某地鐵沿公路暗挖區間施工風險與處理措施

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—沈新路站區間隧道的起點DK0+224.5,終點里程為DK1+438.90,區間左線長1 205.8 m(短鏈9.22 m),右線長1 214.40 m。本區間起于張士站東端,沿開發大路向東前行,在遼寧金帝建設集團股份有限公司第二建筑工程公司材料供應處前,線路略向右偏,后折向北,穿越外運公司進入開發大路,沿開發大路至沈新路站。

1.2 工程地質及水文地質

1)工程地質。根據詳勘鉆探揭示,本區間勘察深度范圍內的地層有第四系全新統人工堆積層第四系全新統渾河高漫灘及古河道沖積層第四系全新統渾河新扇沖洪積層第四系上更新統渾河老扇沖洪積層第四系中更新統沖洪積層2)水文地質。區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、下兩層水有水力聯系。工作區地下水徑流條件良好,主要含水層滲透性強,徑流通暢,因一標段位于鐵西段張士大漏斗范圍內,沈新路以東地下水補給從東北向西南補給,張士站以西地下水由西南向東北補給,在一標段范圍內地下含水層厚度最大,是地鐵一號線全線降水最難的標段。地層滲透系數在50 m/d～180 m/d,地下水主要由渾河側向滲流及大氣降水為補給來源。不良地質水文表現為地下水滲透,徑流作用下對地層產生擾動,影響地層穩定和地表沉降。

2 工程特點、難點及風險分析

2.1 工程特點

1)張士站—沈新路站區間位于開發大道下,橫穿四個路口：昆明湖街、燕塞湖街及沈新路,交叉路口多;道路兩側附近多為重工企業,車輛的進出對區間的施工干擾大。2)該區間起點地下管道密集,縱橫交錯,并且多為混凝土管,年代久遠,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,所有的管線埋設基本上在線路正上方或稍偏,安全隱患最大的是在區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,是該標段施工中的一個顯著特點。4)區間斷面基本都處于飽和中砂層,區間的底部有一部分處在粉質黏土層,飽和,中密～密實。在砂層中施工如果降水不到位,施工時極易造成涌泥、涌砂和塌頂等。5)降水工程與其他城市地鐵相比具有不同的特點,該標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,降水難度相當大。

2.2 難點及風險分析

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,在施工區間時就要先降水,從降水圖紙上分析區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。2)降水工程。沈陽地下水豐富且埋深較淺,地層為中、粗砂層,地層滲透系數最大達180 m/d,設計資料上顯示,區間按300 m長度進行降水計算,初期排水量為148 185 m3/d,后期降水量為 58 275 m3/d,設計上的降水井深度是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,而且城市現有的排水管網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。3)防水施工。地下工程的防水一直是地下工程中的難點,從目前的地下工程施工情況來看,大多數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象,克服這一防水施工的難題是地下工程施工中的重點。4)平穩安全地通過砂層。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,這樣的地質條件很差,掌子面很容易失穩,隨時都有可能造成塌方,一旦出現塌方,很快就會形成大面積塌漏甚至到達地面,破壞路面結構,造成行車事故,平穩安全地過砂層也是本工程一大難點。

3 隧道沿公路技術措施

3.1 隧道施工設計

隧道采用暗挖法施工,馬蹄形斷面,復合襯砌,線間距13 m,線路呈“V”形坡,隧道結構底最大埋深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。區間采用礦山暗挖法施工,采用超前小導管注漿,初期支護格柵鋼架和網噴聯合支護,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 洞內設計及處理措施

1)施作工作井及橫通道。區間設置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間線路左側。采用短臺階法開挖,設臨時鋼管支撐,采用φ 42超前小導管注漿,初期支護采用格柵鋼架網噴聯合支護,噴射混凝土厚度為300 mm,該豎井及橫通道不設二次襯砌;2號豎井及橫通道位于區間線路右側,采用短臺階法開挖,復合式襯砌,采用φ 42超前小導管注漿,初期支護采用格柵鋼架網噴聯合支護,噴射混凝土厚度為300 mm,區間的排水泵站設置在2號豎井及橫通道內。2)結構防水。結構防水設計遵循“以防為主、剛柔相濟、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原則。采用鋼筋混凝土結構自防水,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。變形縫寬度宜為20 mm,在車站與區間分界處設置變形縫,變形縫采用35 cm寬中埋式橡膠止水帶、35 cm寬背貼式止水帶進行防水處理,并根據變形縫位置在側墻結構內表面預留凹槽,設置鍍鋅鋼板接水盒。防水混凝土應盡可能連續澆筑,減少施工縫。

3.3 施工技術措施

1)加強超前地質預報。采用打超前小導管和作探孔的方法進行超前地質探測。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對前方地質進行一次探測,要始終保持對前方地質3 m的探測長度。2)加強超前支護。超前支護對保證暗挖施工安全具有決定性意義。在進行施工時,采用加密超前導管,管長2.5 m,環線間距由 30 cm變為10 cm;每循環一排設,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超前注漿管,梅花形布設,因此注漿參數可根據現場實際情況及時進行調整。3)加強初支背后回填注漿。初支背后回填注漿采用全方位回填方案,注漿時必須嚴格控制注漿壓力在0.2 MPa～0.5 MPa之間,如漿液擴散效果不理想,可采取加密回填管的措施進行處理,不得提高注漿壓力,防止結構變形。4)加強監測量控。監控量測分為洞內和地面兩部分：洞內監測項目有初支拱頂下沉、凈空收斂、鋼筋應力、初支與圍巖接觸應力,拱頂下沉和凈空收斂監測點布設如圖1所示。地面主要監測沿隧道附近地下管線、地表沉降及隧道影響范圍內地面構筑物沉降情況。地面橫斷面沉降測點布設圖及線縱向地表歷時曲線圖如圖2,圖3所示。

4 結語

通過以上技術措施,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,取得了較好的經濟與社會效益,總結得出該施工形成的參數及其分析方法,為全面分析效果開挖判定條件提供了科學依據,可供類似工程參考。

[1] GB 50299-1999,地下鐵道工程施工及驗收規范[S].

[2] 關寶樹.隧道工程施工要點集[M].北京：人民交通出版社,2006.

[3] 林宗元.巖土工程試驗監測手冊[M].北京：中國建筑工業出版社,2005.

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