新建地鐵隧道下穿既有地鐵隧道施工技術要點研究

譚臻哲

摘要：簡述某新建10號線地鐵隧道工程的概況和確定的施工方案，闡述袖閥管注漿和WSS工法注漿的預加固施工的施工要點，以及隧道開挖和支護和施工過程控制措施，按照上述施工要點組裝施工，取得了良好的工程質(zhì)量效果。

關鍵詞：地鐵隧道；下穿施工；技術要點；應用研究

0? ?引言

新建地鐵隧道下穿既有地鐵隧道工程較為復雜，危險性和難度較高，必須充分考慮新建地鐵隧道對既有地鐵隧道的影響和可能遇到的問題，并采取有效措施，才能最大程度保障新建地鐵隧道和既有地鐵隧道的安全性、合理性、科學性。本文以新建地鐵隧道下穿既有地鐵隧道的施工技術為題，進行了深入研究。

1? ?工程概況

某新建10號線地鐵隧道工程須下穿既有地鐵1號線。地鐵1號線作為該地區(qū)的第1條地鐵線路，于1971年啟用，至今已經(jīng)運行52年。地鐵1號線與多條地鐵線路在不同的空間交匯，多次下穿造成地鐵1號線隧道結構發(fā)生嚴重變化，在52年的運行期間，雖然多次進行加固，但也接近安全使用極限。由于地質(zhì)變化，其隧道墻體嚴重開裂。根據(jù)檢測數(shù)據(jù)可知，在保證地鐵1號線正常運行的情況下，進行地鐵10號線隧道工程施工難度很大，不可預測的危險因素較多。地鐵10號線隧道工程被相關部門及建設單位列為特級風險工程。

2? ?確定施工方案

為開展地鐵10號線隧道工程施工，相關部門和建設單位多次召開會議，討論出數(shù)10個施工方案又不斷推翻，該工程施工一時間陷入僵局。直到項目提案一年多以后，終于確定了具體施工方案及其流程。

該施工方案和施工流程如下：依托地鐵1號線隧道既有主體進行區(qū)域劃分，使地鐵10號線隧道的支撐結構體與1號線支撐結構體緊密貼合，也就是在地鐵1號線既有基礎上實現(xiàn)兩條地鐵線路的緊密貼合。通過剛性強大的預支護技術，對地鐵1號線隧道與將要施工的地鐵10號線之間進行袖閥管注漿預加固施工，部分區(qū)域采用WSS二重管無收縮旋噴樁預加固施工。通過全方位分段預加固和開挖，最大程度保障地鐵1號線安全正常運行和地鐵10號線隧道工程進行同步施工。

3? ?袖閥管注漿預加固施工

3.1? ?施工工序

采用袖閥管分序分層注漿施工方案。該施工方案是將注漿孔劃分為互相具有一定間距的2個組，即分為一序孔和二序孔，以保持土體注漿的均衡性和穩(wěn)定性。袖閥管注漿施工流程如下：鉆孔施工→配制漿液→下放袖閥管→封閉袖閥管外側孔隙→一序孔注漿→二序孔注漿。

3.2? ?施工要點

3.2.1? ?鉆孔施工

鉆孔之前將施工現(xiàn)場清理干凈，先根據(jù)施工圖紙測量放線并確定鉆孔位置，再按照確定位置，使用深孔鉆機完成鉆孔施工。鉆孔過程中，應采用垂球與水平尺不斷測量鉆桿的垂直度，將鉆孔垂直度誤差控制在規(guī)定范圍之內(nèi)。

3.2.2? ?配制漿液

采取水泥漿液，適量加入速凝早強劑或水玻璃，其水灰比為1：1或1.2：1。

3.2.3? ?下放袖閥管

下放袖閥管之前在其底部安裝悶蓋，保證袖閥管的垂直度并下放到孔底，且袖閥管上部要高出地面，然后在注漿管內(nèi)加滿水防止其上浮。為了防止注漿時袖閥管外側與鉆孔之間的間隙冒漿，須在該間隙內(nèi)注入套殼材料。套殼材料采用水泥黃泥粉漿液由下往上灌注，或用早凝固化材料封堵鉆孔與袖閥管上部間隙[1]。

3.2.4? ?注漿方法

向鉆孔內(nèi)下放袖閥管后，采取分序分層注漿方法。分序注漿就是將注漿孔按順序劃分為若干組，然后安按照分組順序安排注漿；分層注漿就是通過阻塞器將漿液限定在注漿區(qū)段內(nèi)，以達到分層注漿效果。本次注漿結束后在袖閥管頂端蓋上悶蓋，一篇下次注漿。

3.2.5? ?一序孔注漿

下放袖閥管后，遵循由下至上的順序，以50cm為一層進行一序孔的分層、間隔注漿，直到漿液注滿注漿孔。注漿過程中，對注漿機進行調(diào)試，以保證一序孔的注漿質(zhì)量。每個鉆孔注漿結束后，均要進行檢測，判斷漿液量是否符合規(guī)定要求。若漿液量符合要求，則進行下一個鉆孔的注漿；若漿液量不符合要求，應針對具體情況對注漿機參數(shù)予以適當修改，以保證一序孔注漿的合理性[2]。

