復(fù)雜環(huán)境下地鐵隧道CRD工法施工技術(shù)研究

■ 汪正斌

0 引言

地鐵修建過程中采用有效合理的施工措施和技術(shù)，減少施工對(duì)周圍土體的影響，控制地層移動(dòng)，避免鄰近建筑物、路面和地下管線的破壞，是工程技術(shù)人員亟待解決的一大難題，若施工方法選擇不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致周邊環(huán)境產(chǎn)生安全隱患[1-2]。如2008年11月正在施工的杭州地鐵1號(hào)線湘湖站北2基坑現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生大面積坍塌，造成重大傷亡事故[3]。因此，選擇合適的隧道施工方法避免對(duì)周邊環(huán)境的影響尤為重要。

1 工程概況

深圳地鐵11號(hào)線BT項(xiàng)目后海站及紅樹灣站—后海站礦山法隧道全長(zhǎng)為138．855 m，埋深15．000 m，開挖斷面寬11．540 m，高9．750 m，采用CRD工法施工。礦山法隧道位于南山區(qū)海德三道正下方，沿海德三道呈東西向布置。礦山法隧道北側(cè)為深圳灣體育中心，南側(cè)為正在施工的華潤(rùn)大廈，基坑深度約28 m，與隧道同步施工。根據(jù)地下管線探測(cè)報(bào)告，橫穿隧道管線主要有給水管、路燈電纜、雨水管，隧道北側(cè)主要有給水管、路燈電纜、電信管、雨水管、燃?xì)夤堋⑴潘浜渲信潘浜嚯x隧道中心線約20 m。

紅樹灣站—后海站礦山法隧道地層從上往下依次為：第四系全新統(tǒng)人工堆積層（Q4ml）①1素填土、①4填塊石、①6雜填土，第四系全新統(tǒng)海陸互相沉積層（Q4mc）②1淤泥，第四系殘積層（Qel）⑦1-1可塑狀礫質(zhì)黏性土、⑦1-2硬塑狀礫質(zhì)黏性土，燕山期粗粒花崗巖（γ53）⑧1全風(fēng)化粗粒花崗巖、⑧2-1砂土狀強(qiáng)風(fēng)化粗粒花崗巖、⑧2-2塊狀強(qiáng)風(fēng)化粗粒花崗巖、⑧3中等風(fēng)化粗粒花崗巖、⑧1-4微風(fēng)化粗粒花崗巖。隧道穿越地層主要為⑦1-1可塑狀礫質(zhì)黏性土、⑦1-2硬塑狀礫質(zhì)黏性土。地質(zhì)剖面示意見圖1。

該地層上部主要為孔隙潛水，填石層為主要含水層，富水性和透水性較好，其他屬弱透水層。地下水為微咸水～咸水，地下水對(duì)混凝土為弱～中等腐蝕性。穩(wěn)定地下水標(biāo)高-0．49～2．04 m。

2 施工方案選擇分析

礦山法開挖方式對(duì)比見表1。

本工程具有以下特點(diǎn)：

圖1 地質(zhì)剖面示意圖

表1 礦山法開挖方式對(duì)比

（1）周邊環(huán)境復(fù)雜。礦山法隧道北側(cè)為深圳灣體育中心，南側(cè)為正在施工的華潤(rùn)大廈，基坑深度約28 m，與隧道同步施工。隧道北側(cè)有給水管、路燈電纜、電信管、雨水管、燃?xì)夤堋⑴潘浜瓩M穿隧道，其中排水箱涵距離隧道中心線約20 m。對(duì)沉降控制要求高。

（2）地質(zhì)條件差。隧道穿過可塑狀礫質(zhì)黏性土、硬塑狀礫質(zhì)黏性土，含水量高，自穩(wěn)能力差。

（3）大斷面結(jié)構(gòu)，施工風(fēng)險(xiǎn)大。開挖斷面寬度11．540 m，高度9．750 m，為大斷面結(jié)構(gòu)，施工風(fēng)險(xiǎn)大。

工程周邊環(huán)境復(fù)雜，若地面沉降過大，會(huì)對(duì)周邊建筑物和管線造成極大安全隱患，因此，控制地面沉降尤為重要。CRD法對(duì)沉降控制效果最好，故采用CRD法施工，即在隧道斷面中心設(shè)置隔墻，斷面分4步開挖，每步開挖后初期支護(hù)通過中隔墻和臨時(shí)仰拱封閉成環(huán)，初期支護(hù)全部完成封閉后，作二次襯砌的仰拱和填充，最后分段拆除中隔墻和臨時(shí)拱腰仰拱，一次灌注二次襯砌混凝土[4]。

