城區(qū)地鐵結(jié)構(gòu)近距離穿越古建筑之復合技術探討

左 鷹

(中鐵隧道集團二處有限公司，河北三河 065201)

0 引言

對于具有悠久歷史的北京，城市道路交通路口四角象限通常存在既有建筑物，在地鐵施工時不可避免地會受到各類建筑的影響，旁穿建筑物施工時采取哪些施工措施可以保證建筑物的安全穩(wěn)定，是施工技術的關鍵。剛性隔離、固結(jié)加固是常用的2種措施。文獻［1］介紹了采用剛性較大的混凝土灌注樁作為隔離樁在下穿施工中的應用，但城區(qū)地鐵施工受管線、機械作業(yè)空間等因素制約，通常沒有條件施工混凝土灌注樁;文獻［2］主要介紹了復合錨桿樁對于地基的加固效果，是否能夠作為隔離樁使用，相關文獻介紹較少;文獻［3－10］主要分析了下穿施工中隧道沉降控制，對采用隔離樁后，樁內(nèi)、外沉降對比分析的較少。采用剛性稍弱、易于操作的隔離樁+洞內(nèi)輔助加固的復合措施，是解決地鐵施工受外界客觀因素制約的一種有效途徑，還可以保證既有建筑的穩(wěn)定，本文以某地鐵車站的通道暗挖施工為例，簡要介紹暗挖通道近距側(cè)穿百年古建筑的施工技術。

1 工程概況

北京地鐵珠市口站位于珠市口大街與前門大街的交叉路口處，為北京地鐵7號線與北京地鐵8號線的換乘車站。車站跨路口設置，呈東西走向;車站總長233.6 m，主體結(jié)構(gòu)采用PBA工法施工;通過4個通道進入車站主體施工，其中2號臨時豎井位于路口西南側(cè)綠地內(nèi)，對應施工通道采用暗挖法施工，平面位置上從既有珠市口教堂東側(cè)緊鄰側(cè)穿通過。

1.1 通道設計

施工通道凈寬4.0 m，最大凈高14.546 m，通道結(jié)構(gòu)厚350 mm，結(jié)構(gòu)形式為多層導洞結(jié)構(gòu)，圓拱直墻平底結(jié)構(gòu)，臺階法施工，施工通道全長84.861 m，進入車站主體結(jié)構(gòu)以前，采用上下聯(lián)通的結(jié)構(gòu)形式。通道分3層開挖，通道進入車站主體結(jié)構(gòu)后，采用上下分離的結(jié)構(gòu)形式。施工通道縱斷面圖見圖1。

圖1 2號施工通道縱剖面圖(單位:mm)Fig.1 Longitudinal profile of No.2 construction gallery(mm)

1.2 工程地質(zhì)情況

本區(qū)域位于永定河沖積扇地區(qū)，土層以第四紀沖積、洪積地層為主。豎井開挖揭示的地層有雜填土、粉土、粉細砂層、卵石圓礫層、粉質(zhì)黏土層和卵石層等。其中，通道拱部全部位于粉細砂層，底板位于中粗砂層及卵石層交界部位。臨時豎井及施工通道地質(zhì)縱剖面見圖2。

1.3 建筑物介紹

基督教會珠市口堂位于珠市口大街與前門大街十字交叉口西南角，如圖3所示。該教堂始建于1904年，1921年進行了擴建，現(xiàn)為3層磚混建筑，無地下室。根據(jù)2010年房屋評估，該樓房屬危房，樓房外部采用型鋼框架進行過加固處理。剖面關系如圖3所示，現(xiàn)狀照片見圖4。

圖2 2號臨時豎井及橫通道地質(zhì)縱剖面Fig.2 Geological profile of No.2 temporary vertical shaft and horizontal gallery

2 加固措施對比選擇

2.1 施工需解決的問題

1)開挖安全控制。通道拱頂位于粉細砂層與黏土層交界處，地表水下滲至交界面時受阻，導致粉細砂層含水幾乎接近飽和，滯水層(黏土層)開挖后，拱頂容易發(fā)生坍塌，再加上拱頂以上地層中上水管、雨水管、污水管密集，調(diào)查發(fā)現(xiàn)管線年久失修，存在滲漏，因此防止含水粉細砂層在開挖過程中發(fā)生坍塌是需要重點解決的問題之一。

