暗挖施工豎井及橫通道兼做風井和泵房施工要點分析

吳純保， 徐國慶

(安徽省交通規劃設計研究總院股份有限公司，安徽 合肥 230088)

0 引 言

伴隨各大城市的發展，城市軌道交通建設的速度在逐漸加快，修建地鐵的城市規劃以及修建的地鐵線網逐漸增加，線路逐漸變得密集，新建車站和區間受周邊管線改遷、交通疏解實施的困難程度等因素的影響，車站和區間經常需要采用暗挖法進行施工。近些年，采用淺埋暗挖法修建的地下工程越來越多，特別是在城市地下空間開發與應用上，淺埋暗挖法的優越性日益彰顯，其具備施工靈活、對環境以及地面交通影響小的優點，但存在優點的同時也有很多困難需要克服，例如城市淺埋地下工程的缺點主要是覆土薄、地質條件差、自身穩穩定性差、承載力小、變形快，容易易出現大的沉降產生或坍塌。文章以具體某區間的施工豎井及橫通道兼風井的設計及施工為例展開分析。

1 施工豎井及橫通道兼做風井和泵房概況

某區間設置施工豎井及橫通道1座，兼做風井和泵房。豎井平面初支內凈空尺寸6.90 m×4.60 m，井深為28.481 m。豎井采用倒掛井壁法施工，初期支護厚度為350 mm。由C25噴混、鋼筋網片、格柵鋼架和小導管組成初期支護體系，豎井內設置臨時型鋼支撐。豎井井底采用型鋼與噴射混凝土封底，井口設置1 500 mm×1 500 mm鎖口圈梁，豎井二襯厚度為600 mm/500 mm/400 mm。

橫通道從豎井西側接出，采用拱頂直墻斷面形式，拱頂覆土厚度為16.34～17.73 m，開挖寬度為4.80～7.10 m，開挖高度為6.43～10.493 m。橫通道設置1～2道臨時中板，初期支護及臨時中板均為300 mm厚，由C25噴射混凝土、鋼筋網、鎖腳錨管及格柵鋼架組成支護體系，采用臺階法施工，正線進洞范圍橫通道二襯施工完成后，正線方可進洞，二襯厚度拱頂及側墻為500 mm，底板為500 mm/600 mm。正線區間施工完成后再進行泵房以及橫通道及豎井剩余二襯的施工，用于永久風井和泵房，如圖1所示。

圖1 豎井及橫通道兼做風井和泵房簡圖

2 工程地質

2.1 水文地質概況

豎井壁地層自上而下依次為：1-1雜填土、1-2素填土、3-1-1新黃土、3-2古土壤、4-1-1老黃土、4-1-2老黃土，4-4粉質黏土、4-6細砂、4-7中砂。雜填土、素填土、中砂穩定性差。4-1-2老黃土及3-1-1新黃土底部含水量高，土體較松軟，坑壁易坍塌等。施工豎井及橫通道穿越地層主要為3-2古土壤、4-1-1老黃土、4-1-2老黃土，4-4粉質黏土，局部為4-5粉土、4-7中砂；減壓井橫通道穿越的地層主要為4-1-1老黃土、4-1-2老黃土，4-4粉質黏土， 4-7中砂；施工豎井橫通道穿越的地層主要為3-1-1新黃土、3-2古土壤、4-1-1老黃土、4-1-2老黃土，4-4粉質黏土， 局部為4-6細砂。4-1-2下部及4-4粉質黏土、4-5粉土、4-6細砂、4-7中砂均位于地下水位以下。

據鉆探揭露，地下水位埋深為20.5～23.1 m，相應標高為376.98～379.89 m，地下水位較初勘時上浮1～3 m。究其原因，與地下水位年際變化及城中村拆遷致居民家中水井長時間停抽有關。地下水屬第四系松散層孔隙潛水，賦存于黏性土、砂土層中，富水性整體較弱。新黃土下部局部2～3 m段含水量較高，近軟塑，該段局部可能存在上層滯水。

含水層為黏性土夾砂類土，成層基本穩定。地下水補給主要靠大氣降水、側向徑流及局部地段管網滲漏等，總的徑流方向受水位勢能支配由南向北流動，與線路展布方向基本平行，排泄方式主要為徑流排泄、人工開采及蒸發消耗等。

2.2 不良地質作用

2.2.1 黃土陷穴及人工坑洞

本次勘察，擬建場地未發現有黃土陷穴及人工坑洞分布，但不排除分布有人為坑洞的可能性。

2.2.2 地裂縫

根據陜西工程勘察研究院提供的《西安市地鐵十號線一期工程可研階段地裂縫勘察報告》，場地附近沒有地裂縫通過，設計時不考慮其影響。

2.2.3 區域地面沉降

據長安大學地質調查研究院提供的《西安市地鐵十號線一期工程地質災害危險性評估報告》(2017年3月)，該場地位于辛家廟沉降槽的邊緣。對擬建場地而言，現狀條件下地面沉降危險性小。

