地鐵暗挖車站側(cè)穿高架橋樁基的施工措施與對(duì)策

李克建，孫偉青，秦愛(ài)紅

(1.青島地礦巖土工程有限公司，山東 青島 266100； 2.青島理工大學(xué)琴島學(xué)院，山東 青島 266106)

1 工程概況

青島市地鐵1號(hào)線為南北走向線路，線路南起峨眉山路站，跨越黃島區(qū)、市南區(qū)、市北區(qū)、李滄區(qū)、城陽(yáng)區(qū)，終至城陽(yáng)區(qū)東郭莊村。線路全長(zhǎng)約 60 km，共設(shè)車站39座，均為地下站。

青島地鐵1號(hào)線海泊橋站車站總長(zhǎng)約 192 m，車站主體結(jié)構(gòu)采用明暗結(jié)合法施工，其中暗挖段約 131 m，明挖段約 61 m，車站底板標(biāo)高 -22.22 m，基礎(chǔ)底板埋深約28.39 m～31.36 m，暗挖段頂板覆土深約為 11.5 m～12.4 m。車站共設(shè)4座出入口，2座風(fēng)亭，部分出入口與地鐵4號(hào)線換乘。其中1號(hào)線海泊橋站車站主體暗挖段于里程K39+435～K39+445下穿杭鞍高架橋，高架橋樁基距離車站主體拱頂最近水平距離為 1.6 m(車站位置及平面布置如圖1所示)，本文以1號(hào)線海泊橋站暗挖段距離杭鞍高架橋樁基最近處區(qū)段為研究對(duì)象，以場(chǎng)地工程地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，提出了施工過(guò)程中應(yīng)采取的主要措施與對(duì)策建議。

圖1海泊橋站位置及平面布置示意圖

2 場(chǎng)地工程地質(zhì)條件

2.1 地形地貌

擬建場(chǎng)地工程地質(zhì)分區(qū)主要為構(gòu)造剝蝕區(qū)及河流侵蝕堆積區(qū)，其中起點(diǎn)至里程K39+436為河流侵蝕堆積區(qū)，地貌類型主要河流侵蝕堆積一級(jí)階地，地形較為平坦，地面高程 7.5 m～8.8 m；里程K39+436至終點(diǎn)為構(gòu)造剝蝕區(qū)，地貌類型主要為剝蝕斜坡，地形起伏不大，地面高程 8.5 m～9.4 m。沿線兩側(cè)多為樓房建筑，且站點(diǎn)北側(cè)下穿杭鞍高架橋，地面條件較為復(fù)雜。

2.2 地層巖性

圖2車站地層巖性示意圖

通過(guò)勘察取芯揭示，本車站中微風(fēng)化巖體多較破碎，部分地段節(jié)理裂隙密集發(fā)育，如圖3、圖4所示。

圖3 中風(fēng)化巖體

圖4 微風(fēng)化巖體

2.3 場(chǎng)地地質(zhì)構(gòu)造

本車站斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅局部揭露次生構(gòu)造破碎帶。根據(jù)區(qū)域地質(zhì)資料，場(chǎng)地東南側(cè) 2 km～5 km范圍內(nèi)依次發(fā)育有伏虎山斷裂、青島山斷裂、關(guān)山斷裂，上述斷裂帶均為滄口斷裂的派生斷裂，形成于中生代末期，具多期活動(dòng)的特征，但活動(dòng)輕微，從地震年表上，包括斷裂帶位置的該區(qū)近百年來(lái)未發(fā)生過(guò)六級(jí)以上的地震，近期的地震紀(jì)錄沒(méi)有明顯活動(dòng)性表現(xiàn)。各斷裂詳細(xì)特征如表1所示。

青島地鐵1號(hào)線海泊橋站主要影響斷裂一覽表 表1

受區(qū)域主斷裂及上述斷裂影響，本車站局部地段發(fā)育有構(gòu)造破碎帶，通過(guò)勘察中鉆孔揭示情況，場(chǎng)區(qū)次生構(gòu)造破碎帶巖體受強(qiáng)烈擠壓作用脆性破裂成碎塊和砂土狀，原巖為花崗巖，礦物蝕變現(xiàn)象明顯，局部夾有數(shù)厘米寬的泥狀錯(cuò)碎物，形成風(fēng)化深槽。

2.4 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)地水文地質(zhì)單元為河流階地松散巖類孔隙水、基巖裂隙水分布區(qū)及低山丘陵松散巖類孔隙水、基巖裂隙水分布區(qū)，該站地下水類型主要為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水。

第四系孔隙潛水水位埋深2.30 m～3.50 m，水位標(biāo)高 4.84 m～6.83m，主要賦存于第①層素填土及第⑤、⑨層中、粗砂，主要接受側(cè)向逕流及大氣降水補(bǔ)給，以側(cè)向逕流、人工開(kāi)采方式排泄；由于場(chǎng)區(qū)近青島市內(nèi)主河流-海泊河，砂層水量較大，有穩(wěn)定的地下水位。

