某地铁沿公路暗挖区间施工风险与处理措施

沙原亭

1 工程概况

1.1 工程位置及范围

沈阳地铁一号线一期工程张士站—沈新路站区间隧道的起点DK0+224.5,终点里程为DK1+438.90,区间左线长1 205.8 m(短链9.22 m),右线长1 214.40 m。本区间起于张士站东端,沿开发大路向东前行,在辽宁金帝建设集团股份有限公司第二建筑工程公司材料供应处前,线路略向右偏,后折向北,穿越外运公司进入开发大路,沿开发大路至沈新路站。

1.2 工程地质及水文地质

1)工程地质。根据详勘钻探揭示,本区间勘察深度范围内的地层有第四系全新统人工堆积层第四系全新统浑河高漫滩及古河道冲积层第四系全新统浑河新扇冲洪积层第四系上更新统浑河老扇冲洪积层第四系中更新统冲洪积层2)水文地质。区间地下水含水层分两层：上部含水层为中～粗砂、砾砂层,属孔隙潜水;下部含水层属孔隙承压水,水位变化约2 m。上、下两层水有水力联系。工作区地下水径流条件良好,主要含水层渗透性强,径流通畅,因一标段位于铁西段张士大漏斗范围内,沈新路以东地下水补给从东北向西南补给,张士站以西地下水由西南向东北补给,在一标段范围内地下含水层厚度最大,是地铁一号线全线降水最难的标段。地层渗透系数在50 m/d～180 m/d,地下水主要由浑河侧向渗流及大气降水为补给来源。不良地质水文表现为地下水渗透,径流作用下对地层产生扰动,影响地层稳定和地表沉降。

2 工程特点、难点及风险分析

2.1 工程特点

1)张士站—沈新路站区间位于开发大道下,横穿四个路口：昆明湖街、燕塞湖街及沈新路,交叉路口多;道路两侧附近多为重工企业,车辆的进出对区间的施工干扰大。2)该区间起点地下管道密集,纵横交错,并且多为混凝土管,年代久远,直径从300 mm～1 400 mm不等,横向排水管约为10道,纵向排水管约为12道,所有的管线埋设基本上在线路正上方或稍偏,安全隐患最大的是在区间隧道正上方的雨水管和排污管道,如果这些管道漏水,将会直接影响到地下隧道的施工。3)2号竖井所在位置区间隧道正上方有一暗渠横跨左右线,并且在DK1+178处有一铁路专用线横跨隧道上方,是该标段施工中的一个显著特点。4)区间断面基本都处于饱和中砂层,区间的底部有一部分处在粉质黏土层,饱和,中密～密实。在砂层中施工如果降水不到位,施工时极易造成涌泥、涌砂和塌顶等。5)降水工程与其他城市地铁相比具有不同的特点,该标段所处地势为沈阳地铁一号线一期工程全线最低段,地下水位仅5.0 m,降水难度相当大。

2.2 难点及风险分析

1)控制地面的变形与沉降。在沈阳施工地铁还是首次,从地质资料显示出沈阳地铁所处的地层基本上为砂层,而且地下水丰富,在施工区间时就要先降水,从降水图纸上分析区间每天的出水量为十几万立方米,如此大量的水从地下抽排出来,必然会引起地表的下沉,如何控制地面的下沉和变形是本工程的难点。2)降水工程。沈阳地下水丰富且埋深较浅,地层为中、粗砂层,地层渗透系数最大达180 m/d,设计资料上显示,区间按300 m长度进行降水计算,初期排水量为148 185 m3/d,后期降水量为 58 275 m3/d,设计上的降水井深度是24 m,井径 800 mm,井身采用φ 426的无砂管,如此大的降水工程在其他城市地铁中是从来没有过的,而且城市现有的排水管网根本就无法满足排水的需要,降排水工程是本工程的又一重难点。3)防水施工。地下工程的防水一直是地下工程中的难点,从目前的地下工程施工情况来看,大多数城市地下防水做完后效果都不是太理想,特别是施工缝和变形缝处的防水。我部施工的沈阳地铁一标段的防水等级为二级,即二衬混凝土施工完后,在混凝土的表面不允许有渗漏现象,克服这一防水施工的难题是地下工程施工中的重点。4)平稳安全地通过砂层。该地铁所处地层为中粗砂层,部分地段隧道底部在黏土层中,且地下水丰富,这样的地质条件很差,掌子面很容易失稳,随时都有可能造成塌方,一旦出现塌方,很快就会形成大面积塌漏甚至到达地面,破坏路面结构,造成行车事故,平稳安全地过砂层也是本工程一大难点。

