暗挖通道下穿立交橋地層加固施工關(guān)鍵技術(shù)及監(jiān)測(cè)分析*

邢雨蒙

(中鐵十八局集團(tuán)第三工程有限公司,河北 涿州 072750)

0 引言

隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn),地下交通工程的規(guī)模和數(shù)量不斷增加,其中地鐵系統(tǒng)作為一種高效的交通方式,在城市交通體系中扮演著愈發(fā)重要的角色[1]。然而,地鐵車站建設(shè)往往面臨著復(fù)雜的施工環(huán)境,例如與地面交通結(jié)構(gòu)的交叉影響、地下空間挖掘與交通運(yùn)營(yíng)協(xié)調(diào)等[2]。其中地鐵車站暗挖通道下穿立交橋便屬于復(fù)雜的施工工況[3],不僅涉及地下結(jié)構(gòu)建設(shè),更需要兼顧地面交通結(jié)構(gòu),以確保城市交通體系的持續(xù)運(yùn)行。為保障相關(guān)工程的順利實(shí)施,需要采取全面、高效而可靠的地層加固技術(shù),這對(duì)下穿隧道施工時(shí)確保既有建筑物的安全具有重要意義。

此外,監(jiān)測(cè)技術(shù)在地鐵車站施工中具有不可或缺的重要性[4-5]。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)地下結(jié)構(gòu)變化、地面沉降、環(huán)境影響等關(guān)鍵參數(shù),監(jiān)測(cè)技術(shù)確保了施工過(guò)程中的安全、高質(zhì)量和環(huán)保[6]。其在工程質(zhì)量控制、施工進(jìn)度管控、安全保障、環(huán)境保護(hù)以及對(duì)地面交通結(jié)構(gòu)的交叉影響防控等方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用,為地鐵車站建設(shè)提供科學(xué)的決策支持,促進(jìn)了城市地下交通系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

針對(duì)濟(jì)南地鐵4號(hào)線某車站暗挖通道下穿立交橋的工程案例,分析了工程面臨的主要風(fēng)險(xiǎn),提出了超前深孔注漿地層加固技術(shù),對(duì)地表沉降、工程結(jié)構(gòu)變形及周邊建筑沉降等重點(diǎn)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析,為相關(guān)工程提供參考。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

濟(jì)南市軌道交通4號(hào)線一期工程07工區(qū)燕山立交橋東站位于經(jīng)十路與燕山立交橋交叉口東側(cè),沿經(jīng)十路東西向設(shè)置,車站位于經(jīng)十路北側(cè)輔路和綠化帶上。其中D出入口位于車站南側(cè),下穿經(jīng)十路后,從經(jīng)十路南側(cè)地塊內(nèi)頂出,具體位置如圖1所示。

圖1 工程位置Fig.1 Project location

下穿經(jīng)十路段為暗挖段,采用礦山法,自明挖段向車站主體方向始發(fā)施工,暗挖標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)形式為直墻起拱結(jié)構(gòu),凈寬為8m,凈高為4.35m。周邊建(構(gòu))筑物燕山立交橋E匝道38號(hào)墩位于D出入口西側(cè),最近處距離暗挖橫通道約5.82m;39號(hào)墩位于D出入口東側(cè),最近處距離暗挖橫通道約6.23m,相對(duì)位置如圖2所示。

圖2 相對(duì)位置剖面Fig.2 Profile of relative position

1.2 主要施工風(fēng)險(xiǎn)及監(jiān)測(cè)重難點(diǎn)

基于暗挖通道自身施工特點(diǎn)及周圍環(huán)境因素,其主要存在的工程風(fēng)險(xiǎn)如表1所示。這些風(fēng)險(xiǎn)因素導(dǎo)致施工監(jiān)測(cè)存在一定困難,因此設(shè)計(jì)可靠的監(jiān)測(cè)方案至關(guān)重要,具體監(jiān)測(cè)重難點(diǎn)如下。

表1 風(fēng)險(xiǎn)源分析Table 1 Risk source analysis

1)淺埋隧道監(jiān)測(cè)

采用CD法施工,對(duì)隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu)及隧道周邊重要的地下、地面建(構(gòu))筑物、地面道路等實(shí)施監(jiān)測(cè),為施工提供及時(shí)、可靠的信息,確保隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境的安全。