2)建筑物變形控制。基督教會珠市口堂距離通道開挖側(cè)邊線水平距離僅5.4 m，該建筑修建時間已有100 a以上，經(jīng)評估屬于危房，已經(jīng)進行過加固處理，由于該教堂位于前門步行街端頭，為標志性建筑，沉降變形控制要求高，因此施工過程中必須保證建筑的安全穩(wěn)定。

2.2 洞內(nèi)措施對比選擇

為保證開挖安全，需對拱頂粉細砂層進行超前固結(jié)加固，同時對滲漏水進行治理，常用加固措施有水平旋噴樁、袖閥管注漿和深孔注漿。加固措施工藝對比見表1。

考慮通道開挖加固目的主要為防止粉細砂層坍塌，結(jié)合通道斷面大小、施工工期安排，洞內(nèi)加固措施選用深孔注漿加固，采用分段后退式注漿工藝，注漿孔采用鉆機打設，注漿采用噴射式注漿，注漿擴散半徑為0.5～0.75 m，注漿壓力保持0.5 ～1.5MPa，并隨時注意地層情況，及時調(diào)整注漿參數(shù)。

2.3 洞外措施對比選擇

為保證建筑物沉降變形可控，需將建筑物下方土體隔離出通道開挖影響范圍，常用隔離措施有混凝土灌注樁、旋噴樁和復合錨桿樁，隔離措施工藝對比見表2。

因為通道與建筑物之間地面為基督教堂西側(cè)通道，場地狹小，又有市政用變電箱限制，大型施工機械無法進入，結(jié)合施工工期安排，洞外隔離措施選用復合錨桿樁，樁長27.9m，伸入通道基底以下1 m，成孔直徑0.15 m，間距0.5m，梅花形布置。

表1 洞內(nèi)加固措施工藝對比Table 1 Comparison and contrast among different consolidation measures taken from inside tunnel

表2 洞外隔離止水措施工藝對比Table 2 Comparison and contrast among different separating and water-sealing measures taken from outside tunnel

3 施工方案

暗挖通道為拱頂直墻3層結(jié)構(gòu)，采用臺階法施工，在通道開挖至基督教堂受影響范圍之前，先行在地面完成復合錨桿樁的施工，洞內(nèi)按10 m/個循環(huán)采用深孔注漿的方法超前對地層進行預加固。

3.1 通道施工

3.1.1 施工工序

橫通道采用臺階法施工，施工中嚴格遵循“管超前，嚴注漿，短開挖，強支護，早封閉，勤量測”的原則。施工順序為:1)雙排超前小導管加固并預注漿;2)拱部環(huán)形開挖預留核心土;3)初期支護:初噴5 cm混凝土，架設格柵鋼架，掛網(wǎng)，噴混凝土;4)開挖核心土，封閉下臺階和臨時仰拱;5)第2層土體開挖;6)第2層初期支護:接邊墻、仰拱格柵鋼架并掛網(wǎng)、噴混凝土封閉成環(huán)，適當保持距離施工第3層和第4層通道;7)依次施工步序7—10。通道縱向施工步序如圖5所示。

圖5 施工通道臺階法開挖步序縱向圖Fig.5 Excavation sequence of horizontal gallery constructed by bench method

