地鐵暗挖車站下穿樓房施工關(guān)鍵技術(shù)研究

李 強(qiáng)/LI Qiang

(中鐵建十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100018)

1 工程概況

青島地鐵1 號(hào)線暗挖車站江蘇路站穿越地層以花崗巖為主，是1 號(hào)線中段重點(diǎn)工程。江蘇路站位于膠寧高架南側(cè)，與高架橋平行布設(shè)，車站為地下雙層島式車站，有效站臺(tái)長(zhǎng)度118m。車站起止里程為K35+221.200～K35+426.800，車站總長(zhǎng)205.6m。主體明挖結(jié)構(gòu)采用雙層雙柱三跨框架斷面，暗挖結(jié)構(gòu)采用雙層（單層）初支拱蓋斷面。車站所處位置地形起伏較大，西端高東端低，地面高程相差近15m。暗挖主體拱頂埋深0.8～19.5m，覆巖3.0～13.8m，部分暗挖段下穿28 號(hào)樓房，車站共設(shè)置2 組風(fēng)亭和3 個(gè)出入口，其中1 個(gè)為安全口（圖1、圖2）。

圖1 江蘇路站總平面圖

圖2 江蘇路站與28號(hào)樓房關(guān)系圖

車站主體暗挖段地層主要是第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）及上更新統(tǒng)沖洪積層（Q3al+pl）。基巖包含燕山晚期侵入花崗巖（γ53）及石英二長(zhǎng)巖（ηO53），局部侵入細(xì)粒花崗巖（γχ53）、花崗斑巖（γπ53）巖脈，受次生構(gòu)造物影響，部分鉆孔中揭露有相應(yīng)巖性的構(gòu)造巖。暗挖段地質(zhì)從上到下地層分別是素填土、粉質(zhì)黏土、碎石土、強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，部分地段進(jìn)入中風(fēng)化巖。

2 拱蓋法施工方法

地鐵暗挖車站開(kāi)挖主要施工方法有多種，主要為臺(tái)階法、CD 法及雙側(cè)壁導(dǎo)坑法等。江蘇路站暗挖段主要采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法與CD 法相結(jié)合施工，具體施工原理為：先分三步進(jìn)行開(kāi)挖施工；開(kāi)挖完成后，先施工拱部二襯結(jié)構(gòu)，后進(jìn)行下層開(kāi)挖施工，采用倒八字形式進(jìn)行開(kāi)挖施工，分6 步爆破施工，后進(jìn)行下層結(jié)構(gòu)施工。具體施工順序?yàn)椋貉龉扒宓住龉胺浪佋O(shè)→施作保護(hù)層→仰拱鋼筋綁扎→仰拱模板安裝、加固→仰拱混凝土澆筑→仰拱回填→側(cè)墻基面處理→負(fù)二層側(cè)墻及中板防水施作→側(cè)墻鋼筋綁扎→側(cè)墻及中板模板安裝、加固→側(cè)墻及中板混凝土澆筑→中板以上部分側(cè)墻鋼筋綁扎→模板安裝、加固→側(cè)墻混凝土澆筑施工[5-6]（拱部施工步驟類似）。施工步序如圖3 所示。

圖3 拱蓋法工法施工步序示意

具體施工步驟如下。

1）拱部施作超前小導(dǎo)管及大管棚，分步開(kāi)挖上斷面①、②部巖體，并架立對(duì)應(yīng)格柵拱架及臨時(shí)支撐。

2）開(kāi)挖上斷面③部巖體，并架立格柵拱架及時(shí)施工臨時(shí)支護(hù)。

3）分段調(diào)倉(cāng)拆除拱部臨時(shí)支撐，敷設(shè)防水層，施作拱部二襯并預(yù)留側(cè)墻施工縫。同時(shí)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)調(diào)整分段長(zhǎng)度。

4）采用控制爆破技術(shù)，按③～⑦部分別開(kāi)挖車站下層斷面。

5）待鋼架噴砼到達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，施工車站防水層和模筑二次襯砌及中部梁、柱、板的二襯結(jié)構(gòu)。

6）施工車站內(nèi)部結(jié)構(gòu)及裝修。

3 施工優(yōu)化技術(shù)

