某地鐵暗挖區間過排水暗渠施工風險與處理

劉 輝 屈興兵

1 工程概況

1.1 工程位置及范圍

沈陽地鐵二號線一期土建工程市府廣場站—青年大街站區間(以下簡稱市—青區間)主要位于沈陽市沈河區,市—青區間自市府廣場站起,沿青年大街,經小西路、中山路、藥王廟路路口,到青年大街站。

1.2 工程地質及水文地質

1.2.1 工程地質

本區間地形變化平緩,場區地面標高44.1 m～45.5 m,自北向南逐漸降低,地面高差1.4 m。本場地地層以砂礫石層為主,局部有黏土層,地基土自上而下依次為第四系全新統人工填筑層、渾河高漫灘及古河道、第四系渾河新扇。

1.2.2 水文地質

場區地下水有兩層,隔水層多處缺失,兩層水互相連通,承壓水水頭與潛水水位埋深基本相同。地下水水位埋深為8.7 m～10.0 m,標高35.11 m～36.44 m。場區地下水、環境土對混凝土、鋼筋混凝土結構中鋼筋均無腐蝕性,對鋼結構成弱腐蝕性。根據地質勘察報告,設防水位埋深 4.7 m,標高40.44 m;確定場地綜合滲透系數推薦值為100 m/d。

2 管線風險分析

市—青區間范圍,場地內地下管網主要沿青年大街分布,包括給水、電信、電力、熱力、煤氣、排污等。其中對市—青區間施工影響較大的管線為1955年修建的磚砌結構的排水暗渠,該暗渠基本位于市—青區間上方與區間并行,并且存在多處交叉點。經過50多年的使用,暗渠存在嚴重的滲漏現象。

針對如上管線情況,結合本工程實際,風險分析如下:1)由于暗渠修建時間較長,已經使用了50多年,而且結構本身為磚混結構,年久失修,不可避免的會出現滲漏水情況。2)地鐵施工不可避免的會出現沉降現象,而暗渠本身由于施工年限較長,自身強度下降較多,沉降稍大就可能引起破裂,從而引起更大的不安全因素。3)本區間1號橫通道開挖斷面高度為13.7 m,拱頂埋深5.4 m。橫通道拱頂距離暗渠基底2.4 m,暗渠內有流水。隧道上方的青年大街為沈陽市南北交通主干道,交通流量很大,且1號橫通道拱頂覆土大部分為松散回填土層,車輛行駛所引起的振動對拱頂覆土穩定性的影響較大,存在極大的安全隱患。4)東暗渠一直在使用過程中,而且水流較大,對暗渠沖刷持續破壞較大,暗渠周圍出現水囊的幾率很大。而且暗渠下方由于長期滲漏水沖刷,土質相對疏松,更易出現流砂,甚至坍塌,從而引起管線破裂等危險因素。5)由于青年大街在市—青區間范圍內基本無其他雨水管線,若遇到下雨天氣,青年大街東側、整個市府廣場以及青年大街以東的中山路范圍內的所有雨水均通過東、西暗渠進行排水,暗渠排水量大大增加,其排水能力難以滿足突降大雨的排水量,暗渠內水流的水壓必將大增,存在極大的安全隱患。6)一旦因為暗渠滲漏水導致垮塌或者存水水囊破裂漏水后,必然引起地面塌陷,暗渠破壞,影響巨大,后果嚴重。

3 過管線段技術措施

3.1 處理措施概況

對暗渠處理措施的范圍根據一般污水管線對周邊環境的影響確定如下:位于區間正線正上方5 m范圍以內的東暗渠采用洞內+洞外技術措施進行處理;位于區間正線正上方5 m范圍以外的東暗渠只采用洞內技術措施進行處理。綜合考慮各方面因素,本著以減少東暗渠對區間暗挖施工影響為主的主導思想,對東暗渠采取防滲處理的方式為采用特種帆布材料+角鋼剛性骨架的形式進行,具體見圖1。

采取如下雙保險的技術措施:在暗渠內壁鋪設特種防水帆布對暗渠進行防滲處理后,在隧道掌子面施工范圍內根據暗渠內水流量,采用2根～3根φ 500鋼管進行導流(僅導流有隧道下穿的暗渠段),以保證東暗渠內的污水通過剛性導流管流動,從而形成一個剛性通道,防止隧道發生坍塌事故造成暗渠破裂時污水下灌。剛性導流的范圍為區間正線下穿東暗渠施工段。