3.2.6? ?二序孔注漿

一序孔注漿結束且漿液初凝（一般為24h）后，對其周圍的二序孔進行注漿。其操作方法與一序孔注漿相同。

4? ?WSS工法注漿預加固施工

4.1? ?施工準備

本工程施工時，地鐵10號線下穿地鐵1號線隧道的部分區(qū)域無法進行袖閥管施工，因而該區(qū)域采用了WSS工法（即二重管無收縮雙液注漿技術）進行注漿預加固的施工方案。為了確保施工順利開展，需要做好掌子面的臨時加固處理，其方法是：先按照設計方案在隧道挖掘掌子面的適當位置鋪設一層鋼筋網(wǎng)架并懸掛鋼筋網(wǎng)片；再向鋼筋框上噴射混凝土，以此加固掌子面。待混凝土漿液凝固后，該掌子面即可作為WSS工法施工的作業(yè)面[4]。

4.2? ?施工要點

4.2.1? ?鉆注漿孔

在隧道適當位置、按照相應的角度，搭建鉆機操作平臺，確保鉆機存在充足的作業(yè)空間，還要調(diào)整鉆機各項參數(shù)，以保證后續(xù)施工的順利進行。鉆孔施工時，應注重對鉆桿角度的控制，以保證鉆孔角度（可垂直也可傾斜一定角度）與深度。鉆孔間距根據(jù)設計要求進行布設一般為1.0～2.0m之間。

4.2.2? ?配制漿液

采用WSS工法，應根據(jù)設計方案配置2種漿液，即一次噴射使用的瞬結限制性漿液和二次浸透性漿液。配置的漿液須通過室內(nèi)試驗方式，檢驗其凝固時間，以此判斷漿液是否符合要求。若不符合要求禁止使用并重新配置，直到符合要求為止。

4.2.3? ?設置二重管

將注漿孔鉆到設計深度，在二重管底部安裝好漿液混合器之后，便可將二重管插入注漿孔。此時注意混合器端部與孔底保持約20cm距離，以便后續(xù)噴漿。將二重管插入注漿孔以后，先打入清水對二重管內(nèi)部進行沖洗，使二重管內(nèi)保持潔凈。

4.2.4? ?注漿

注漿時使用注漿泵將2種漿液分別壓入到二重管的內(nèi)管和外管，通過二重管底部的混合器自動攪拌，使?jié){液充分、均勻地混合，進而將漿液通過濾網(wǎng)橫向噴射進地層當中。注漿時應按照5～20L/min的速率將漿液注入二重管內(nèi)，注漿速率可針對具體情況適當調(diào)節(jié)。

4.2.5? ?橫向噴漿

為了保證橫向噴漿效果，應將注漿壓力控制到0.5～

0.5MPa范圍內(nèi)，同時采用二次交替噴射方案[5]。其中第1次噴射為限制性噴射，第二次噴射為滲透性噴射。第二次噴射時，采用的材料具有粘性低、凝膠時間長等特點，因而更需要對噴射壓力進行嚴格控制，確保漿液均勻灌注到土層當中，避免漿液的滲透超過施工范圍，有利于提升注漿質(zhì)量。

通過袖閥管注漿和WSS工法注漿的預加固施工，將地鐵1號線隧道既有底板和地鐵10號線隧道開挖斷面周圍的土體全部進行了包裹式預加固，為地鐵10號線隧道土方開挖和保護地鐵1號線安全運行，奠定了堅實的基礎。

5? ?隧道開挖和支護

5.1? ?分區(qū)段開挖

待完成上述注漿預加固施工后，結合鋼架保護方式進行分段開挖、鋼構架支護和二襯施工。根據(jù)施工現(xiàn)場特點，將隧道開挖施工劃分成上下6個導洞區(qū)段，每個區(qū)段長度約5m，并按照由上至下的順序依次進行隧道挖掘。通過上部導洞的挖掘，可減少下導洞上部土層的質(zhì)量，以此控制下導洞施工時的沉降問題，避免出現(xiàn)導洞疊加問題。

5.2? ?初期支護施工

5.2.1? ?拱形鋼架支護

為了確保隧道施工的安全和穩(wěn)定施工，應采用短距離挖掘施工方案。每挖掘30m后暫停繼續(xù)挖掘，并進行初期支護施工。初期支護材料選擇25a型工字鋼，兩鋼架之間距離為30cm。在鋼架連接處使用角鋼將兩個鋼架進行焊接固定。在鋼架的兩邊，分別插入1根鎖腳錨管，在工字鋼的上部鋪設1根?10鋼筋，用于進一步對工字鋼進行加固。拱形鋼架應與地鐵1號線的底面相切，并使用鋼楔子將兩者緊密貼合到一起，避免兩者間存在縫隙而引發(fā)地鐵1號線下沉問題。在下導洞當中分別埋設3根注漿管，每根注漿管的長度為1.5m。在確保注漿管穩(wěn)定后灌入水泥漿液，待灌滿后停止注漿，以提升鋼架的支持力。在鋼架下部放置楔子，以向鋼架提供更強的支持力，從而更好地對地鐵1號線進行支撐。

