摘　要　南京地铁2号线上新区间的隧道下穿带有围护桩的金鹰过街地道。穿越段的地质条件差、富含地下水、管线密集,施工难度较大。采用长管棚支护和全断面劈裂注浆形成有效的超前支护,结合洞内跟踪注浆及桩基托换等辅助措施,改善了土体自稳性能,控制了土体的水土流失,并减小了隧道开挖引起的地层沉降,使隧道顺利下穿过街地道。

关键词　地铁;土质隧道;超前支护;管棚支护;小导管预注浆

 

1 工程概况

1. 1 设计概况

      南京地铁2号线上海路站———新街口站区间隧道为2座分离式单线隧道。区间隧道竖井的横通道里程为K13+438,并沿汉中路向东与新街口车站1号风道相接。在横通道以东正线隧道和新街口站1号风道共3条隧道小间距平行布置。正线隧道为马蹄形断面。左右正线隧道中间的新街口站1号风道暗挖段为矩形断面。3条隧道均从金鹰过街地道下穿过。相交段地铁长约13. 5 m,交角72°。区间隧道结构与金鹰过街地道底板净距约1. 2 m。其中左线区间隧道初期支护与金鹰过街地道外挂下沉式水泵房底板局部有位置冲突。隧道与金鹰过街地道相互关系见图1和图2。

1. 2 地质及水文概况

      该地段地层为Ⅴ、Ⅵ级围岩软-流塑层段,隧道主要穿越土层为②-1c2层粉土、②-2b4层淤泥质黏土、②-3b3层粉质黏土夹粉土,以及③-2b2层和③-3b1-2层粉质黏土。洞室围岩稳定性整体较差。其中③-3b1-2层粉质黏土具弱膨胀潜势。场地地下水主要为潜水和微承压水,少见基岩裂隙水。

1. 3 工程特点

1. 3. 1 地质条件差且富含地下水

      穿越段土体富含地下水,土体经多年浸泡形成软流塑状;同时存在管线渗漏、积水补给,以及不明地下渗水通道等。该地层的土层自稳性极差,易发生涌泥、涌水、坍塌现象,再加上金鹰过街地道底部的碎石垫层含水影响,在此进行暗挖隧道施工尤其是隧道群的施工难度较大。

1. 3. 2 破桩施工对沉降控制不利

      根据对金鹰过街地道调查,其部分围护桩侵入隧道净空最大达3. 98 m,隧道开挖时需将侵入部分逐根破除。考虑破桩施工时掌子面暴露时间长,金鹰过街地道两侧沉降缝紧邻隧道,会使地层沉降更加明显,故破桩施工前必须对地道进行有效加固,以降低施工风险。

1. 3. 3 土体扰动次数多且沉降难控制

      金鹰过街地道施工时对原地层已造成干扰,破坏了原有软流塑地层结构;左右线隧道施工会形成二次扰动,使地层应力释放更为明显,地层变形造成的沉降比其它地段更加敏感;区间隧道完成后进行新街口1号风道施工会再次扰动地层。因此,该段地层控制沉降难度极大。

2 施工方法与技术措施 

      根据本工程特点,结合暗挖隧道穿越软弱地层的施工经验,该段隧道开挖拟采用以长管棚支护+全断面劈裂注浆为主的超前加固施工工艺,同时结合洞内跟踪注浆等辅助措施。利用长管棚和超前小导管注浆形成有效的超前支护,结合全断面注浆改善土体自稳性能,以控制水土流失,减小隧道开挖引起的地层沉降,确保隧道以及过街地道、管线的安全。

2. 1 管棚施工

      受金鹰过街地道围护桩的影响,施工时把竖井横通道以东地段分成了过街地道以西、穿过街地道段及过街地道以东三个分段。因此,管棚的施工也要分成三段来考虑。

2. 1. 1 过街地道以西段的管棚施工

      利用已经施工的横通道空间施作该段管棚。管棚直径为Φ121mm。由于过街地道同隧道斜交,每根管棚的长度不一;同时考虑下一段管棚工作室的施工,按照最短的一根管棚计算管棚施工的仰角,采取跟管钻进,管棚推进到过街地道西侧围护桩前为止。