3 CRD工法

3.1 工法原理

CRD工法又叫中隔壁法，即在隧道斷面中部設(shè)置中隔墻，將斷面分塊，達(dá)到降低開挖跨度和開挖高度的效果，進(jìn)行分部開挖、分塊成環(huán)、化大為小、步步封閉、環(huán)環(huán)相扣形成全斷面初期支護(hù)封閉結(jié)構(gòu)的施工方法。同時(shí)在施工中，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，依靠量測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行支護(hù)施工。該工法的特點(diǎn)是安全性高、技術(shù)要求高但施工難度小、地層沉降量小，適用于地質(zhì)條件差、寬度大、安全要求高的隧道[5]。

3.2 工程總體施工流程

隧道開挖施工工藝流程為：（1）施工超前大管棚，全斷面注漿，超前小導(dǎo)管；（2）左側(cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階開挖支護(hù)；（3）左側(cè)導(dǎo)坑下臺(tái)階開挖支護(hù)；（4）右側(cè)導(dǎo)坑上臺(tái)階開挖支護(hù)；（5）右側(cè)導(dǎo)坑下臺(tái)階開挖支護(hù)；（6）拆除臨時(shí)支護(hù)；（7）二次襯砌施工。

3.3 超前預(yù)支護(hù)施工工藝

3.3.1 超前管棚施工

采用水平有線導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)的方法實(shí)施，即成孔和埋設(shè)管棚一次完成，由一端打設(shè)管棚，管棚長(zhǎng)度108 m，一端通長(zhǎng)打設(shè)，選用直徑φ108 mm，壁厚t=8 mm無縫鋼管作管棚鋼管，管棚采用絲扣連接，絲扣長(zhǎng)150 mm，為了避免鋼管同步搭接，大管棚前端第一根可采用2種規(guī)格，單號(hào)第一根打設(shè)4 m鋼管，雙號(hào)第一根打設(shè)6 m鋼管，其他管節(jié)采用6 m長(zhǎng)鋼管。為了保證質(zhì)量，打設(shè)時(shí)采用跳打的施工順序。根據(jù)地質(zhì)情況，終孔后封堵管口，漿液從φ108 mm鋼管內(nèi)注入，由管外環(huán)狀間隙到孔口反出水泥漿，關(guān)閉排漿閥，持續(xù)加壓注漿至3 MPa，注漿結(jié)束，漿液水灰比為1∶1。

3.3.2 全斷面注漿

全斷面注漿孔水平間距0．8 m，環(huán)向間距1．2 m，均勻布置。縱向加固長(zhǎng)度為15 m，縱向間距為13 m，形成2 m止水盤。徑向加固范圍：隧道開挖輪廓線外2．5 m范圍內(nèi)。

3.3.3 超前小導(dǎo)管施工

超前小導(dǎo)管采用長(zhǎng)3．5 m的φ42 mm×3．5 mm鋼花管，環(huán)向間距0．4 m，縱向間距2．0 m，外插角10°～20°。小導(dǎo)管沿起拱線以上范圍內(nèi)環(huán)向布設(shè)。由于拱頂為礫質(zhì)黏性土，漿液材料為水泥水玻璃雙漿液，注漿壓力一般控制在0．2～0．5 MPa，注漿材料、注漿方式及注漿壓力在實(shí)際操作時(shí)將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際暴露的地質(zhì)情況進(jìn)行調(diào)整。

3.4 土方開挖方案

土方開挖采用小型機(jī)械配合人工開挖，臺(tái)階法施工，每次進(jìn)尺長(zhǎng)度為0．5 m。上臺(tái)階開挖需留置核心土，核心土面積不小于開挖斷面的50%，上下臺(tái)階錯(cuò)距3～5 m，下臺(tái)階土方開挖完畢后及時(shí)將上下格柵封閉，并及時(shí)噴射混凝土；同時(shí)核心土需進(jìn)行人工放坡，坡度不得小于1∶0．75（高寬比），嚴(yán)禁出現(xiàn)負(fù)坡。采用小推車、三輪車進(jìn)行隧道內(nèi)的水平運(yùn)輸，上部導(dǎo)洞中層板施工時(shí)，在中部預(yù)留500 mm×500 mm預(yù)留洞，上導(dǎo)洞土方均通過此洞口導(dǎo)入下導(dǎo)洞，再?gòu)南聦?dǎo)洞將土方運(yùn)至吊出井內(nèi)。