5.2.2? ?混凝土填筑

拱形鋼架安裝就緒后，順著拱形鋼架的方向，固定一些小導管，到導管與結構完全粘黏到一起后，向導管內(nèi)回填注漿，以構建出強度較高的鋼架結構。然后在拱形鋼架內(nèi)填充C25混凝土材料，進一步提升整個土體的支撐強度，避免出現(xiàn)土體下沉問題。

5.3? ?二次襯砌施工

5.3.1? ?鋼筋綁扎

在完成初期支護、且其支護和防水結構經(jīng)驗收合格后，進行隧道二次襯砌施工。按照鋼筋加工圖紙將鋼筋在地面完成加工后，運入隧道內(nèi)進行人工綁扎施工。按照鋼筋綁扎圖紙，先綁扎底層鋼筋并下設混凝土墊塊，再綁扎立面和頂層鋼筋。頂部仰拱鋼筋要綁扎牢固，綁扎過程中防止鋼筋破壞防水層。

5.3.2? ?模板支搭

二次襯砌進行混凝土澆筑之前，可采用定型鋼模板或模板臺車進場模板支搭施工。在隧道直徑不便的前提下，選用模板臺車可加快模板拆裝速度和質(zhì)量。使用模板臺車時，先清理地面雜物、延伸鋪設臺車行走鋼軌，對臺車和模板進行檢查、保養(yǎng)、調(diào)整后，再將臺車就位。

5.3.3? ?混凝土澆筑

在進行混凝土澆筑之前，將隧道拱墻底部混凝土鑿毛并清理。澆筑時應從兩側拱墻同時、同步澆筑，以防止模板臺車產(chǎn)生位移。澆筑到拱頂時，很容易造成澆筑不充分現(xiàn)象，導致拱頂產(chǎn)生縫隙，影響整個隧道施工質(zhì)量，增加上部隧道下沉的風險[6]。為了避免這一問題的發(fā)生，應在混凝土澆筑前，在縫隙內(nèi)，埋設適當大小的管件，以此向模板內(nèi)注入適量的水泥漿液，以使隧道頂部與襯砌緊密貼合到一起?；炷琳駬v以縱向分段、高低分層方法，采用附著式和插入式振搗器進行振搗，每次振搗的厚度以30～40cm為宜，防止過振產(chǎn)生離析現(xiàn)象。

6? ?施工過程質(zhì)量控制措施

6.1? ?施工前準備工作

對施工現(xiàn)場進行地質(zhì)條件勘查，結合相關規(guī)定編制最佳的施工方案。選擇合適的施工隊伍，并開展安全技術交底、進行安全技術培訓。通過對建材市場的調(diào)查，準確了解每種材料的具體情況，選擇性價比最好的材料。

6.2? ?施工中管控工作

選擇由資質(zhì)的專業(yè)監(jiān)理機構對施工項目進行監(jiān)督管理，及時發(fā)現(xiàn)施工活動中出現(xiàn)的問題并提出整改意見，以保證整個建設項目順利進行。利用BIM技術對整個施工過程進行模擬檢測，將施工過程直觀、動態(tài)展示出來，以便施工人員準確、及時了解施工具體狀況，及時對項目中存在的隱患進行處理。

6.3? ?施工后管控工作

施工結束后，注重項目現(xiàn)場監(jiān)測與施工資料的整理和審核工作，以獲取項目施工質(zhì)量數(shù)據(jù)，進而從整體上對工程項目的施工質(zhì)量作出客觀評價。

7? ?工程質(zhì)量效果分析

在地鐵10號線隧道工程施工過程中，通過使用沉降收斂檢測儀監(jiān)測了其施工質(zhì)量。通過監(jiān)測得知：該工程地表處的沉降峰值為1.5mm，拱頂處的沉降峰值為0.5mm，凈空收斂峰值為0.6mm。由此表明，該工程沉降與收斂峰值均處于安全范圍，符合有關規(guī)定要求。

8? ?結束語

綜上所述，在新建地鐵隧道下穿既有地鐵隧道施工過程中，應針對工程所處現(xiàn)場的具體情況，結合相關規(guī)定要求制定出最佳的施工方案，并在施工過程中嚴格控制各環(huán)節(jié)的施工要點，只有這樣才會提高地鐵隧道工程施工質(zhì)量，確保隧道工程施工的順利進行，為地鐵工程安全、正常運行打下良好基礎。

參考文獻

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