2)外業(yè)作業(yè)難度大

工程下穿經(jīng)十路,大部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于經(jīng)十路上,經(jīng)十路車流量較大,車速較快,給監(jiān)測(cè)工作的實(shí)施及監(jiān)測(cè)人員的安全帶來(lái)影響,如何減少環(huán)璄對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的干擾,保證監(jiān)測(cè)人員的安全是難點(diǎn)。

2 超前深孔注漿施工技術(shù)

通道結(jié)構(gòu)范圍部分位于斷層破碎帶,圍巖受地質(zhì)構(gòu)造作用影響極嚴(yán)重,需采取必要措施進(jìn)行地層加固,使用“長(zhǎng)、短結(jié)合注漿”方法保障圍巖具有足夠的承載力,即:首先進(jìn)行長(zhǎng)管全斷面超前預(yù)注漿,長(zhǎng)管注漿結(jié)束后進(jìn)行短管補(bǔ)充注漿,以固結(jié)圍巖,同時(shí)起到支護(hù)作用,鉆孔內(nèi)外圈按梅花形排列,如圖3所示,同時(shí)洞內(nèi)采取拱部斷面帷幕注漿進(jìn)行保護(hù)。

圖3 長(zhǎng)短管注漿孔布置Fig.3 Layout of long and short pipe grouting holes

2.1 工藝流程與技術(shù)參數(shù)

長(zhǎng)短管深孔注漿工藝流程如圖4所示。

圖4 長(zhǎng)短管注漿孔工藝流程Fig.4 Process flow of long and short pipe grouting holes

2.1.1長(zhǎng)管注漿參數(shù)

1)注漿加固范圍 暗挖通道斷面加固至開挖輪廓線外2m,內(nèi)1m,距離管線外壁≥0.5m。

2)止?jié){墻厚0.5m。

3)注漿孔采用平行鉆孔定位布設(shè),孔距0.8m,行距0.4m,漿液擴(kuò)散半徑0.7m。

4)注漿終壓0.2MPa,持續(xù)20min,吸漿量很少或不吸漿時(shí),可結(jié)束本孔注漿。該結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為參考值,實(shí)際結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最后確定,注漿分段長(zhǎng)0.6m。

2.1.2短管注漿參數(shù)

注漿范圍為開挖輪廓線外2m至輪廓線內(nèi)1m,并距離管線外壁≥0.5m,擴(kuò)散半徑0.3～0.5m,注漿終壓≤0.2MPa。

2.2 主要施工方法

1)施工準(zhǔn)備

注漿材料采用單液水泥漿,長(zhǎng)管采用PC塑料單向閥管和PRC或PBH雙向密封注漿芯管,L=12m,短管用φ42,L=4m/6m,t=3.5mm鋼花管。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)地情況及鉆孔和注漿要求,選擇的機(jī)械設(shè)備有鉆機(jī)、注漿泵、制漿攪拌機(jī)、儲(chǔ)料攪拌機(jī)及逆止閥等。

2)定孔位

長(zhǎng)管注漿孔采用平行鉆孔定位布設(shè),孔距0.8m,行距0.4m。長(zhǎng)管打設(shè)角度6°～8°,短管打設(shè)角度20°～30°,以保證加固厚度為原則適當(dāng)調(diào)整。根據(jù)設(shè)計(jì)要求,對(duì)準(zhǔn)孔位,不同入射角鉆進(jìn)。要求孔位偏差為±3cm,入射角偏差≤1°。

3)鉆機(jī)成孔

鉆機(jī)按指定位置就位,調(diào)整鉆桿的垂直度,對(duì)準(zhǔn)孔位后,鉆機(jī)不得移位,也不得隨意起降。第1孔施工時(shí),要慢速運(yùn)轉(zhuǎn),掌握地層對(duì)鉆機(jī)的影響情況,以確定在該地層條件下的鉆進(jìn)參數(shù)。每鉆進(jìn)一段,檢查一段,及時(shí)糾偏,孔底位置偏差<3cm。鉆孔和注漿順序由外向內(nèi),先做外環(huán)注漿形成帷幕后,再進(jìn)行內(nèi)環(huán)孔注漿加固圍巖,同一圈孔間隔施工。

4)長(zhǎng)管注漿

長(zhǎng)管注漿采用后退式分段注漿。將帶有花管和止?jié){塞的注漿芯管先插入注漿管孔底,接上注漿管路,向孔內(nèi)注漿(1.6～1.2m/次),第1段注漿完成后,將芯管后退,進(jìn)行第2段注漿,如此下去,直到完成整個(gè)注漿段。注漿終壓0.2MPa,持續(xù)20min,吸漿量很少或不吸漿時(shí),可結(jié)束本孔注漿。該結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)為參考值,實(shí)際結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)最后確定,注漿分段長(zhǎng)0.6m。