3.1 開(kāi)挖爆破技術(shù)優(yōu)化

3.1.1 爆破設(shè)計(jì)方案

根據(jù)車站地層考慮，江蘇路站主體開(kāi)挖選用2#巖石乳化炸藥。該炸藥為抗水工業(yè)炸藥，不含任何單體猛炸藥，敏感性好，做功能力大，抗水性強(qiáng)，安全無(wú)毒，爆速為3 200m／s，殉爆距離≥3cm，藥卷密度為1.00～1.35g／cm3，經(jīng)震動(dòng)、靜拉力、鉆板、發(fā)火可靠性和浸水性等各項(xiàng)試驗(yàn)，近期都適用于無(wú)沼氣、無(wú)礦塵爆炸危險(xiǎn)工程的使用，以及巷道控制爆破和水下爆破等工程。

3.1.2 起爆網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

暗挖車站主體部分為IV級(jí)圍巖，采用雙側(cè)壁法和CD法開(kāi)挖，由于段起爆最大藥量受周邊建（構(gòu)）筑物及各種管線影響，每次段起爆藥量與被保護(hù)物距離有關(guān)，隨著距離的變化，每次起爆1～5 炮，所以起爆網(wǎng)路采取孔外延期，孔外聯(lián)接雷管使用3 段毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管，為確保不出現(xiàn)拒爆現(xiàn)象，孔內(nèi)使用20 段毫秒延時(shí)導(dǎo)爆管，導(dǎo)爆管采用簇串聯(lián)法連接。

起爆順序?yàn)椋禾筒垩邸o助眼→周邊眼→底板眼，爆破時(shí)要有時(shí)間間隔，孔內(nèi)延時(shí)毫秒雷管盡可能使用高段雷管，以改善爆破效果和防止地震波疊加而產(chǎn)生較大的地震波并可最大限度減少啞炮，同一段炮孔的裝藥量應(yīng)小于允許單響最大藥量，前一段爆破要盡量為后一段創(chuàng)造良好的臨空面，具體爆破網(wǎng)路如圖4～圖6，爆破參數(shù)詳見(jiàn)表1、表2。通過(guò)爆破方案優(yōu)化，爆破振速降低，保證了施工安全，同時(shí)也對(duì)周邊建筑物破壞減小。

表1 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法左導(dǎo)洞爆破參數(shù)表（0.75m）

表2 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法中導(dǎo)洞爆破參數(shù)表（0.75m）

圖4 爆破網(wǎng)絡(luò)圖

圖5 車站上斷面爆破炮眼布置圖

圖6 車站上斷面爆破炮眼布置圖

3.1.3 實(shí)現(xiàn)光面爆破的技術(shù)措施

施工時(shí)，必須根據(jù)光爆設(shè)計(jì)嚴(yán)格控制施工。光爆施工流程如圖7 所示。

圖7 爆破作業(yè)流程圖

1）布孔要求 ①按照炮眼布置圖正確對(duì)孔和鉆進(jìn)；②周邊眼孔誤差不大于±3cm，并保持平行；③掏槽眼掘進(jìn)眼對(duì)孔誤差不大于±5cm；④周邊眼沿隧道設(shè)計(jì)邊線進(jìn)行布設(shè)，孔眼間距誤差控制到位；⑤若遇掛眼困難，炮孔位置可適當(dāng)調(diào)整，但必須保證調(diào)整后，相鄰各孔間距均勻布置，注意掏槽孔需整體移動(dòng)，孔間調(diào)整范圍不得大于其誤差值；⑥開(kāi)挖掌子面平整度較差時(shí)，應(yīng)按實(shí)際情況，調(diào)整炮眼深度，保證所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上。

2）鉆孔要求 鉆孔嚴(yán)格按照“準(zhǔn)、平、直、齊”四要素進(jìn)行控制，保證打設(shè)孔眼深度、孔徑、間距，角度等要素符合要求。

3）炮孔驗(yàn)收 炮孔打設(shè)完成后，技術(shù)員與監(jiān)理共同進(jìn)行驗(yàn)收。如檢查發(fā)現(xiàn)炮孔深度不足，局部少孔或間排距出入太大時(shí)一律進(jìn)行重新打設(shè)或補(bǔ)鉆。

