驗(yàn)段設(shè)置:在東大橋站2號(hào)豎井主體北向鄰近既有線(xiàn)段(中板以上1.0 m)選取6根管幕進(jìn)行試驗(yàn)，單根長(zhǎng)度37 m；根據(jù)管幕試驗(yàn)段結(jié)果，選取管幕各參數(shù)，供后期管幕施工使用。

(3)采用 Q235?219、壁厚 t＝12 mm 的無(wú)縫鋼管，按間距270 mm施工管幕。鋼管加工成6 m/節(jié)，側(cè)面用50×50×10 mm角鋼鎖扣焊接，將鋼管連接在一起，相鄰鋼管接頭焊縫位置錯(cuò)開(kāi)1 m。

(4)施工過(guò)程中，及時(shí)注入水泥漿液，注漿壓力≤0.5 MPa。

4.3.2 施工工藝流程

管幕支護(hù)施工工藝流程見(jiàn)圖3。

圖3 管幕支護(hù)施工工藝流程

4.3.3 工藝要點(diǎn)

(1)鋼管加工

采用2臺(tái)設(shè)備同時(shí)施工，一次成型2根鋼管。設(shè)備組裝調(diào)試關(guān)鍵是確保后方成像儀器軸線(xiàn)與導(dǎo)向鉆桿標(biāo)靶在同一軸線(xiàn)上，為后期偏差控制做好準(zhǔn)備。

(2)螺旋式導(dǎo)向頂管原理

鉆頭?40 mm、鉆桿長(zhǎng)2.0 m的無(wú)線(xiàn)導(dǎo)向桿最先頂進(jìn)；中間的螺旋鉆桿采用錐扣連接為整體，作為導(dǎo)向激光通道。管幕鋼管作為螺旋鉆桿的外套管，內(nèi)外兩種套管通過(guò)液壓泵站使頂管機(jī)動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)。

(3)頂進(jìn)施工

頂管過(guò)程中要協(xié)調(diào)頂進(jìn)與出土速度，確保出土勻速。光學(xué)裝置安裝于鉆桿內(nèi)，從頂進(jìn)到注漿結(jié)束全程觀測(cè)，做好數(shù)據(jù)記錄，若管幕鉆進(jìn)出現(xiàn)偏差，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。

(4)管內(nèi)水泥砂漿填充

在鋼管尾端上方布置排氣孔，下方布置灌漿孔，壓注水泥漿液。

頂進(jìn)結(jié)束后，在尾端管口設(shè)置1cm的鋼板封端，防止?jié){液倒流；同時(shí)在管幕前端50 cm處插入直徑10 cm移動(dòng)式注漿管，灌注C30水泥砂漿。

(5)管幕外補(bǔ)償注漿

頂管完成2～3根后，打設(shè)管外注漿管，具體參數(shù)根據(jù)地表監(jiān)測(cè)情況隨時(shí)進(jìn)行調(diào)整。若需要補(bǔ)償注漿，灌注水泥漿液。

(6)沉降控制措施

①出土量控制

出土量分為頂進(jìn)施工前方的土方量與排出的土方量，調(diào)整頂進(jìn)速度控制螺旋出土量。為防止鋼管堵塞，延誤施工進(jìn)度和工期，最優(yōu)方案為實(shí)際出土量≤計(jì)算出土量。

②管內(nèi)注漿施工控制

每根管幕鋼管頂進(jìn)到設(shè)計(jì)位置后，從頂進(jìn)端勻速注入水泥漿液，控制最大注漿壓力。

③管外補(bǔ)充注漿

既有結(jié)構(gòu)安裝自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，頂管及注漿過(guò)程跟蹤監(jiān)測(cè)，及時(shí)通過(guò)外掛注漿管進(jìn)行補(bǔ)充注漿。

(7)管幕關(guān)鍵控制點(diǎn)

①頂力計(jì)算

頂進(jìn)力T＝油缸截面積S×給進(jìn)壓力P/100×油缸數(shù)量×0.85。

其中，油缸直徑22cm，截面積S＝380 cm2；給進(jìn)壓力31.5 MPa，施工設(shè)定最大頂進(jìn)力P＝16 MPa；施工油缸數(shù)量為2個(gè)，代入公式得出結(jié)果:

②后背墻施作

根據(jù)計(jì)算出的頂進(jìn)壓力，在車(chē)站中板上設(shè)置后背墻，確保整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

管幕施工前，在后背墻預(yù)埋測(cè)片及收斂測(cè)點(diǎn)等，主要針對(duì)后背墻的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

5 施工注意事項(xiàng)

(1)深孔注漿孔位的設(shè)置要準(zhǔn)確，在施工前做好孔位布置圖，經(jīng)設(shè)計(jì)院、監(jiān)理及總工同意后，方可施工。施工過(guò)程中關(guān)鍵是注漿壓力的控制，只有壓力控制好才能真正起到加固的作用，壓力不得過(guò)大或過(guò)小。

(2)試驗(yàn)段參數(shù)的記錄要詳細(xì)準(zhǔn)確，包括但不限于整個(gè)過(guò)程中的注漿壓力變化、注漿持續(xù)時(shí)間、注漿速度、注漿漿液配比、注漿斷面的地質(zhì)條件記錄、注漿過(guò)程中設(shè)備是否發(fā)生故障等。試驗(yàn)段完成后，要做好試驗(yàn)總結(jié)，為后續(xù)施工提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，確保注漿效果最優(yōu)。

(3)管幕支護(hù)前做好各參數(shù)的計(jì)算，尤其是根據(jù)頂進(jìn)速度做好后背墻的強(qiáng)度驗(yàn)算，確定后背墻的厚度及強(qiáng)度、剛度，以防因頂力過(guò)大，后背墻強(qiáng)度不足而發(fā)生安全隱患。

(4)施工過(guò)程中要加密監(jiān)測(cè)頻率，及時(shí)采集分析監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，做好監(jiān)測(cè)小結(jié)，及時(shí)掌握既有結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律，預(yù)測(cè)下次施工動(dòng)態(tài)，及時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)，為后期施工起到指導(dǎo)作用。

6 結(jié)束語(yǔ)

與原有的施工設(shè)計(jì)相比，在既有區(qū)間和新建車(chē)站之間調(diào)整了施工工藝，增加了管幕支護(hù)，相當(dāng)于兩者之間增設(shè)了隔離板，一定程度上降低了既有區(qū)間運(yùn)營(yíng)對(duì)新建車(chē)站施工的影響以及新建區(qū)間開(kāi)挖對(duì)既有運(yùn)營(yíng)區(qū)間的影響，同時(shí)對(duì)深孔注漿時(shí)的漿液流動(dòng)性起到一定的隔離作用，降低了因深孔注漿壓力過(guò)大對(duì)既有區(qū)間運(yùn)營(yíng)的影響。