基巖裂隙水分為風(fēng)化裂隙水和構(gòu)造裂隙水。風(fēng)化裂隙水與第四系孔隙水密切相關(guān)，主要賦存于強(qiáng)風(fēng)化帶，地下水徑流深度較大，徑流方向復(fù)雜。該層滲透性較小，呈似層狀分布于地形相對(duì)低洼地帶，水量及給水度均較小，水位埋深 3.60 m～4.50 m，水位標(biāo)高 3.59 m～6.08 m，水位不甚連續(xù)。構(gòu)造裂隙水主要賦存于中風(fēng)化和微風(fēng)化基巖構(gòu)造破碎帶、節(jié)理裂隙密集帶中，呈脈狀、帶狀產(chǎn)出，主要接受相鄰導(dǎo)水構(gòu)造通過(guò)側(cè)向補(bǔ)給及上層地下水或大氣降水的補(bǔ)給，其分布、水量、逕流方向及承壓性也受巖體導(dǎo)水和阻水構(gòu)造控制，由于巖體中上述構(gòu)造分布的不均勻性及復(fù)雜性，構(gòu)造裂隙水的上述特征也表現(xiàn)為相應(yīng)的復(fù)雜性和不均勻性。

3 地鐵施工對(duì)橋樁的影響分析

杭鞍高架橋?yàn)榍鄭u東西主干道，交通量非常大，根據(jù)搜集到的建(構(gòu))筑物資料顯示，橋梁建于2000年左右，上跨海泊橋車站處為三跨連續(xù)梁結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)采用樁基，樁基類型為端承樁，樁基直徑為 1.5 m，樁長(zhǎng)約 17 m，樁基基底嵌入中風(fēng)化巖 2.0 m，單樁荷載按 8 000 kN考慮，變形容許值不大于 5 mm，樁基距離暗挖車站拱頂最近水平距離為 1.6 m，地鐵線路設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)多次論證仍無(wú)法規(guī)避。車站暗挖段采用礦山法施工，主體結(jié)構(gòu)埋深 11.5 m～12.4 m，開(kāi)挖寬度最大處約 26.1 m，開(kāi)挖高度 19.4 m。暗挖車站側(cè)穿樁基段地層自上而下依次為：第四系素填土，厚度約 2.0 m，第四系全新統(tǒng)沖洪積粉質(zhì)黏土層，厚度約 5.0 m，第四系全新統(tǒng)沖洪積中粗砂層，厚度約 4.0 m，下伏強(qiáng)、中、微風(fēng)化巖，地下水類型為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，第四系潛水主要賦存于中粗砂層，地層滲透性較好，水量較大，基巖裂隙水與第四系潛水密切相關(guān)，受區(qū)域構(gòu)造影響賦水性與滲透性相對(duì)復(fù)雜和不均勻。隧道開(kāi)挖過(guò)程中，將使周圍巖土體的應(yīng)力環(huán)境發(fā)生很大變化，施工過(guò)程中圍巖應(yīng)力釋放后產(chǎn)生的位移，將造成較大范圍的巖土體變形，另外在施工過(guò)程中如地下水控制措施不當(dāng)，有可能導(dǎo)致地下水水位下降，造成巖土體強(qiáng)度降低，極易誘發(fā)掌子面失穩(wěn)、圍巖塌方等事故，嚴(yán)重影響橋梁樁基的穩(wěn)定；由于隧道與高架橋樁基的距離非常近，控制爆破對(duì)樁基的振動(dòng)要求非常高，防止振動(dòng)對(duì)樁基造成影響。地鐵隧道穿越高架橋施工，必須安全順利通過(guò)，既不能阻斷交通，又要保證行車安全，不出任何安全事故，也不能損害既有樁基。

4 主要施工措施與對(duì)策建議

4.1 車站暗挖段加固措施建議

為保證地鐵施工及運(yùn)營(yíng)期間橋梁的安全，車站暗挖段必須采取強(qiáng)而有效的支護(hù)措施，隧道開(kāi)挖過(guò)程中主要通過(guò)第四系中、粗砂、強(qiáng)～微風(fēng)化花崗巖及花崗斑巖及煌斑巖，隧道拱頂距第四系地層距離較小或直接位于第四系地層中，地層富水性與透水性弱～強(qiáng)，水量較大，隧道圍巖等級(jí)為Ⅵ級(jí)，可考慮進(jìn)行地面高壓旋噴輔助注漿止水，洞內(nèi)采用止水帷幕注漿；其余地段地下水富水性整體較貧，建議初支采用格柵鋼架+超前錨桿+鎖腳錨桿錨噴支護(hù)方式，在構(gòu)造裂隙發(fā)育地段透水性相對(duì)較好，水量可能相對(duì)較大，但匯水條件相對(duì)較差，隧道開(kāi)挖過(guò)程中，此地段可能出現(xiàn)潮濕狀～點(diǎn)滴狀淋水，局部發(fā)育節(jié)理密集帶位置巖體較破碎，圍巖透水性中等～強(qiáng)，隧道開(kāi)挖施工過(guò)程中，如遇水量較大、圍巖破碎、穩(wěn)定性差的情況，應(yīng)考慮采取加強(qiáng)支護(hù)措施，可增加超前錨桿或超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)等輔助措施來(lái)進(jìn)行支護(hù)。