3.2 車站明暗挖結(jié)合處拱頂超前支護(hù)優(yōu)化

3.2.1 拱部增設(shè)超前管棚

江蘇路站明暗挖結(jié)合處拱頂覆土僅有0.8m，暗挖段下穿樓房，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，拱頂擬增設(shè)?157mm 大管棚，環(huán)向間距0.4m，以提高拱頂支護(hù)措施，保證施工安全（圖8）。措施優(yōu)化后，降低了原拱頂覆土較小處施工風(fēng)險(xiǎn)，將原有地質(zhì)較差部分進(jìn)行了注漿固結(jié)，提高了安全系數(shù)。

圖8 車站明暗挖結(jié)合處護(hù)拱圖

3.2.2 施工要點(diǎn)

1）測(cè)量放線必須嚴(yán)格控制管棚打設(shè)位置，最好在開(kāi)挖輪廓線10cm 以外進(jìn)行布控，防止管棚侵入車站開(kāi)挖斷面。

2）管棚打設(shè)角度要嚴(yán)格控制，平行打設(shè)，外插角一般為1～3°，根據(jù)實(shí)際情況適當(dāng)調(diào)整，并防止相鄰管棚相交或碰撞。

3）進(jìn)場(chǎng)管棚材質(zhì)按設(shè)計(jì)要求采購(gòu)，并經(jīng)試驗(yàn)檢測(cè)合格后方可使用。

4）管棚孔打設(shè)完成后及時(shí)進(jìn)行驗(yàn)收，經(jīng)檢查合格后第一時(shí)間下管。

5）注漿壓力要符合設(shè)計(jì)要求，注漿以管棚周邊縫隙及管棚管內(nèi)填充滿為最佳。

3.3 車站暗挖拱頂?shù)孛婕庸檀胧﹥?yōu)化

車站淺埋暗挖進(jìn)洞處，距離房屋0.5m 以外，擬增設(shè)?800@600 咬合旋噴樁和袖閥管注漿相結(jié)合方式進(jìn)行地面注漿加固，加固范圍如圖9所示，注漿盲區(qū)通過(guò)洞內(nèi)注漿加固消除；加固高度已進(jìn)入中風(fēng)化不小于0.5m 為準(zhǔn)。房屋周邊采用地面注漿加固，加固范圍進(jìn)入房屋基礎(chǔ)不小于3m。加固時(shí)，需考慮注漿壓力對(duì)房屋及周邊管線的影響，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況控制注漿壓力及漿液配比。暗挖拱頂?shù)乇矸桨竷?yōu)化后，車站開(kāi)挖時(shí)拱頂及附件建筑物監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)穩(wěn)定，未見(jiàn)異常，施工風(fēng)險(xiǎn)順利消除。

圖9 暗挖拱頂?shù)乇砑庸淌疽鈭D

3.3.1 袖閥管注漿措施

圖9 填充區(qū)域?yàn)槊靼低诮唤缣幍乇砑庸谭秶庸谭桨笐?yīng)采用旋噴樁加固；當(dāng)確定因地表管線因素制約旋噴加固樁位時(shí)，則采取地表袖閥管注漿加固，袖閥管打設(shè)角度、注漿壓力等參數(shù)指標(biāo)由施工單位根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定，務(wù)必保證填充區(qū)域內(nèi)的注漿加固效果。

1）注漿孔按設(shè)計(jì)要求沿建筑物環(huán)向布設(shè)，間距為0.4m，施工時(shí)控制好孔眼間距。

2）注漿材料采用主要采用水泥漿，注漿采用預(yù)埋?50PVC 袖閥管，后退式分段注漿。

3）袖閥管注漿每一步注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：注漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)以壓力為主要控制標(biāo)準(zhǔn)，擬定注漿終壓力為0.5～2.0MPa，實(shí)際注漿時(shí)，根據(jù)注漿參數(shù)及時(shí)調(diào)整注漿壓力。

3.3.2 旋噴樁注漿措施

地表旋噴樁按設(shè)計(jì)要求采用三管法旋噴，開(kāi)工計(jì)劃上1 臺(tái)旋噴樁機(jī)和1 臺(tái)打孔機(jī)，施工時(shí)嚴(yán)格控制入巖深度及相鄰樁咬合面積，并控制好水灰比，尤其是水泥質(zhì)量要求（符合設(shè)計(jì)要求），保證水泥用量滿足要求。施工過(guò)程中，控制好旋轉(zhuǎn)提桿速度。