3.5 初期支護(hù)

拱架在加工場(chǎng)冷彎分段制作，拱架各段之間采用連接角板、螺栓連接，格柵鋼架施工流程見圖2。初支混凝土采用C25（早強(qiáng)），初期支護(hù)厚320 mm，臨時(shí)支護(hù)250 mm，施工采用潮噴工藝，自下而上、分層分段進(jìn)行，先噴射土層與格柵之間混凝土，然后再噴射兩榀拱架之間混凝土。

3.6 二次襯砌施工

針對(duì)襯砌施工時(shí)拆除中隔墻受力狀態(tài)發(fā)生變化情況，通過監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，確定每次拆除中隔墻4～6 m。襯砌施工首先檢查隧道斷面尺寸，接著架設(shè)二次襯砌的邊墻拱部鋼筋骨架，人工立模（組合模板工字鋼拱架）。混凝土集中拌制，攪拌車輸送，泵送入模。環(huán)縫均設(shè)止水帶，并按防水施工規(guī)范要求嚴(yán)格施工[6]。

4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

4.1 監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

對(duì)隧道周邊環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為地表沉降和管線沉降[7]，具體內(nèi)容見表2。

表2 監(jiān)測(cè)內(nèi)容及測(cè)點(diǎn)布置

4.2 地表沉降

YDK11+955斷面和YDK11+945斷面地表沉降隨時(shí)間變化見圖3。可以看出，地表沉降經(jīng)歷了緩慢變形階段、急劇變形階段和穩(wěn)定變形階段，在左上導(dǎo)洞和左下導(dǎo)洞開挖過程中地表呈現(xiàn)出緩慢變形，右上導(dǎo)洞開挖過程中地表呈現(xiàn)出急劇變形，右下導(dǎo)洞開挖過程中地表呈現(xiàn)出穩(wěn)定變形。在開挖過程中，地表沉降值均在控制值以內(nèi)， 可知CRD工法對(duì)地表沉降控制具有較好效果，對(duì)周邊建筑物影響較小。

4.3 管線沉降

管線沉降隨時(shí)間變化見圖4。可以看出，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，管線沉降呈現(xiàn)逐漸變大后穩(wěn)定的趨勢(shì)，沉降值均在控制值內(nèi)，說明CRD工法施工對(duì)管線沉降控制具有較好效果，對(duì)管線影響較小。

圖2 格柵鋼架施工流程

圖3 地表沉降隨時(shí)間變化圖

圖4 管線沉降隨時(shí)間變化圖

5 結(jié)束語

在復(fù)雜環(huán)境條件下隧道施工必須選擇有效合理的施工措施和技術(shù)，避免造成鄰近建筑物、路面和地下管線的破壞。針對(duì)深圳地鐵11號(hào)線紅樹灣站—后海站礦山法隧道工程的特點(diǎn)和難點(diǎn)，確定CRD工法施工，系統(tǒng)闡述在復(fù)雜環(huán)境條件下CRD工法施工方案，對(duì)地表沉降和管線沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得出該方法對(duì)周邊環(huán)境影響較小，適用于在復(fù)雜環(huán)境下的隧道施工，對(duì)類似工程具有一定借鑒意義。

[1] 王江．鐵路隧道監(jiān)控量測(cè)信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]．中國(guó)鐵路，2015(4)：50-53．

[2] 余大龍，舒東利，王磊．突水突泥隧道段落圍巖壓力及整治措施[J]．中國(guó)鐵路，2017(7)：75-80．

[3] 孫雷江．盾構(gòu)隧道施工對(duì)鄰近基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)影響模擬分析[D]．蘇州：蘇州科技學(xué)院，2014．

[4] 趙源林，姜玉松．既有鐵路路基下軟巖隧道的CRD法施工技術(shù)[J]．安徽理工大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2005，25(2)：29-34．

[5] 郭杰．改進(jìn)的雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工安全性分析[J]．隧道建設(shè)，2014，34(6)：525-533．

[6] 徐禮華，艾心熒．廈門機(jī)場(chǎng)路隧道施工對(duì)砌體結(jié)構(gòu)建筑物的影響分析[J]．巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2010，29(3)：583-592．

[7] GB 50911—2013 城市軌道交通工程監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范[S]．