盾構(gòu)先行過站對(duì)地鐵車站施工的影響及處理措施

鐘育剛

(中鐵隧道股份有限公司，河南鄭州 453000)

0 引言

為有效緩解日益擁堵的交通壓力，地鐵已經(jīng)成為我國(guó)很多大城市的首選公共交通工具而大力建設(shè)。盾構(gòu)施工技術(shù)在地鐵區(qū)間隧道建設(shè)中逐步占據(jù)主導(dǎo)地位，因受拆遷、場(chǎng)地移交、管線改移、文物保護(hù)等因素制約，在施工地鐵車站時(shí)常常出現(xiàn)無法按施工期完成的狀況，導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)無法正常過站，當(dāng)車站工期嚴(yán)重滯后時(shí)，可采用盾構(gòu)先行過站后再施工車站的順序。

1 工程概況

圓明園站為地下雙層島式車站，雙跨單柱、雙層矩形結(jié)構(gòu)。基坑?xùn)|西走向，全長(zhǎng)184.45 m，寬18.7 m，深 15.742 m，車站主體工程采用明挖順作法施工。由于車站施工中出現(xiàn)文物保護(hù)問題，施工組織未能如期推進(jìn)，盾構(gòu)無法正常通過圓明園站，如停機(jī)等待，堅(jiān)持原左、右線盾構(gòu)機(jī)從車站底板通過的方案，則左線盾構(gòu)機(jī)至少停機(jī)5個(gè)月，右線盾構(gòu)機(jī)至少停機(jī)9個(gè)月。同時(shí)，由于處在運(yùn)輸通道上，在進(jìn)行下個(gè)區(qū)間隧道掘進(jìn)時(shí)，會(huì)對(duì)車站站臺(tái)層附屬結(jié)構(gòu)施工造成影響，為滿足總體交付鋪軌的工期要求，采取盾構(gòu)直接掘進(jìn)通過圓明園站，然后再進(jìn)行圓明園站施工的方案。

2 先隧后站對(duì)車站施工的影響

盾構(gòu)過站后車站施工中必然要受成型隧道的影響，部分工序無法按原設(shè)計(jì)組織施工，對(duì)車站基坑穩(wěn)定和施工安全造成影響，重點(diǎn)要解決的是盾構(gòu)隧道和車站銜接區(qū)域圍護(hù)結(jié)構(gòu)、地層加固無法達(dá)到設(shè)計(jì)深度，鋼支撐位置調(diào)整，防止地下水通過管片背后環(huán)形間隙流入基坑，車站范圍隧道管片拆除等問題。

3 對(duì)車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)影響及處理措施

3.1 圍護(hù)樁樁長(zhǎng)調(diào)整

根據(jù)盾構(gòu)隧道已施工的現(xiàn)狀，車站東西兩端區(qū)間隧道洞門范圍內(nèi)鉆孔灌注樁無法按原設(shè)計(jì)樁長(zhǎng)施工，樁長(zhǎng)調(diào)整為地面到區(qū)間隧道頂部20 cm，洞門范圍外鉆孔灌注樁樁長(zhǎng)不變。盾構(gòu)隧道上方鉆孔樁長(zhǎng)度由原設(shè)計(jì)21.63 m調(diào)整為7.0 m～8.434 m。車站東西兩端圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔樁由原設(shè)計(jì)的1 200 mm間距加密至1 000 mm間距。

在鉆孔灌注樁施工前，對(duì)該位置的盾構(gòu)隧道進(jìn)行高程復(fù)測(cè)，精確計(jì)算隧道頂部標(biāo)高。施工過程中要根據(jù)地面實(shí)際標(biāo)高和隧道實(shí)測(cè)高程精確控制圍護(hù)樁的深度，保證調(diào)整后的圍護(hù)樁樁長(zhǎng)。

3.2 端頭加固及壓密注漿

為保證基坑開挖的施工安全，需對(duì)基坑?xùn)|西端頭進(jìn)行加固。加固范圍為沿線路縱向4.4 m，采用7排φ800 mm旋噴樁進(jìn)行加固，旋噴樁樁間咬合10 cm，梅花形布置，見圖1。為減少洞門范圍內(nèi)旋噴樁對(duì)成型隧道的影響，加固深度為地表至區(qū)間隧道頂部以上50 cm，洞門范圍外加固深度同鉆孔灌注樁。