2. 1. 2　过街地道段的管棚施工

      此段管棚利用管棚工作室(见图3)从西往东钻进施工。管棚直径为Φ140 mm。采用金刚钻头开孔破除过街地道西侧的围护桩。开孔后采取跟管钻进,管棚直至过街地道东侧围护桩,即可终孔注浆。对过街地道底部含水的碎石垫层施作引水钢管排水,同时利用小导管径向注浆对上方过街地道结构进行加固,防止地道结构后期下沉。

2. 1. 3 过街地道以东段的管棚施工

      因受过街地道的影响,加上要破除过街地道的东侧围护桩,无法施作过街地道以东第三段管棚的工作室,故第三段管棚无法按常规方法来实施。因此,采用第二段Φ140mm管棚作为本段Φ121mm管棚的导向管。这样既可以有效解决金刚钻开孔穿过东侧围护桩并在穿孔后继续采用跟管钻进的问题,另一方面也可提高下穿过街地道段的管棚刚度。以上三段的管棚长度分别为23~31 m、12~17m、36~39 m。管棚分段施工示意图见图3。

2. 2 注浆施工

2. 2. 1 超前劈裂注浆

      为有效控制过街地道的注浆隆起和施工沉降,通过改进浆液性能和注浆工艺两个方面来采取措施。普通段采用普通水泥水玻璃双液浆,下穿过街地道段13 m范围内采用超细型HSC(特制硫铝酸盐水泥)注浆材料。主要是利用HSC可注性强、结石率高(≥98% )的特性,在相对较小注浆压力下(≮0. 4 MPa)形成放射状劈裂效果,以充分改良待挖土体的性能。另外,采取多开孔、小浆量的注浆工艺,通过加密掌子面布孔及减少单孔注浆量,来解决单孔注浆量偏大易引起过街地道隆起而不能有效改良地层的问题。HSC注浆的设计参数见表1。

2. 2. 2 径向注浆

      过街地道段的径向注浆应在该段初期支护结束后先进行施工。在隧道内利用径向注浆对过街地道下方的土体进行加固,防止由于地下水流失引起土层沉降,避免过街地道结构下沉影响隧道和过街地道安全。该段注浆参照设计径向注浆参数,拱部注浆管重点对地道周边进行注浆,管长及注浆量根据现场情况及监测数据适当调整。

　　设计径向注浆参数具体如下:注浆管采用Φ3mm无缝钢管,长4 m,环向间距0. 9 m,纵向间距10 m,采用风钻打入。设计采用TGRM浆液或超细水泥浆液。根据浆液效果对比和前期注浆经验,并根据地层情况,选用流动性大、结实率高、无收缩、强度高的HSC超细水泥浆液进行加固。应严格控制注浆压力,防止地表及过街地道结构隆起。

2. 2. 3 回填及跟踪注浆

      初期支护封闭后及时进行背后回填注浆,对开挖土层进行注浆补充,以控制隧道开挖后期的沉降并提高隧道的防水效果。

      应加强拱顶下沉和隧道收敛的监测。若出现初期支护变形异常或沉降速率超限的情况,应采用Φ32 mm钢花管进行径向跟踪注浆,利用浆液补充地层的水土流失,施工参数根据现场具体范围确定。注浆时应加强监测频率,防止出现过大隆起现象。

2. 3 过街地道桩基托换

      在隧道开挖掘进过程中,过街地道的钢筋混凝土围护桩侵入隧道净空最大达3. 985 m,需进行破除。为防止破除桩基而影响上部结构安全,采用桩基托换方法。考虑结构受力以及现场施工便利,采用型钢拱架代替格栅钢架作为隧道的初期支护。型钢拱架紧贴密排,在破除桩体时,完成过街地道桩体受力转换,防止破除桩体后发生桩底失稳而危及过街地道安全。施工时主要采取以下措施进行控制:

      1)根据设计图纸明确过街地道每根桩体与隧道位置关系。施工至该里程段时应加强检查,防止施作前桩体受到破坏。

      2)由于过街地道围护桩与隧道斜交。受力传递对隧道内格栅钢架不利,因此通过过街地道围护桩前后各0. 5 m范围内施作密排型钢拱架托换,以达到桩基托换目的。

      3)隧道开挖遇到围护桩时,采取边破除边架设的原则。在桩体破除出型钢拱架宽度时,架设型钢拱架封闭,再进行下一段破除;型钢拱架利用钢筋纵向连接成整体,以确保其刚度。

      4)加密型钢拱架在桩体范围内的连接钢筋。被破除桩体两侧各1m范围内纵向连接钢筋间距为30 cm,以达到该部位拱架托换桩底受力的目的。

      5)桩体采用风镐进行破除,严禁使用爆破,防止形成过大扰动,影响上方过街地道结构。

2. 4 左线区间隧道下穿地道泵房段的施工

2. 4. 1 泵房与隧道的关系

      左线区间隧道在K13 + 466. 719 ~K13 +470. 019里程段与过街地道泵房结构斜交。泵房底板侵入隧道51 mm,影响区间隧道长为3. 3 m。其断面关系见图4。泵房净空为外挂下沉式钢筋混凝土结构,其平面尺寸为4. 0 m×2. 5 m,无防水层,底部为防水砂浆,边墙厚度40 cm,底板厚度50 cm,底板下为10 cm厚C15素混凝土垫层,下铺10 cm厚碎石垫层。设计要求施工中严禁破坏泵房结构。

2. 4. 2 对泵房采取的措施

      1)在隧道施工前将泵房水及时抽干,保证在隧道下穿泵房期间泵房内无水,防止泵房内积水渗入隧道而影响施工安全;

      2)注浆施工时设专人加强观察,对侵入泵房内的浆液及时清除,以防止抽水设备出现故障;

      3)隧道挖掘通过后检查泵房内壁有无破损,如有破损应进行修复或注浆堵漏,以免影响泵房使用或影响隧道施工。

2. 4. 3 下穿泵房段钢拱架的加强处理

      由于泵房一角侵入隧道结构,且该段是最为薄弱地段,也缺少管棚超前支护,同时泵房为外挂结构,若按加大格栅钢架间距跳过该段方法,则形成泵房结构悬空,对下沉和变形控制不利,易导致开裂和渗漏而难以及时处理。

      在该段采用改善格栅钢架结构、密排钢拱架的方法。开挖时根据泵房位置调整格栅钢架局部厚度,改为凹状结构。泵房段钢拱架净间距为30 cm。

      加密泵房段两侧各延伸1榀范围内的钢拱架,以对泵房形成有效支托,同时加密隧道靠泵房范围的纵向连接钢筋(间距调整为30 cm)。

2. 5 隧道开挖支护及二次衬砌

2. 5. 1 开挖支护

      上海路站———新街口站区间横通道以东向新街口方向穿越的地层主要以Ⅴ、Ⅵ级围岩为主。在Ⅵ级围岩段,包括右线Ⅴ级围岩下穿过街地道段采取管棚超前支护及全断面劈裂注浆加固,待浆液达到设计强度后采用上下台阶法开挖,正线隧道采用人工配合挖机开挖的方式。

      Ⅵ级围岩段初期支护采用“格栅钢拱架+锚杆+C20喷射混凝土+临时仰拱”的联合支护方式,随挖随支。Ⅴ级围岩段采用管棚超前支护,不进行劈裂注浆,初期支护不设临时仰拱,其他支护措施均与Ⅵ级围岩段相同。现场施工中发现地层或地下水异常时应根据实际情况及时调整,加强支护。

2. 5. 2 二次衬砌施工

      正线隧道开挖初期支护全部完成后,对洞内收敛及沉降进行严格监控。当洞内收敛变形稳定后,方可进行二次衬砌施工。隧道标准段二次衬砌采用9 m长模板台车,泵送混凝土灌注;道岔加宽断面采用9 m长模板台车+组合模板进行浇筑,以保证隧道成型质量。

3 结语

      本次地铁暗挖隧道群下穿过街地道,采用管棚施工、掌子面劈裂注浆、洞内同步注浆、桩基托换等施工措施,并加以监控量测,最终顺利穿过金鹰过街地道。由此证明本施工方案是行之有效、科学合理的,对类似地下工程具有一定的借鉴价值。值得注意的是,采用这样的施工方法一定要注意周围建筑物的观测保护,注意合理控制注浆量,以降低施工成本。

 

参考文献

[1]陈志良.城市地下铁道连拱隧道群施工技术研究[J].现代隧道技术, 2006(6): 58.

[2]杨春明,地铁站过街通道管棚拉管法施工[J].铁道建筑技术,2005(2): 30.

[3]马军.软-流塑地层地铁暗挖超前预支护预加固施工技术[J].铁道建筑技术, 2002(4): 24.