2.3 特殊性巖土

特殊性巖土主要表現為具有濕陷性。

2.3.1 濕陷性土層分布

本次勘察對水位以上的黏性土樣均進行了濕陷性試驗，試驗結果表明，1-2素填土、3-1-1層新黃土、3-2層古土壤、4-1-1層老黃土具濕陷性，濕陷性土層分布深度范圍為0～18 m，分布厚度為7.5～16 m。

2.3.2 場地濕陷類型

據探井和鉆孔取樣結果，自重濕陷量自地表起算，計算自重濕陷量介于178.2～363.2 mm，依據《GB 50025—2018》規范第4.4.6條判定：擬建場地為自重濕陷性黃土場地。

2.3.3 地基濕陷等級

地基濕陷量計算自天然地面下1.5 m算起，累計至濕陷性土層底面，濕陷性土層分布深度范圍為0～18 m，計算厚度為7.5～16 m，濕陷起始壓力多小于100 kPa，計算濕陷量值為355.9～800.0 mm。依據規范《濕陷性黃土地區建筑標準》(GB 50025—2018)第4.4.6條判定：地基濕陷等級為Ⅱ級(中等)至Ⅲ級(嚴重)。

橫通道底板埋深為26.5～28.3 m ，底板以下無濕陷性土層分布。減壓井兼施工豎井、橫通道設計時，不用考慮黃土濕陷性，可按一般地基進行設計。

3 工程施工關鍵環節處理措施

3.1 豎井施工

豎井開挖斷面為矩形斷面，在初期支護的豎井兩個角部各加一道臨時角撐，中間加一道臨時對撐。施工采用倒掛井壁法，主要施工步驟為：注漿錨管注漿→開挖(進尺為一榀格柵鋼架間距)→初噴混凝土→掛鋼筋網→架立混凝土至設計厚度。鎖口圈施工時應整體模筑，做好井口防護欄后，方可進行井身施工。

3.2 橫通道馬頭門段施工

豎井在施工至橫通道上方1～1.5 m時，調整豎井格柵間距，達到在橫通道上方三榀格柵密排，豎向連接筋雙層布置，環向間距為0.5 m，以便形成一道環框梁。馬頭門施工時應由上至下、分上下臺階依次施工，分段鑿除橫通道馬頭門范圍豎井井壁混凝土，同步分段在豎井井壁內架設橫通道的第一榀格柵鋼架，將橫通道格柵鋼架與豎井格柵鋼架焊接牢固，并與豎井連接筋有效連接。施工豎井初支達到設計強度再進行進洞施工，施作初期支護；橫通道進洞施工時，馬頭門位置處并排設置3榀格柵。

3.3 橫通道施工

暗挖設計遵循“暗挖法十八字方針”的原則采取施工措施。施工組織計劃和施工工序，必須嚴格遵守“先排管，后注漿，再開挖，注漿一段，開挖一段，支護一段，封閉一段”的原則進行。豎井開洞前，在通道拱部打設超前小導管注漿加固。小導管施做完成后開挖土體，采用噴射混凝土，格珊鋼架和鋼筋網支護。施工橫通道采用臺階法施工。開挖采用人工開挖，臺階長度不宜過長，以3～5 m為宜。每一臺階開挖時，鋼架兩側各設置2根鎖腳錨管，及時施做初期支護和臨時支護，以便盡早封閉斷面。具體施工步驟為：小導管超前注漿→上臺階開挖并進行初期支護(包括拱腳鎖腳錨桿)→下部開挖→下部初期支護。

3.4 正線開馬頭門施工

橫通道初支施工完成后，先施工正線拱部超前措施，并做二襯結構，待二襯結構強度達到設計值后方可破馬頭門。在橫通道中開挖區間正線馬頭門時，各分部不得同步開挖。馬頭門施工時應該由上向下施工、分為上下兩個臺階進行施工，橫通道馬頭門位置，區間正線隧道格柵鋼架聯立三拼，并將橫通道格柵與正線隧道格柵鋼架焊牢固。縱向連接筋雙層布置，環向間距0.5 m。由施工通道進馬頭門不可對側同時進洞，待一側進洞且襯砌成環15 m以上，方可進對側正洞。正線一側進洞后，應根據監測情況，對另一側洞門范圍設置臨時支撐或換撐。

3.5 泵房初支及二襯、減壓井及橫通道(進洞范圍外)二襯施工

正線區間施工完成后，對通道段鋪設防水層，澆注二襯，預留梯板、廢水泵房鋼筋接駁條件→拆除該區域底板初支結構，向下開挖廢水池基坑，并聯立三拼格柵鋼架，開挖進尺按格柵豎向間距控制，并及時施做初支結構→架設泵房底部橫撐，施作初襯，鋪設防水層，澆注下沉廢水池二襯→施工通道內樓梯→施工豎井部分二襯等減壓井施工。