地面高壓旋噴注漿宜加固車站拱頂上方不小于 5 m地層，洞內(nèi)采用超前小導(dǎo)管及大管棚支護(hù)(如圖5所示)，最大限度保護(hù)圍巖，充分發(fā)揮圍巖自身承載力，每步開(kāi)挖采用小導(dǎo)管注漿進(jìn)行加固，隧道施工期間應(yīng)嚴(yán)格按“短進(jìn)尺、弱爆破、早封閉、勤量測(cè)”的12字方針進(jìn)行施作，以確保施工安全。

4.2 側(cè)穿杭鞍高架橋樁基工程措施建議

根據(jù)勘察揭示的地質(zhì)情況和車站的設(shè)計(jì)方案，建議采用雙排錨桿樁對(duì)橋樁進(jìn)行隔離加固，在隧道與橋樁之間打設(shè)鋼管樁，鋼管樁長(zhǎng)度 24 m，間距 0.75 m，樁內(nèi)注水泥漿加固；開(kāi)挖施做初期支護(hù)后及時(shí)打設(shè)三排預(yù)應(yīng)力錨索控制隧道及橋樁底部位移，可采用3束鋼絞線錨索，長(zhǎng)度 10 m，間距按 4 m考慮，錨索施工時(shí)應(yīng)避開(kāi)鋼管樁及樁基，洞內(nèi)開(kāi)挖前采用帷幕注漿對(duì)拱頂范圍軟弱圍巖進(jìn)行加固，保證巖土體的完整堅(jiān)固，開(kāi)挖后及時(shí)施做初支并施做預(yù)應(yīng)力錨索控制變形(如圖6所示)。同時(shí)，施工期間應(yīng)嚴(yán)格控制爆破，做好超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。

圖6橋樁隔離加固方案示意

4.3 控制爆破開(kāi)挖對(duì)策

為減少爆破振動(dòng)對(duì)橋樁的影響，控制爆破開(kāi)挖顯得尤為重要。建議爆破采用淺孔弱爆破開(kāi)挖，遵循“短進(jìn)尺、弱爆破、多循環(huán)”的原則。開(kāi)挖掏槽方式建議采用楔形掏槽，未進(jìn)入橋樁時(shí)，在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行爆破試驗(yàn)，鉆孔深度1m，并監(jiān)測(cè)爆破振動(dòng)速度，以確定最大裝藥量及炮眼的布置方案，要求爆破振速≤10mm/s。同時(shí)，可在靠近樁基一側(cè)隧道周邊沿輪廓線環(huán)向設(shè)置一排減震孔，減震孔間距按30cm考慮，采用潛孔鉆機(jī)水平鉆進(jìn)，減震孔的設(shè)置可減少爆破沖擊對(duì)樁基的擾動(dòng)。

4.4 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)建議

施工期間必須加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，做到信息化施工，及時(shí)反饋設(shè)計(jì)及施工，調(diào)整和修改設(shè)計(jì)參數(shù)，以確保隧道和樁基安全可靠。為此，建議進(jìn)行洞身拱頂下沉、凈空收斂、鋼筋格柵內(nèi)力、爆破振動(dòng)、地表沉降等監(jiān)測(cè)，對(duì)開(kāi)挖圍巖、掌子面進(jìn)行地質(zhì)編錄及洞內(nèi)外觀察。

5 結(jié) 語(yǔ)

青島地鐵1號(hào)線海泊橋站地質(zhì)條件復(fù)雜、地下水發(fā)育、暗挖段側(cè)穿高架橋樁基，這給設(shè)計(jì)和施工帶來(lái)了一定的難度。本文通過(guò)對(duì)場(chǎng)地工程地質(zhì)條件及地鐵施工對(duì)樁基影響的分析評(píng)價(jià)，提出了對(duì)拱頂砂層進(jìn)行地面高壓注漿，洞內(nèi)采用超前小導(dǎo)管及大管棚支護(hù)，采用錨桿樁對(duì)橋樁進(jìn)行隔離加固，控制爆破開(kāi)挖，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)等措施建議，以指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工，也可作為同類工程的參考。

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