圖1 車站端頭旋噴樁加固示意圖

為保證加固區(qū)的止水效果，在旋噴樁施工完成后從地面向下鉆孔對(duì)加固范圍內(nèi)進(jìn)行壓密注漿堵水，與端頭加固的旋噴樁組合形成一道隔水墻，注漿孔布置在端頭加固范圍內(nèi)的左右線隧道中線上、中線兩側(cè)各2 m位置，注漿孔縱向間距1 m，一個(gè)端頭設(shè)壓密注漿孔24個(gè)，加固深度為地面至區(qū)間隧道頂部以上10 cm，采用水泥—水玻璃雙液漿加固。

3.3 圍護(hù)樁外放調(diào)整

圓明園站西側(cè)標(biāo)準(zhǔn)斷面圍護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)距離隧道中線2 850 mm，盾構(gòu)機(jī)開挖半徑3 150 mm，如果盾構(gòu)機(jī)按原設(shè)計(jì)隧道中線掘進(jìn)則掘進(jìn)輪廓將侵入圍護(hù)結(jié)構(gòu)鉆孔灌注樁300 mm。為保證側(cè)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工時(shí)避開隧道管片，盾構(gòu)到達(dá)圓明園站西端后首先以一條長(zhǎng)為22.7 m的圓曲線將盾構(gòu)機(jī)軸線位置向內(nèi)轉(zhuǎn)彎避開側(cè)墻圍護(hù)結(jié)構(gòu)，然后以直線繼續(xù)向前推進(jìn)，同時(shí)將圓明園站西端頭陰角處10 m范圍內(nèi)圍護(hù)結(jié)構(gòu)拉直，與車站擴(kuò)大端頭圍護(hù)樁結(jié)構(gòu)齊平，即將該范圍內(nèi)的圍護(hù)結(jié)構(gòu)外放1 850 mm，圍護(hù)樁外放后與車站結(jié)構(gòu)側(cè)墻間空隙采用C15素混凝土回填，見圖2。因圍護(hù)樁位置調(diào)整，影響范圍內(nèi)的3根鋼支撐對(duì)撐長(zhǎng)度增加1 850 mm。

4 隧道和車站銜接區(qū)管片注漿止水及隧底土體加固

4.1 管片背后二次注漿止水

為防止地下水通過管片背后環(huán)形間隙從洞門位置滲漏并流入基坑，影響基坑的穩(wěn)定，在基坑開挖到該位置前通過注漿孔向管片背后進(jìn)行二次注漿止水，形成注漿止水密封圈。

1)加固范圍為區(qū)間隧道靠車站端各10環(huán)管片(包括洞口零環(huán))，總共40環(huán)管片需進(jìn)行背后二次注漿止水。2)逐一檢查并再次緊固管片連接螺栓。3)每環(huán)管片注漿孔數(shù)量為5個(gè)(C塊吊裝孔不注)，采用注漿機(jī)向管片背后注入水泥凈漿。水泥采用P.O32.5普通硅酸鹽水泥，水泥漿液水灰比為1∶1，注漿壓力為0.4 MPa，漿液擴(kuò)散距離按0.2 m計(jì)算，每環(huán)管片注漿量為4.67 m3。4)為掌握注漿過程的管片位移情況，全過程進(jìn)行管片變形觀察和監(jiān)控。

圖2 圍護(hù)樁調(diào)整前后對(duì)比圖

4.2 端頭零環(huán)管片底部鉆孔注漿加固

因端頭加固隧道底部位置無法實(shí)施，為避免基坑開挖時(shí)影響區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，在洞口零環(huán)管片底部鉆孔對(duì)地層進(jìn)行小導(dǎo)管注漿加固，深度為管片底部以下3 m。在零環(huán)管片上布置前后2排注漿孔，排距600 mm，每排注漿孔布置在隧道中心兩側(cè)各2.1 m投影范圍內(nèi)，孔間距為600 mm，每排布設(shè)注漿孔8個(gè)，兩排共計(jì)16個(gè)。采用水泥凈漿，注漿壓力控制在0.5 MPa。

5 基坑支護(hù)調(diào)整

5.1 端頭鋼支撐架設(shè)調(diào)整

車站原設(shè)計(jì)三道鋼管支撐，受區(qū)間隧道影響，東西兩端隧道洞門范圍內(nèi)鉆孔灌注樁只能施工到隧道頂部20 cm，處于斷開狀態(tài)，同時(shí)在車站東西端頭第三道斜撐受隧道影響，無法架設(shè)。為保證端頭處基坑的穩(wěn)定性，將第三道斜撐上移到隧道頂部加強(qiáng)支撐，隧道管片拆除后在原設(shè)計(jì)第三道斜撐位置改用水平對(duì)撐以保證端頭基坑南北方向圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，見圖3。