分段后退式注漿要特別注意花管兩端的止?jié){塞,如果發(fā)現(xiàn)止?jié){塞損壞,應(yīng)立即更換,以免引起注漿管堵塞,芯管無(wú)法拔出。

5)短管注漿

長(zhǎng)管注漿結(jié)束后進(jìn)行短管補(bǔ)充注漿,以固結(jié)圍巖,同時(shí)起到支護(hù)作用。短管用φ42,L=4m/6m,t=3.5mm鋼管加工焊接制作,注漿管前端加工成圓錐狀并封死,管尾采用兩道φ6mm的圓形鋼筋焊箍。注漿擴(kuò)散半徑0.3～0.5m,注漿終壓≤0.2MPa。

2.3 施工要求及注意事項(xiàng)

1)作業(yè)順序?yàn)橄韧馊?、后?nèi)圈,間隔鉆孔注漿,并注意不要將漿液溢出地表,施工時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整。

2)注漿段的注漿孔全部注完后,在工作面鉆2～3個(gè)檢查孔并取巖芯,觀察漿液填充情況,要求注漿加固后土體滲透系數(shù)達(dá)到0.01m/d量級(jí),粘結(jié)力≥50kPa。

3)開挖前應(yīng)檢查掌子面土體加固強(qiáng)度,不得低于0.5MPa。

4)長(zhǎng)短管的注漿壓力、注漿量及配合比應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整,注漿壓力不宜過(guò)大。斷面注漿范圍可根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。

3 監(jiān)測(cè)控制及分析

3.1 危險(xiǎn)源監(jiān)控方案

針對(duì)工程環(huán)境特點(diǎn)及主要危險(xiǎn)源,制定詳細(xì)的監(jiān)測(cè)方案,加強(qiáng)對(duì)工程結(jié)構(gòu)變形、地表沉降、下穿管線沉降及周邊建(構(gòu))筑物沉降的監(jiān)測(cè),對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)分析處理、預(yù)測(cè)與反饋,用以指導(dǎo)施工。具體監(jiān)測(cè)項(xiàng)目及控制標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 監(jiān)測(cè)控制值Table 2 Monitoring control value

3.2 監(jiān)控預(yù)警

通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的控制和預(yù)警能夠確保施工安全,提高工程質(zhì)量,有助于及時(shí)糾正潛在問(wèn)題。同時(shí),監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的應(yīng)用在施工進(jìn)度管控及與地面交通結(jié)構(gòu)交叉影響的預(yù)防等方面,充當(dāng)著不可或缺的決策工具,對(duì)促進(jìn)工程的順利進(jìn)行和城市交通系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展有著重要意義?；诖?結(jié)合相關(guān)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目控制界限值對(duì)比監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)警判斷,具體判別標(biāo)準(zhǔn)如下。

1)黃色監(jiān)測(cè)預(yù)警 累計(jì)變形值、變形速率實(shí)測(cè)值均達(dá)到相應(yīng)監(jiān)測(cè)對(duì)象及項(xiàng)目控制值的70%(含)以上或兩者之一達(dá)到控制值85%(含)以上,此時(shí)施工安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)評(píng)價(jià)為存在風(fēng)險(xiǎn)。

2)橙色監(jiān)測(cè)預(yù)警 累計(jì)變形值、變形速率實(shí)測(cè)值均達(dá)到相應(yīng)監(jiān)測(cè)對(duì)象及項(xiàng)目控制值的85%(含)以上或兩者之一達(dá)到控制值(含)以上,此時(shí)施工安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)評(píng)價(jià)為存在較高風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重程度或影響范圍較小。

3)紅色監(jiān)測(cè)預(yù)警 累計(jì)變形值、變形速率實(shí)測(cè)值均達(dá)到相應(yīng)監(jiān)測(cè)對(duì)象及項(xiàng)目的控制值(含)以上,或兩者之一超過(guò)控制值(含),且實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)持續(xù)未收斂,此時(shí)施工安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)評(píng)價(jià)為存在較高風(fēng)險(xiǎn),嚴(yán)重程度或影響范圍大。

3.3 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)監(jiān)測(cè)技術(shù)方案及控制指標(biāo),對(duì)濟(jì)南地鐵4號(hào)線燕山立交橋東站暗挖通道下穿立交橋的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析。