3.4 初支拱蓋法優(yōu)化為二襯拱蓋法

江蘇路站暗挖段下穿偏壓樓房，且明暗挖結(jié)合處覆土厚度較小，施工風(fēng)險(xiǎn)較大，經(jīng)對(duì)車站暗挖段施工自身、結(jié)合周邊環(huán)境等因素分析，對(duì)初支拱蓋法進(jìn)行了優(yōu)化，將初支拱蓋法調(diào)整為二襯拱蓋法。初支拱蓋法優(yōu)點(diǎn)：二襯采用順做法施工，與明挖結(jié)構(gòu)施工相似，滲漏水易控制。缺點(diǎn)：①施工工序較多，施工難度較大；②拱部初支暴露時(shí)間較長(zhǎng)，增加了安全風(fēng)險(xiǎn)；③拱部雙層初支段工序復(fù)雜，造價(jià)增加；④工期較長(zhǎng)，增加了施工成本；⑤拱頂覆土厚度要求嚴(yán)格。二襯拱蓋法優(yōu)點(diǎn)：①縮短了拱部初支暴露時(shí)間，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)；②工序比較簡(jiǎn)單，單一，施工難度低；③施工進(jìn)度較快，可緩解上斷面施工壓力；④施工作業(yè)空間較大，有利于機(jī)械車輛行駛；⑤整體造價(jià)降低。缺點(diǎn)：大拱腳與側(cè)墻相接處澆筑混凝土難度較大，易出現(xiàn)滲漏。

4 監(jiān)控量測(cè)

江蘇路站暗挖段為淺埋暗挖隧道，拱頂處涉及樓房、高壓電力、自來(lái)水等管線，開(kāi)挖時(shí)隧道易發(fā)生變形，有失穩(wěn)塌方的風(fēng)險(xiǎn)；為了控制結(jié)構(gòu)變形、預(yù)報(bào)施工動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，指導(dǎo)科學(xué)施工，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)控制險(xiǎn)情。主要設(shè)有地表沉降、拱頂沉降和凈空收斂等監(jiān)控量測(cè)項(xiàng)目。

1）監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置 沿暗挖隧道主軸線向兩側(cè)對(duì)稱布置，每2～5m 一個(gè)斷面。每個(gè)斷面布設(shè)7 個(gè)測(cè)點(diǎn)，靠近中間部位間距加密至2.0m，兩側(cè)按5m 布設(shè)，最外側(cè)按10m 布設(shè)（圖10）。

圖10 車站暗挖段地表監(jiān)測(cè)布點(diǎn)圖

2）監(jiān)測(cè)結(jié)果分析 監(jiān)測(cè)結(jié)果如表3、表4 和圖11 所示。地表監(jiān)測(cè)累計(jì)變量最值點(diǎn)累計(jì)沉降-16.89mm，日變換速率為-0.027mm；凈空收斂累計(jì)變量最值點(diǎn)累計(jì)變化-7.02mm，日變換速率為-0.011mm；拱頂沉降累計(jì)變量最值點(diǎn)累計(jì)變化-8.14mm，日變換速率為-0.013mm。根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)態(tài)變化曲線圖分析，江蘇路站暗挖段初支結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，無(wú)明顯變化，安全可控。

表3 江蘇路站暗挖段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)態(tài)變化統(tǒng)計(jì)表（單位：mm）

圖11 江蘇路站暗挖段監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)態(tài)變化曲線圖（單位：mm）

5 結(jié)論

江蘇路站暗挖段安全通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)源，保證了車站主體結(jié)構(gòu)順利完成，同時(shí)緩解了工期壓力。車站經(jīng)過(guò)對(duì)開(kāi)挖支護(hù)參數(shù)、爆破施工、地表加固、拱蓋法等關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)化，積累了下穿樓房施工的寶貴經(jīng)驗(yàn)。在今后施工中，仍有一些技術(shù)措施需要研究，如暗挖大拱腳接口處易滲漏、先施工拱蓋爆破時(shí)易污染、損壞拱頂?shù)葐?wèn)題。初支拱蓋法與二襯拱蓋法對(duì)比，沒(méi)有嚴(yán)格的好與壞，只是適用地層、環(huán)境不同而已。