超浅埋地铁出入口下穿既有砖房施工技术

彭昌海

(北京中铁隧建筑有限公司，北京 100022)

0 引言

随着我国城市地铁隧道施工技术的快速发展，为提高结构承载能力，减少施工占地，拆迁工作以及降低施工成本，超浅埋施工在城市地铁隧道中得到了广泛使用。超浅埋隧道会引起地面及建筑物等的不均匀沉降或建筑物开裂，在这些因素影响下，怎样减少对地面及建筑物的影响将成为超浅埋隧道施工的重要技术问题。文献［1］介绍了以大量工程建设中的数据、经验和教训为依托，全面客观地对我国隧道及地下工程修建技术进行梳理、总结和提升，并加以系统阐述;文献［2］介绍了浅埋暗挖隧道近距下穿既有地铁的关键技术;文献［3］介绍了地铁隧道施工对邻近建筑物影响的研究;文献［4］介绍了盾构下穿建(构)筑物控制沉降注浆技术研究与应用;文献［5］介绍了浅埋隧道下穿越浅基础建筑物注浆保护技术;文献［6］介绍了隧道工程浅埋暗挖法施工要点。而本论文针对在出入口隧道下穿既有砖房，工程施工具有较大的风险，施工全过程先后进行了优化方案、量测分析等，以指导施工，确保工程的顺利完成，并有效地规避工程风险。

1 工程概况

重庆市轨道交通1号线为重庆市轨道交通线网中的一条骨干线路，歇台子车站位于渝州路与科园六路的交叉口，渝州路的路面下。渝州路为城市主干道，站位处地面建筑较多，路面交通复杂，地面下管线密集。

歇台子车站1号出入口中轴线与车站交于YK9+962.515，总长约158.90 m，通道净宽度4.5～7.5 m，周边建构筑物众多;YK9+935.912～+962.515段前进方向右侧分别为砖2及混凝土9建筑，紧靠通道结构边墙(平面);K9+887.941～+935.912段从年代久远的2层砖房的正下方穿过，设计隧道拱顶绝大部分埋深3～4 m，基本位于回填土层及强风化岩层中。1号出入口下穿房屋段，隧道拱顶基本为填土层和黏土层，下伏基岩为强风化砂质泥岩，岩体破碎，主要发育2组裂隙。由于管网破漏，下穿房屋段拱顶的素填土及黏土层可能存在一定的地下水并浸泡岩体，围岩劣变为强风化状态，属于超浅埋隧道。

2 地表房屋情况

据现场调查，1号出入口穿越的2层砖混结构门面房，属一栋临时基建房。楼房修建于20世纪80年代末，修建时间较长，结构质量差，砖房基础为浆砌条石基础，基础深度约1.5 m，现有砖房长约55 m，宽约10 m，为砌砖结构，楼板为混凝土预制板。整栋砖房全部位于出入口正上方，房屋基础距隧道拱顶约2 m，1号出入口隧道与砖房平面关系如图1所示。

图1 1号出入口隧道与砖房关系平面图Fig.1 Relationship between No.1 tunnel entrance t and the existing building

3 下穿砖房施工总体措施

1号出入口隧道上方的2层砖房拆迁困难，为尽可能有效地控制房屋沉降、保障施工安全与质量，遵照“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”的原则，暗挖隧道在砖房基础以下、隧道平顶以上，采用双排φ108大管棚进行超前注浆加固地层及砖房基础，并结合暗挖时超前小导管超前支护，开挖前掌子面注浆结合环向注浆，保障安全。隧道开挖后中风化岩以上采用φ68袖阀管注浆加固，径向采取φ42钢花管并注浆，中风化岩以下采取φ22药卷锚杆，结合格栅钢架、钢筋网、喷射C25钢纤维混凝土进行初期支护，并及时施作二次衬砌。

1)开挖。由于1号出入口下穿2层砖房段暗挖隧道埋深浅，围岩软弱，地质复杂，地面管线(电信、联信光缆、军缆、燃气、DN400给水管道等)密集;因此，1号出入口开挖宜采用静态破碎结合人工方式作业开挖，CD工法开挖，严格短进尺，加强支护，确保地面建筑物及施工安全，施工步序图如图2所示。