3 隧道沿公路技术措施

3.1 隧道施工设计

隧道采用暗挖法施工,马蹄形断面,复合衬砌,线间距13 m,线路呈“V”形坡,隧道结构底最大埋深19.634 m(覆土厚度13.184 m),最小埋深13.524 m(覆土厚度7.074 m),平均埋深16.580 m。区间采用矿山暗挖法施工,采用超前小导管注浆,初期支护格栅钢架和网喷联合支护,喷射混凝土厚度为300 mm,二衬采用厚度为300 mm的C30 S8防水混凝土。

3.2 洞内设计及处理措施

1)施作工作井及横通道。区间设置1号,2号两处施工竖井及横通道,竖井井口为矩形断面,净空尺寸为6 m×4.6 m,其中1号竖井及横通道位于区间线路左侧。采用短台阶法开挖,设临时钢管支撑,采用φ 42超前小导管注浆,初期支护采用格栅钢架网喷联合支护,喷射混凝土厚度为300 mm,该竖井及横通道不设二次衬砌;2号竖井及横通道位于区间线路右侧,采用短台阶法开挖,复合式衬砌,采用φ 42超前小导管注浆,初期支护采用格栅钢架网喷联合支护,喷射混凝土厚度为300 mm,区间的排水泵站设置在2号竖井及横通道内。2)结构防水。结构防水设计遵循“以防为主、刚柔相济、多道防线、因地制宜、综合治理”的原则。采用钢筋混凝土结构自防水,并辅以柔性全包防水层的防水体系。多道防线并重,施工缝(包括后浇带)、变形缝等接缝为防水重点。变形缝宽度宜为20 mm,在车站与区间分界处设置变形缝,变形缝采用35 cm宽中埋式橡胶止水带、35 cm宽背贴式止水带进行防水处理,并根据变形缝位置在侧墙结构内表面预留凹槽,设置镀锌钢板接水盒。防水混凝土应尽可能连续浇筑,减少施工缝。

3.3 施工技术措施

1)加强超前地质预报。采用打超前小导管和作探孔的方法进行超前地质探测。探测孔呈梅花形布置,空间距为2 m,每个探测孔深度为5 m,每开挖2 m对前方地质进行一次探测,要始终保持对前方地质3 m的探测长度。2)加强超前支护。超前支护对保证暗挖施工安全具有决定性意义。在进行施工时,采用加密超前导管,管长2.5 m,环线间距由 30 cm变为10 cm;每循环一排设,注水泥、水玻璃双液浆作加固地层处理。必要时在开挖前全断面排设超前注浆管,梅花形布设,因此注浆参数可根据现场实际情况及时进行调整。3)加强初支背后回填注浆。初支背后回填注浆采用全方位回填方案,注浆时必须严格控制注浆压力在0.2 MPa～0.5 MPa之间,如浆液扩散效果不理想,可采取加密回填管的措施进行处理,不得提高注浆压力,防止结构变形。4)加强监测量控。监控量测分为洞内和地面两部分：洞内监测项目有初支拱顶下沉、净空收敛、钢筋应力、初支与围岩接触应力,拱顶下沉和净空收敛监测点布设如图1所示。地面主要监测沿隧道附近地下管线、地表沉降及隧道影响范围内地面构筑物沉降情况。地面横断面沉降测点布设图及线纵向地表历时曲线图如图2,图3所示。

4 结语

通过以上技术措施,取得了很好的效果：隧道沿公路施工顺利完成,隧道拱顶下沉量最大为10 mm,净空收敛4.3 mm,公路最大沉降量为6.6 mm,确保了施工期间公路的正常使用和工程本身的安全,取得了较好的经济与社会效益,总结得出该施工形成的参数及其分析方法,为全面分析效果开挖判定条件提供了科学依据,可供类似工程参考。

[1] GB 50299-1999,地下铁道工程施工及验收规范[S].

[2] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京：人民交通出版社,2006.

[3] 林宗元.岩土工程试验监测手册[M].北京：中国建筑工业出版社,2005.

[4] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社,2004.