3.1.2 施工要點

1)采取有效降水措施，確保無水施工沿通道軸線方向通道兩側(cè)設置了雙排降水井，采用管井降水，井間距6 m，在通道開挖前15 d降水井開始抽水。

2)根據(jù)地質(zhì)勘查報告及掌子面地質(zhì)揭露情況，分析前方地質(zhì)狀況，進行地質(zhì)預報。

3)開挖過程中遇到管線滲漏情況，及時封閉開挖面，防止?jié)B水掏空管線下方土體造成管線沉降破壞。

4)通道開挖過程，嚴格做好超前注漿措施，提前加固前方地層。

5)及時施作初期支護背后回填注漿，如監(jiān)測變形過大，掌子面自穩(wěn)能力差，應對掌子面砂層進行注漿加固。

6)加強過程監(jiān)測，加大沉降及收斂觀測頻率，及時掌握風險源的變化趨勢，以便動態(tài)管理采取對應措施。

3.2 隔離樁施工

3.2.1 施工簡介

1)隔離樁平行建筑物西邊墻2 m布置，范圍超出建筑物南、北邊墻10 m，為雙排咬合樁，樁長27.9 m，伸入通道基底以下1 m，成孔直徑0.15 m，間距0.5 m，梅花形布置。

2)復合錨桿跳孔施工，待外排樁成孔注漿完成后再按相同方式進行內(nèi)排孔施工。

3)采用RPD－130C型沖擊鉆機套管跟進成孔，豎向錨桿分段采用接駁器連接，每段長2m，簡易支撐架吊放，人工配合就位。復合錨桿就位后，拔出鉆孔套管進行注漿。注漿采用3根注漿管，不同壓力不同時段分3次完成，最終達到設計要求，錨桿樁剖面圖見圖6。

3.2.2 施工難點

復合錨桿樁設置于教堂西側(cè)門口，對應位置有污水管、上水管、市政箱變和教堂附屬結(jié)構(gòu)物等，施工限制因素多。錨桿樁平面圖見圖7。

圖7 復合錨桿樁平面布置圖Fig.7 Plan layout of composite anchor pile

鉆孔施工前采用人工開挖探溝，探明地下管線，避開管線位置預埋PVC導向管，然后回填平整場地，錨桿樁材料在加工場預制好運至施工現(xiàn)場，錨桿樁主筋采用直螺紋套筒連接。PVC導向管預埋照片見圖8。

圖8 探孔后預埋PVC導向管Fig.8 Embedded PVC guiding pipe

3.3 深孔加固注漿

采用二重管后退式注漿施工工藝，注水泥－水玻璃雙液漿，每12 m一個循環(huán)，共3個循環(huán)，起止位置為教堂結(jié)構(gòu)前后8 m。

1)主要參數(shù)。在每循環(huán)掌子面上按扇形布置，在鉆孔的前端間距控制在1.0 m，采用工程鉆機成孔，套管施工。注漿斷面范圍見圖9。

2)注漿。漿液用水泥水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比控制在1∶0.8，水玻璃濃度調(diào)整到25Be';2種漿液按照體積比1∶1拌制，注漿采用液壓雙液注漿泵，注漿壓力控制在 1.0 MPa。

圖9 深孔注漿斷面圖(單位:mm)Fig.9 Layout of deep-hole grouting holes(mm)

3)施工作業(yè)順序。先外圈，后內(nèi)圈，間隔鉆孔注漿。

4)效果檢測。注漿后土體無側(cè)向抗壓強度0.5 MPa，采取洛陽鏟開挖取芯，點測計測算，在試驗段施工時做過一次試驗，加固體能夠達到0.52 MPa。每次開挖8 m，預留4 m的注漿搭接，如圖6所示。開挖施工如發(fā)現(xiàn)有注漿薄弱地段，應及時進行補充注漿，深孔注漿立體示意見圖10。

圖10 深孔注漿斷面圖(單位:mm)Fig.10 Layout of deep-hole grouting holes(mm)

4 施工效果

通道施工完成后，通道施工完成后沉降變形穩(wěn)定，建筑物最大累計沉降值為8.80 mm，教堂結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。通道正上方地表點最大沉降累計值為16.33 mm，通道開挖通過后拱頂出現(xiàn)局部滲水，回填注漿完成后無滲水，沉降對比數(shù)據(jù)見表3。

對比隔離樁兩側(cè)測點累計沉降數(shù)值，復合錨桿樁起到了隔離效果。

表3 相同里程位置隔離樁兩側(cè)沉降數(shù)據(jù)對比Table 3 Comparison and contrast between values of settlement on one side of separating piles and those on the other side of separating piles mm

