地鐵出入口下穿地面輕軌路基施工技術研究

張興剛

(沈陽鐵道勘察設計院有限公司，遼寧沈陽 110013)

地鐵出入口下穿地面輕軌路基施工技術研究

張興剛

(沈陽鐵道勘察設計院有限公司，遼寧沈陽 110013)

地鐵出入口暗挖下穿既有輕軌路基屬于重大風險源，所處地層為雜填土層及卵石層，地下水為海水環境，施工難度巨大。本文結合工程實例，對礦山法下穿地面有軌路基施工技術進行研究，包括數值計算、變形控制指標、工程措施及應急預案等，可作為今后類似工程的參考。

地鐵結構 地面輕軌路基 礦山法施工 全斷面止水 大管棚

1 工程概況

地鐵出入口下穿202地面輕軌路基，結構拱頂至路基底面的高度6.3～7.5 m，出入口結構拱頂位于雜填土中，洞身位于雜填土及卵石層中，地勘資料的綜合圍巖級別為Ⅵ級。

根據勘察報告，本工點場區地貌屬于凌水河階地，距離海岸線不足400 m，地勢平坦，地面高程4.16～5.16 m。本次勘察深度范圍內的地層為第四系全新統沖積層，第四系上更新統坡洪積層，第四系中更新統殘積黏土層及卵石層。其中卵石呈灰黃色，飽和，稍密～中密，多呈亞圓形，主要成分為石英巖，粒徑20～100 mm，局部含有漂石，間隙充填有礫砂等，層厚1.50～12.00 m，層底高程－10.59～－5.59 m。

由于雜填土的透水性強，穩定性較差，故在地面輕軌路基下方進行礦山法施工難度和風險都是巨大的，有效的超前支護措施是工程施工成功的關鍵。為有效控制運行中的地面輕軌路基的沉降，施工中采用在暗挖馬頭門處設置管棚導向墻，打設φ108@300 mm(壁厚12 mm，長45 m)超前大管棚進洞及采取超前支護措施。同時，以φ42@300 mm超前小導管注漿作為輔助超前支護措施。大管棚可以有效地起到剛性支撐的作用，小導管注漿可以有效固結雜填土層。

場區中凌水河于南北兩側穿過，凌水河遇漲潮期海水會沿河道倒灌。本場地范圍內地下水主要賦存于素填土層及卵石層中，水量豐富，同時受海水的潮汐影響，地下水位埋深3.1 m。由于結構處于卵石層中，卵石層具中等透水性，滲透系數k=10～12 m/d，對施工造成極嚴重的影響，故施工中采用井點區域降水輔以全斷面止水方案，這樣可以保證即使在井點降水失效的情況下，結構仍可以在全斷面止水的輔助下進行暗挖施工。

工程采用上下臺階法施工，初支格柵鋼架間距500 mm，二襯采用模筑C30混凝土。設計中采用ANSYS大型有限元數值模擬軟件進行計算，同時對比國內相似工程經驗，確保設計方案合理，有效控制地面輕軌路基安全。

2 數值分析

出入口隧道結構剖面及所處地層關系見圖1。主體結構頂部位于雜填土層中，洞身位于粉質黏土及卵石層中，本次計算主要分析結構處于不穩定土體中開挖時的地面沉降值及控制措施的作用。

計算采用平面應變模型，地層均采用平面實體單元模擬，隧道結構采用梁單元模擬?？紤]邊界效應的影響，計算模型的尺寸取為45 m×25 m。邊界條件為左右和底部為法向約束，上部為自由面。計算采用控制應力釋放率的方法模擬，隧道采用全斷面法施工，開挖釋放率為0.3?？紤]地表作用20 kPa的活載。有限元模型如圖2所示。

初期支護完成后結構內力如圖5及圖6所示?？梢娊Y構最大彎矩為45.173 kN·m，最大軸力233.967 kN。

圖1 結構剖面及所處地層(單位:mm)

圖2 有限元整體模型

圖3 出入口初期支護完成后豎向位移(單位:m)

圖4 出入口初期支護完成后路基底面沉降分布

圖5 出入口初期支護完成后襯砌彎矩(單位:N·m)

圖6 出入口初期支護完成后襯砌軸力(單位:N)