5.2 端墻增設(shè)錨索加固

車站東西端頭原第三道斜撐上移到隧道上方，增設(shè)第四道水平對(duì)撐后，在車站端墻左右線隧道區(qū)域外，第三道斜撐以下7.98 m開挖范圍的鉆孔樁沒有架設(shè)支撐，無法保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，增設(shè)錨索進(jìn)行錨固支撐。

布設(shè)4道錨索，每道5束，共計(jì)20束，在隧道外側(cè)距中線4 m處各施工1排，兩隧道間施工3排，排距2.5 m，豎向間距2 m，鋼腰梁采用兩根并列Ⅰ45C型鋼。

錨索加固范圍見圖4，錨索施工參數(shù)見表1。

圖3 車站端頭鋼支撐調(diào)整對(duì)比圖

圖4 錨索加固范圍示意圖

表1 錨索施工參數(shù)表

6 土方開挖及管片拆除

經(jīng)過對(duì)豎向土層壓力、側(cè)向土壓力、管片自重、靜水壓力分析，在沒有降水的情況下車站基坑開挖至距地面9.98 m(隧頂覆土厚度為9.4 m)深處時(shí)管片壓力平衡，即開挖基坑至隧道管片頂部時(shí)整個(gè)隧道處于穩(wěn)定狀態(tài)，只產(chǎn)生因應(yīng)力釋放發(fā)生的小變形。

當(dāng)開挖至隧道1/2處時(shí)，上部土壓力消失。此時(shí)，隧道管片受到自重和靜水壓力的作用，而靜水壓力明顯大于管片自重，故采取降水措施，經(jīng)計(jì)算降低后的水位線應(yīng)位于隧道中心線以下2.23 m?？紤]降水效果等不利因素現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際將水位線降至車站底板標(biāo)高下1.5 m處。

根據(jù)隧道受力分析結(jié)果結(jié)合實(shí)際施工情況，管片拆除要點(diǎn)如下:

1)將地下水位線降至車站結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高1.5 m以下位置，保證降水的連續(xù)性，以有效保護(hù)基坑及既成隧道的穩(wěn)定性。2)將車站與隧道接口處兩環(huán)管片的連接螺栓拆除，以防止在拆除車站范圍內(nèi)管片的過程中管片上浮變形帶動(dòng)既成隧道產(chǎn)生向上的位移。3)采用分段開挖的方法，將整個(gè)車站分為6段，每段長(zhǎng)度為30 m左右，從西向東施工，每段首先開挖到管片頂部位置，采取從上到下、左右對(duì)稱的方法開挖管片左右兩側(cè)土體，保證管片側(cè)向受力均勻，開挖到管片水平中線位置后采用50 t履帶吊拆每環(huán)管片的頂部3塊管片，然后繼續(xù)開挖管片中線以下的土體，待管片全部露出后拆除底部剩余的3塊管片。拆除管片時(shí)首先破除圓明園站最西端的一環(huán)管片將整個(gè)隧道的應(yīng)力釋放出來，然后采取由西向東的順序逐步拆除管片。4)為保證基坑開挖和管片拆除的施工安全，在整個(gè)開挖過程中加強(qiáng)監(jiān)控和監(jiān)測(cè)，記錄隧道在各個(gè)開挖階段產(chǎn)生的位移變形等，并能及時(shí)有效的采取應(yīng)急措施。

7 結(jié)語

通過本工程實(shí)例驗(yàn)證，當(dāng)盾構(gòu)無法實(shí)現(xiàn)正常過站，影響項(xiàng)目總工期時(shí)采取盾構(gòu)直接掘進(jìn)過站，再進(jìn)行車站施工的方案，能夠解決工期矛盾，但必須解決好圍護(hù)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、管片拆除等影響車站基坑穩(wěn)定和施工安全的問題，同時(shí)需考慮以下幾點(diǎn):

1)本工程車站范圍內(nèi)隧道管片拆除廢棄308環(huán)，造成較大資源浪費(fèi);2)車站基坑開挖工效嚴(yán)重降低，且要進(jìn)行錨索施工、管片拆除等工序，工序干擾較大;3)管片拆除前需對(duì)區(qū)間隧道影響范圍段(30 m)內(nèi)管片安裝拉緊裝置，并加裝內(nèi)支撐加固;4)管片拆除期間，基坑內(nèi)大量泥水流入?yún)^(qū)間隧道，增加清理工作量。

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