图2 下穿砖房段矩形断面施工步序图Fig.2 Construction sequence of rectangular cross－section at crossing underneath building section

2)支护。为有效的全面加固2层砖房，出入口下穿砖房段，在砖房基础以下、隧道拱顶以上施作双排φ108大管棚，通过注浆加固房屋基础及地层;暗挖隧道采用掌子面拱部注浆结合拱部超前进行注浆，开挖后采取径向注浆及φ22系统锚杆结合格栅钢架、钢筋网、喷射C25钢纤维混凝土进行初期支护。

4 施工技术

1)开挖支护

视工程地质情况，采用CD工法施工4部开挖，土方采用人工开挖，风化岩层采用静态破碎，严禁爆破作业。洞内采用挖掘机配合装载机铲运，在竖井底直接装入碴斗，10 t电动葫芦垂直提升出碴，每循环开挖后及时“喷、锚、网、喷”支护。

在暗挖平顶直墙隧道开挖前采用φ42钢花管，壁厚5 mm，进行掌子面注浆，间距80 cm×80 cm梅花型布置，L=4.5 m，4 m/环，注浆管施作完成后掌子面进行喷射10 cm厚C25混凝土进行封闭，并注入1∶1水泥浆。径向加固注浆采用φ68袖阀管，L=3.5 m，每2 m一环，环向间距2 m梅花型布置;超前导管采用φ42钢花管，L=2.5 m，壁厚5 mm，外插角10°，水平间距40 cm，纵向间距1 m;锚杆采用φ22砂浆锚杆，L=3 m，环向间距1.0 m，纵向间距0.4 m梅花型布置。采用双层钢筋网φ8@200 mm×200 mm。钢架为格栅钢架，喷射混凝土采用C25钢纤维混凝土支护。在施作初支喷混凝土前，预埋φ42普通焊接钢管，L=0.5 m，在喷混凝土后进行背后注浆，注浆管环纵向间距1.5 m×1.5 m，注浆压力0.5 MPa。

2)二次衬砌施工

采用“组合脚手架+拱架+大块钢模板”施工。该段通过加强监控量测，及早进行二次衬砌施工;衬砌钢筋集中加工，洞内绑扎φ16以上环向钢筋，采用机械连接;混凝土采用泵送入模，采用模板外挂附着式平板振捣器和插入式振动棒振捣密实。

4.1 静态破碎施工

开挖过程中为减小对地面砖房的扰动，确保施工安全，出入口隧道应采用静态破碎施工工法。静态破碎剂是一种不使用炸药就能使岩石破裂的粉状工程施工材料，它的主要成份是生石灰(即氧化钙)，还含有一些按一定比例掺入的化合物催化剂，是国际上流行的新型、环保、非爆炸施工材料。

4.1.1 静态破碎施工原则和工艺流程

出入口断面分次静态爆破应遵循“掏槽先行、分区破碎、安全可靠”、“垂直岩面、断面布置、孔眼同一平面、与临空面平行”和“满孔装药、捣固密实、先内后外、确保安全”的施工原则。

4.1.2 孔距与排距

孔距与排距的大小与被破物的硬度有直接关系，硬度越大，孔距与排距越小，反之越大。因此实际施工应当通过现场试验确定适宜的破碎参数，通过现场试验，确定爆破参数如下:分3个区域分次爆破，孔眼一次钻孔成型，第1区域是中心掏槽区域，为边长3.5 m的矩形，先在中心部位打设2排掏槽眼，孔距和排距均为20 cm，其余孔眼的孔距为30 cm，排距为40 cm;第2区域为上台阶拱圈区域，所有孔眼的孔距均为30 cm，周边眼与内圈眼排距为35 cm，内圈眼与辅助崩落眼排距为40 cm;第3区域为下台阶仰拱区域，孔位布置与第2区域一致，只是不同时间装药破碎。