3.2 洞外處理措施

1)東暗渠開孔。由于東暗渠修建年代久遠,暗渠自身強度較低,在進行東暗渠開孔時必須分段施作,東暗渠側壁上的工作孔尺寸為高1.5 m,寬1.5 m。在分段開孔后施作一個工鋼門框對工作孔進行加強。在工作孔打開后立即對東暗渠內進行通風。由于東暗渠內有現狀污水排放,只要施工人員進入東暗渠必須進行通風,待監測無有害氣體后施工人員方可進行東暗渠開孔施工,具體見圖2。2)鋪設導流管。在工作孔打開并對東暗渠內進行通風后,在暗渠內鋪設兩根導流管,導流管采用φ 400的PVC管,每根長度為2 m,每兩根之間采用 PVC套管連接,每段次鋪設的長度為24 m。3)截流。待導流管鋪設完畢后,用砂袋在導流管兩端對暗渠進行截流,使暗渠內的污水通過導流管排放,而導流管范圍內的暗渠處于無流水作業狀態,然后采用污水泵將導流管范圍內的殘留水抽走。4)鋪設防水帆布。在鋪設帆布前先對暗渠底部的淤泥進行處理,以保證防水帆布的順利施作和工作性能。在淤泥清理完畢后,在基本無水作業的暗渠內鋪設防水帆布,防水帆布采用定制長度、寬度,一次鋪設成型,帆布沿暗渠流向方向的兩端采用粘扣+防水膠連接,防水帆布與暗渠壁的連接采用角鋼+膨脹螺栓連接。5)架設剛性骨架。剛性骨架為矩形斷面,四邊分別位于矩形暗渠的四個角,沿暗渠流向設置,每個剛性骨架的間距為10 m～15 m,剛性骨架采用洞外制作洞內連接的方式固定,角鋼之間采用螺栓連接,角鋼與暗渠的連接采用膨脹螺栓連接,具體見圖3。

3.3 洞內技術措施

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,超前小導管是按照設計要求打設的注漿導管,目的是注漿加固地層和小范圍探測前方地質;探測孔呈梅花形布置,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。在進行下穿東暗渠段施工時,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,注水泥、水玻璃雙液漿作加固地層處理。注漿時每榀封閉掌子面,避免漿液從掌子面冒出,同時避免注漿壓力太大造成掌子面塌方,注漿壓力為0.2 MPa～0.3 MPa。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,每3 m設置一組回填注漿管,注漿管環向間距1.5 m,采用φ 32鋼管,鋼管長度在1 m～1.2 m之間。回填注漿緊跟成環初支進行,每3 m回填注漿一次,注漿采用純水泥漿,同時采用砂漿泵。施工過程中由于回填注漿要求緊跟初支結構進行且距離東暗渠較近,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,可采取加密回填注漿管的措施進行處理,不得提高注漿壓力,防止結構和東暗渠變形。當開挖和回填注漿發生矛盾時,先進行開挖施工。4)加強監控量測。過暗渠段的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,其中初支拱頂下沉、凈空收斂監測點每2.5 m布置一組,并位于同一斷面。鋼筋應力、初支與圍巖接觸應力每10 m布設一組。拱頂下沉和凈空收斂監測點布設見圖4。

地面主要監測暗渠的沉降情況,監測點布置方法為:在有檢查井的部位,直接打開檢查井將監測點布設到暗渠的底板上,無檢查井的部位采用鉆機破開路面硬化層,洛陽鏟探挖到暗渠蓋板頂埋設測桿,測桿用混凝土固定在暗渠蓋板頂面上。

4 實施效果

通過以上技術措施,取得了很好的效果:下穿暗渠段施工順利完成,隧道拱頂下沉量最大為8.5 mm,凈空收斂5.3 mm,暗渠最大沉降量為4.6 mm,確保了施工期間暗渠的正常使用和工程本身的安全,取得了良好的經濟與社會效益。

[1] 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.

[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] 胡達遠.隧道工程淺埋暗挖法的施工技術[J].山西建筑,2008,34(18):331-332.

[4] 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.