綜上分析可知，在超前大管棚作為超前支護的條件下，隧道本體的拱頂沉降達到了12.178 mm，路基基礎的最大沉降為5.865 mm，均小于《安全風險技術管理體系》和《鐵路線路修理規則》中對既有建筑和線路的控制指標。出入口在格柵+φ108@300 mm超前大管棚+φ42@300 mm超前小導管注漿作為超前支護情況下，結構能滿足路基的沉降要求。

但考慮土體結構本身的復雜性，尤其是在進行區域降水的情況下，卵石層的細小顆粒會隨著降水井的水流被抽走，從而造成地層的沉降(這部分沉降不在本次計算的模擬范圍內)，故在進行施工前，應首先進行降水試驗，盡量減小井壁紗布的孔徑，降低降水造成的沉降影響。如由于降水造成的土體固結及細小顆粒流失對地層沉降影響明顯，應考慮全斷面注漿止水的方案。這樣不但可以滿足礦山法施工條件，還可以避免降水造成的地面沉降。

在施工過程中需要加強對暗挖結構和路基的實時監測，并適時調整支護參數和施工措施，做到動態設計，確保路基和出入口結構的安全。

3 變形控制指標

依據工程實際地質情況，通過有限元計算、以往經驗及建筑物沉降控制標準，可以得出以下結論，為了確保路基在區間出入口施工過程中，不致發生結構沉降過大而破壞，確定該路基基礎沉降控制標準為:路基絕對沉降控制在20 mm以內，隆起量控制在10 mm以內;穿越輕軌軌道絕對沉降值建議不大于10 mm。線路鋼軌靜態幾何尺寸容許偏差管理值(按列車速度＜120 km/h、經常保養狀態):①軌距，+7～－4 mm;②水平，6 mm;③高低，6 mm;④三角線扭曲，6 mm。

4 風險工程保護措施

1)施工前應先對輕軌路基進行地面注漿加固，必要時可以進行地面扣軌，在暗挖施工中應對列車進行限速。

2)控制開挖進尺，每循環控制在0.5 m并及時架設格柵，進行噴射混凝土支護。

3)出入口采用環形臺階法開挖，格柵間距0.5 m。在下臺階卵石地層中，施工時加強超前地質預報，打設超前探水管，保持作業面前方不小于5 m的探測長度，如降水及止水效果沒能滿足施工要求，應在作業面注水泥水玻璃漿液進行封堵，確保無水作業。

4)施工應遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”的原則。施工時加強地表沉降、滲漏水監測，特別是路基的位移監測，監測頻率應適當加密。如有可能應盡量選擇枯水季節施工。

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5 應急預案

為保證周邊環境和施工的安全，各相關方須通力合作，采取有效的維護及應急措施。當量測中發現指標超限時，應立即停止開挖，全斷面封閉作業面，并及時通知業主、監理及設計單位，提供所有資料給有關人員或部門，認真分析與查找原因，提出對策，采取可靠措施后方可恢復掌子面開挖。以下提供的應急措施僅供參考，各項措施應根據需要選用。

1)施工期間應配備必要的搶險設備及材料，例如注漿機、砂包、水泥、速凝劑及鋼管等。

2)應配備一定數量的搶險人員，指揮人員應在現場值班。

3)如沉降過大，可對開挖影響范圍的土體，尤其是結構與地面輕軌路基間的土體進行加固處理，根據監測情況調整注漿壓力和參數。

4)如出現紅色預警，可采用注漿、旋噴樁進行跟蹤加固。

5)加密監測頻率，成立現場指揮小組進駐現場進行24 h的施工管理。

6 結論

1)對于采用礦山法施工的暗挖結構下穿軌道交通路基時，必須采取有效的超前支護措施，如密排大管棚在結構頂部形成較大剛度的殼體，對上覆土體形成較強支護，對控制路基變形起到控制作用。

2)對于礦山法隧道結構下穿重大風險源的工況，設計中應盡量對結構斷面進行劃分，使每次以較小斷面開挖，同時嚴格控制施工進尺，控制爆破振速。

3)有條件時，施工前地面應對路基進行加固，以有效控制沉降發展。

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TU94+1

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2013．05．29

1003-1995(2013)05-0096-03

2012-11-26;

2013-01-30

張興剛(1974—)，男，遼寧沈陽人，高級工程師。

(責任審編 孟慶伶)