4.1.3 钻孔及装药技术要求

钻孔直径与破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于药剂充分发挥效力;钻孔过大，装药及反应过程容易冲孔。根据我国目前成熟的静态爆破施工经验，选择钻孔孔径为42 mm。钻孔深度根据围岩硬度情况确定，孔眼越深，所需药剂作用力越大，爆破效果相对越差。本工程出入口岩石经测定普氏系数F为7～8，为了保证出入口的施工安全及减少对上部砖房的扰动，根据现场破碎效果试验确定钻孔深为1 m。钻孔采用YT－28手持气腿式钻机，满足一般隧道钻孔要求即可。

由于采取分区分次破碎，因此，全部钻孔完成后，将2、3区孔眼用棉纱或其他柔软物质塞住保护好，以免进入石渣等。装药孔眼必须将孔内余水和余渣用高压风吹洗干净，孔口旁清理干净至无土石渣后方可进行装药破碎。

4.1.4 药剂反应时间的控制

药剂反应的快慢与温度有直接的关系，温度越高，反应时间越快，反之越慢。实际操作中，控制药剂反应时间太快的方法有2种:一种是在药剂拌合(浸泡)水中加入抑制剂;另一种方法是严格控制拌和(浸泡)水、药剂和岩石的温度。加快药剂作用反应的解决方法一般是掺加促发剂和提高拌和水温度，拌合水一般控制在15～20℃范围内，防止药剂反应过快发生冲孔伤人事件。但为了缩短施工时间、加快处理进度，有必要在保证安全情况下缩短药剂最大效应反应的时间，因此药剂反应时间一般控制在30～60 min左右较好，裂缝达到2 cm的时间控制在3 h左右。

4.2 管棚施工

为减小1号出入口施工对上部砖房建筑的扰动，下穿砖房段采用双层管棚φ108 mm壁厚9 mm的热轧无缝钢管，L=65 m，水平间距40 cm。为了减少管棚钢管接头数量及确保大管棚施工精度，在施作管棚前，先做管棚导向墙，导向墙采用C20素混凝量，并在导向墙上按测量放出的管棚位置安设φ127导向管并定位在导向墙内，导向管长1.5m。管棚导向墙完成后，采用MK－5型坑道管棚钻机施工大管棚，并及时注浆进行填充及有限扩散注浆。

4.3 超前支护和预加固施工

4.3.1 超前支护施工

1号出入口下穿砖房段超前支护采用φ42钢花管，L=2.5 m，纵向间距1 m，外倾角10°，钻孔与隧道中线尽量平行，环向间距40 cm，超前小导管从钢架背腹部穿过。

小导管在洞外加工成型，周边布孔成花管，打孔按15 cm梅花型布置，前端做成尖锥状10 cm，尾部焊上箍筋。每环小导管施工完成后均应注浆，浆液采用水泥浆，用JW－200注浆泵注浆。

浆液配比:C30水泥浆液水灰比1∶1(质量比)。测量放样:按设计要求，在掌子面上准确画出本循环需施设的超前支护孔位。

安装:采用YT－28风钻顶入。

加工及施工:将前端加工成尖锥状，尾部焊φ6加劲筋。除尾部1 m外，管壁四周钻φ6 mm的压浆孔(压浆孔呈梅花型布置，间距150 mm)以方便浆液向围岩内压注。施工时，用风钻先成孔，然后用风钻将小导管直接顶入孔中。

孔口密封处理:导管尾端外露足够长度，并与格栅钢架焊接在一起，然后通过复喷混凝土或抹砂浆密封孔口。

注浆:注浆前导管孔口达到密闭标准，以防漏浆，然后按设计配合比制水泥浆，采用注浆泵压注，注浆压力为0.5～1.0 MPa，以设计注浆量作为结束标准，若注浆压力达至设计终压大于20 min，进浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆。注浆结束后，将管口封堵，以防浆液倒流管外。