5 結(jié)論與建議

通過本工程實例驗證，深孔注漿在含水粉細砂層能夠起到固結(jié)和止水的雙重加固效果，并且適合在空間較小的暗挖通道內(nèi)施工;在施工場地受制約大的情況下，隔離結(jié)構(gòu)采用復合錨桿樁的形式具有優(yōu)越性。地表采用復合錨桿樁隔離+洞內(nèi)深孔注漿加固復合技術從安全、工期、進度方面都是適合本工程的，施工實現(xiàn)了設計預期的效果，可以在類似的暗挖側(cè)穿既有建筑物工程中推廣應用。

與暗挖施工相關的許多輔助加固工藝已經(jīng)很成熟，在不同的限制條件情況下，如何有效地根據(jù)工藝的特點，復合應用各種加固措施，需要根據(jù)具體施工情況而定。

［1］ 陳建.緊鄰建筑物大斷面淺埋暗挖地鐵隧道施工控制技術［J］.石家莊鐵道學院學報:自然科學版，2007，20(3):119 －122，134.(CHEN Jian.Construction technology of shallow-buried large-sized metro tunnel nearby building［J］.Journal of Shijiazhuang Railway Institute:Natural Science，2007，20(3):119 －122，134.(in Chinese))

［2］ 曹建光，劉新.復合錨桿樁在加固鐵路地道橋臺工程中的應用［J］.中國煤田地質(zhì)，2007，19(S2):82－84.(CAO Jianguang，LIU Xin.Application of composite anchor pile in railway underpass bridge abutment consolidation engineering［J］.Coal Grology of China，2007，19(S2):82 －84.(in Chinese))

［3］ 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術［M］.北京:人民交通出版社，2010.

［4］ GB 50299—1999 地下鐵道工程施工及驗收規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2003.

［5］ 付黎龍，胡海波.地鐵隧道穿越地裂縫施工對既有橋梁影響分析［J］.隧道建設，2011，31(1):63－70.(FU Lilong，HU Haibo.Analysis on influence on existing bridge imposed by construction of Metro tunnel crossing ground fissure［J］.Tunnel Construction，2011，31(1):63 － 70.(in Chinese))

［6］ 龔洪祥，陸凱華.淺埋暗挖法隧道在軟－流塑地層中下穿建筑物施工技術［J］.江蘇建筑，2009(S1):30－32.(GONG Hongxiang，LU Kaihua.Constrution technology of shallow-buried excavation method through structure in soft fluidity plastic ground［J］.Jiangsu Construction，2009(S1):30－32.(in Chinese))

［7］ 易小明，張頂立.淺埋大跨隧道下穿建筑物時的變形控制標準［J］.都市快軌交通，2008(6):46－50.(YI Xiaoming，ZHANG Dingli.Study on deformation control criteria for a shallow large span tunnel under-passing building blocks［J］.Urban Rapid Rail，2008(6):46 －50.(in Chinese))

［8］ 李永敬.地鐵施工下穿建筑物沉降控制標準研究［J］.鐵道標準設計，2006(2):91－92，103.(LI Yongjing.Research on the subsidence control standards for the underpass buildings in construction of subway［J］.Railway Standard Design，2006(2):91 －92，103.(in Chinese))

［9］ 陳慶懷.淺埋暗挖隧道近距離下穿管線施工技術［J］.隧道建設，2008，28(3):330 － 335.(CHEN Qinghuai.Construction technology for shallow-buried undercut tunnels crossing underneath utility pipelines with short distances［J］.Tunnel Construction，2008，28(3):330 － 335.(in Chinese))

［10］ 于清浩，高志萍，謝勇濤.淺埋大跨連拱隧道下穿既有建筑物施工沉降控制［J］.隧道建設，2010，30(1):67－70，77.(YU Qinghao，GAO Zhiping，XIE Yongtao.Case study on settlement control in construction of shallow-buried large-span multi-arch tunnel crossing underneath existing buildings［J］.Tunnel Construction，2010，30(1):67 －70，77.(in Chinese))