4 施工技術要求

4.1 超前小導管施工要求

小導管的管頭300 mm長，宜加工成25°～35°椎體，在距另一端100 mm處焊接，6鋼筋箍，距鋼筋箍一端1 000 mm不開孔，剩余部分每隔100～200 mm梅花型布設6～8個溢漿孔。第一循環小導管安設后應對開挖工作面進行噴混凝土封閉，厚度為10～15 cm。封閉范圍為開挖工作面及鄰近開挖工作面3 m范圍的環向開挖面。小導管安裝結束后，需進行壓水試驗，壓力小于1 MPa，并根據現場試驗結果確定注漿參數。

4.2 大管棚施工要求

應保證長管棚鉆進方向的準確，并記入鉆進中的下垂，影響實際鉆孔方向應較鋼管設計方向上偏1°左右。為保證長管棚鉆進方向的準確，宜設置套拱作為管棚固定端。注漿材料為水泥砂漿，錨面體強度不低于25 MPa。初擬注漿初壓力為0.5～1.0 MPa，施工時應根據實際情況調整注漿壓力。管棚鋼管應采用絲扣長度不小于15 cm的厚壁套筒進行連接。

4.3 錨噴支護施工要求

噴射混凝土應采用濕噴工藝，施工前應先確定混凝土的配合比、選擇使用的噴射機具，報監理工程師批準。噴射混凝土前應先進行試噴、調整回彈量、確定混凝土的配合比及施工操作程序，經監理工程師認可后方可大面積施工。噴射開始時，應減小噴頭至受噴坡面的距離，并調節噴射角度，以保證鐵絲網與巖面間混土的密實性。噴射時，應保持混凝土表面平整，呈濕潤光澤，無干斑或滑移流淌現象。噴射混凝土作業應分段、分片、分層由下而上依次進行。初噴混凝土應盡早進行噴錨，即“早噴錨”；復噴混凝土應在量測指導下進行，即“勤量測”，以保證噴射混凝土的復噴適時有效。噴射混凝土時，要將鋼架與巖面之間的間隙噴射飽和達到密實。錨管桿體使用前應調直、除銹、除油污。根據需要可在漿液中摻入減水、早強、速凝等外加劑，但摻入的外加劑不得含有對錨管產生腐蝕作用的化學成分。摻入的外加劑如果降低漿液的后期強度，必須經過試驗論證，保證漿液的后期強度滿足設計要求。漿液應攪拌均勻，并防止石塊或其他雜物混入，隨拌隨用，初凝前必須使用完畢。在開挖過程中發現圍巖較差時可采取加強錨噴厚度、鋼筋網、錨管密度和長度等措施。

4.4 鋼架拼裝技術要求

鋼架應按設計位置安設，鋼架之間必須用鋼筋縱向連接，并要保證焊接質量。拱架安設過程中當鋼架與圍巖之間有較大的空隙時，沿鋼架外緣每隔2 m應用混凝土預制塊楔緊。鋼拱架的拱腳采用縱向托梁或鎖腳錨桿等措施加強支承。鋼架應盡可能多地與錨管露頭及鋼筋網焊接，以增強其聯合支護的效應；首榀格柵鋼架應由甲方組織設計、監理、施工單位，對鋼架進行首次驗收，合格后方能成批加工生產。

5 監控量測

施工豎井及橫通道兼風井施工過程中，必須對圍巖實行監控量測。

監測內容主要為：

(1) 地層及支護情況觀察：豎井或通道開挖后觀察掌子面地層情況和穩定狀態及已施工地段支護結構情況和安全性。

(2) 地表及相關建筑物沉降：隧道上方、受影響建筑物基礎及重要管線上方布設水準觀測點，定期量測施工期間地表變化情況。在代表性地段及重要建筑物附近設置地表橫斷面測點,監測地表沉降槽的變化。

(3) 拱頂位移：根據施工方法在隧道拱頂布置1～3個監測點，監測拱頂位移，同時監測豎井及通道側壁收斂情況。

(4) 水位觀測：在重要管線及建筑物附近設水位觀測孔，監測施工對地下水的影響以及水位漲落對建(構)筑物不均勻沉降的影響。圍巖內部變形、圍巖壓力、初支與二襯間壓力、鋼拱架應力等量測項目可根據情況選測。

(5) 地下管線沉降觀測：隧道影響范圍內各類管線應進行沉降監測，污水、雨水、燃氣及其他直埋的有壓管線應進行管頂沉降監測。

6 結束語

豎井橫通道的斷面大小由區間、車站的工程費用、環境、施工工序等因素決定。鑒于地鐵暗挖區間施工豎井及橫通道具體施工的特殊性和任務的艱巨性，設計需考慮的因素有很多，地質條件、施工順序、施工工序轉換、永臨結合等都是設計工作的重點，尤其是馬頭門的開洞是淺埋暗挖施工的關鍵環節，需要注意關鍵措施的嚴格執行，保證施工豎井及橫通道能夠安全順利地完成。