注浆记录:注浆过程要随时观察注浆压力及注浆泵排浆量的变化，分析注浆情况，防止堵管、跑浆、串浆、漏浆。做好注浆记录，分析注浆效果。

4.3.2 掌子面注浆施工

掌子面小导管采用φ42 mm壁厚5 mm的钢花管，长4.5 m，环向间距80 cm，纵向间距4 m/环。小导管按设计要求垂直于掌子面呈梅花型布置，采用YT－28风钻顶入，每钻完一孔便顶进一根钢管，同时做好施工记录，待小导管施作完成后，采取喷射10 cm厚C25混凝土封闭掌子面，然后进行注浆，注浆方法同超前施工。

4.3.3 初支背后注浆施工

初支背后注浆采用φ42 mm壁厚5 mm的钢花管，长0.5 m，环向间距1.5 m，纵向间距1.5 m/环。小导管沿初支背后呈梅花型布置，拱架安装时，按要求布置钢管间距和长度。注浆采用无收缩改性水泥浆，外加剂采用XPM纳米增强膨胀剂，掺量为水泥浆的10%，水泥浆水灰比 1∶1(质量比)，注浆终止压力为0.5 MPa。

4.3.4 径向注浆施工

径向注浆采用外经φ68袖阀管，长3.5 m，环向间距2.0 m，纵向间距2.0 m/环。径向注浆分3轮注浆，注浆材料采用1∶1水泥浆，第1轮注浆水灰比为1.0，第2轮注浆水灰比为0.9，第3轮注浆水灰比为0.8。袖阀劈裂注浆单孔工艺流程为:钻孔—灌注封壳料—安装袖阀管—进行第1轮次注浆—清洗袖阀管内的残留浆液—待凝12 h—进行第2轮次注浆—清洗袖阀管内的残留浆液—待凝12 h—进行第3轮次注浆。封壳料采用水泥、黏土混合浆，配合比为水泥∶黏土∶水=1∶1.5∶1.88，3 d 龄期抗压强度为 0.3 MPa。

4.4 洞内跟踪注浆

为确保施工中隧道上方房屋安全，应对其进行严密监测，施工中根据监控量测及时反馈信息，同时在洞内跟踪注浆。采用φ42注浆管，管长3 m，径向排设，根据量测地表沉降及洞内沉降、收敛数值，确定注浆的范围及注浆压力。注浆由现场条件及沉降大小确定，注浆过程中根据监测数据及时调整注浆参数。

4.5 施工监测

下穿2层砖房施工时，在出入口砖房段选择5个里程点作为控制断面，在每个断面拱顶、拱腰埋设5个初支钢筋应力传感器，并且在2层砖房周边沿线5 m布设地表沉降观测点，加强监控量测，获取准确信息，以便了解其变化态势。通过合理化施工，下穿砖房期间地表累计沉降最大1.3 mm，洞内拱顶下沉和水平收敛如图3所示。

图3 2010年下穿砖房段部分点位拱顶下沉和水平收敛回归曲线图Fig.3 Regression curves of crown settlement and horizontal convergence at crossing underneath building section

表1 出入口通道地面房屋沉降监测部分结果(2010年)Table 1 Ground settlement monitoring results of the building mm

从表1可见，所测得的各沉降监测点的沉降量均未超过二级变形测量的允许误差±0.5 mm，也就是说按照二级变形测量的精度要求，出入口通道上方的2层砖房各沉降测点未出现沉降。

5 结论

城市地铁暗挖浅埋隧道施工环境复杂，施工中应本着“严调查、严量测、严控制、严防范”的原则指导施工。本文结合施工实际情况采用静态破碎开挖、大管棚、超前小导管、掌子面注浆、径向注浆、洞内跟踪注浆施工为主要施工措施，使浅埋出入口隧道成功下穿砖房。从而有效解决施工风险大、任务重的难题，全过程采用信息化施工，形成快速、连续的施工条件，各项监测数据表明变形均控制在合理范围之内，相互之间扰动最小，确保了施工的安全，保证了施工的顺利进行。工程经过精心组织，下穿砖房段用时2个月，为出入口通道提前移交装修提供了条件，取得了较好的经济效益及社会效益。

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