1)地表沉降

4個(gè)斷面的地表沉降累計(jì)變化曲線如圖5所示,每個(gè)斷面設(shè)置7個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。由圖5可知,該時(shí)間段內(nèi)最大累計(jì)變形絕對(duì)值為9.87mm,為控制值的32.9%;最大變形速率為0.82mm/d,為控制值的41%,說(shuō)明該施工階段安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)良好,對(duì)地表沉降影響較小。

圖5 地表沉降累計(jì)變化曲線Fig.5 Cumulative change curve of land surface settlement

2)地下管線沉降

3個(gè)斷面的地下管線沉降累計(jì)變化曲線如圖6所示,每個(gè)斷面設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。由圖6可知,該時(shí)間段內(nèi)最大累計(jì)變形絕對(duì)值為9.83mm,為控制值的49.15%;最大變形速率為0.86mm/d,為控制值的43%,說(shuō)明該施工階段安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)良好,對(duì)地下管線沉降影響較小。

圖6 管線沉降累計(jì)變化曲線Fig.6 Cumulative change curve of pipeline settlement

3)建(構(gòu))筑物沉降

燕山立交橋38號(hào)和39號(hào)橋墩沉降累計(jì)變化曲線如圖7所示,每個(gè)橋墩設(shè)置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。由圖7可知,該時(shí)間段內(nèi)最大累計(jì)變形絕對(duì)值為5.73mm,為控制值的57.3%;最大變形速率為1.78mm/d,為控制值的89%,說(shuō)明該施工階段安全風(fēng)險(xiǎn)為黃色預(yù)警狀態(tài),需要采取補(bǔ)償注漿或控制掘進(jìn)速度等措施進(jìn)行周邊建(構(gòu))筑物沉降控制。

圖7 建筑物沉降累計(jì)變化曲線Fig.7 Cumulative change curve of building settlement

4)凈空收斂

4個(gè)斷面的隧道管片凈空收斂累計(jì)變化曲線如圖8所示,每個(gè)斷面設(shè)置2個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。由圖8可知,該時(shí)間段內(nèi)最大累計(jì)變形絕對(duì)值為7.5mm,為控制值的37.5%;最大變形速率為0.6mm/d,為控制值的60%,說(shuō)明該施工階段安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)良好,對(duì)隧道管片凈空收斂影響較小。

圖8 凈空收斂累計(jì)變化曲線Fig.8 Cumulative change curve of headroom convergence

5)拱頂沉降

4個(gè)斷面的隧道拱頂沉降累計(jì)變化曲線如圖9所示。由圖9可知,該時(shí)間段內(nèi)最大累計(jì)變形絕對(duì)值為5.9mm,為控制值的19.7%;最大變形速率為0.5mm/d,為控制值的25%,說(shuō)明該施工階段安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)良好,對(duì)隧道拱頂下沉影響較小。

圖9 拱頂沉降累計(jì)變化曲線Fig.9 Cumulative change curve of arch roof settlement

3.4 應(yīng)急預(yù)案

工程出現(xiàn)緊急情況或監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警值時(shí),應(yīng)采取如下應(yīng)急措施實(shí)施工程應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作。

1)組建應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作小組,啟動(dòng)監(jiān)測(cè)應(yīng)急預(yù)案,向主管部門報(bào)告現(xiàn)場(chǎng)情況。

2)增加監(jiān)測(cè)人員和監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備。一般將根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況,配備2組以上監(jiān)測(cè)人員,并為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)提供多套監(jiān)測(cè)儀器,以保證現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)工作的需要。

3)增加監(jiān)測(cè)對(duì)象或項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)頻率。

4)做好緊急情況或監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)預(yù)警值時(shí)工程現(xiàn)場(chǎng)的各種文字、影像記錄。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)地鐵車站暗挖通道下穿立交橋這一復(fù)雜工況,依托實(shí)際工程案例,分析工程重難點(diǎn),提出了監(jiān)測(cè)實(shí)施技術(shù)方案,并將工程結(jié)構(gòu)變形、地表沉降、下穿管線沉降及周邊建(構(gòu))筑物沉降等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與控制界限值進(jìn)行對(duì)比,做出預(yù)警判斷分析,并提出應(yīng)急預(yù)案。相關(guān)研究成果能夠?yàn)轭愃频叵鹿こ淌┕ぬ峁┯行⒖?具有重要的實(shí)際意義。