浅埋偏压紧邻次高压燃气管线地铁车站出入口施工技术与风险分析

2022-06-15王正才郑志新张进

工程建设与设计 2022年10期

王正才，郑志新，张进

（中国建筑土木建设有限公司，北京 100071）

1 工程概况

轨道交通某明挖车站位于规划三纵线城市快速路以下，呈南北向布置，该车站总长170.7 m，结构形式为地下1 层、局部两层的箱型框架结构，侧式站台布置。车站共设置4 个出入口，6 个风亭。本案例分析的3 号出入口与车站平面位置关系如图1 所示。

3 号出入口与车站站厅层相接，结构总长76.67 m，其中，明挖段长21.05 m，暗挖55.62 m，为变截面多段结构形式，明挖部分为矩形框架结构，暗挖为直墙拱形结构，维护结构采用板肋式锚杆挡墙。

3 号出入口东侧正上方有1 条长25 m，高8 m 的条石砌筑高填方挡墙，墙壁垂直状，与出入口基坑侧墙最小净距1.52 m，挡墙坡顶为场内临时便道。基坑西侧紧邻城市次高压燃气管线，燃气管敷设于盖板箱涵内，平均埋深1.5 m，与基坑边最小净距为3.82 m，明暗交界处正上方覆土仅3.5 m，为典型的“左拥右抱”高风险、浅埋偏压工程，如图2 所示。

图1 3 号出入口与车站平面位置图

图2 3 号出入口平面图

2 总体施工部署

该出入口暗挖部分下穿燃气管线，明挖基坑四周又紧邻以上高风险环境，所以，基坑开挖前必须按照“先支护、后开挖”的原则进行，首先，要对条石挡墙进行预加固（支护），接着对燃气箱涵靠近基坑一侧进行地表注浆加固，待逐级分层开挖后，要及时进行两侧围护结构施工，尤其是靠近燃气管道一侧，防止坑边出现坍塌失稳。暗挖进洞前，要采用中管棚等超前支护手段对洞口前方岩体进行预支护，暗挖隧道已经不能采用传统钻爆法，必须进行合理的施工机械设备组合配置选型。因车站内部站台板等站内结构已经施工完，也不可能采用大型机械设备从车站内部接口处自下而上顺坡开挖，只能从上口往车站内部反坡向进行挖掘，这就大大增加了施工的难度和风险。

通过对该出入口周边环境安全风险的分析与评估，项目制订了可行的专项施工方案，并积极同业主单位、燃气产权单位沟通协调，组织专家对方案进行论证，按专家和产权单位的意见和建议完善方案后组织实施。施工前，必须取得燃气公司同意暂停供气的相关手续，并把管段内燃气排空才能组织施工。施工过程严格按照专项方案的技术措施和要求进行。另外，加强对基坑四周及暗挖拱顶下沉等关键部位进行监控测量，以科学真实的数据指导施工，确保安全顺利地完成既定施工计划。

3 基坑周边预加固（支护）

3.1 条石挡墙预加固

3.1.1 加固方案

明挖基坑开挖前，按专项方案做好“三级安全技术交底”，严格按照方案对影响基坑开挖范围长21.15 m、高8 m 范围的石砌挡墙进行加固。采用2 根φ25 mm 钢筋锚杆+I16 工字钢组成十字交叉节点的锚固形式（见图3），每个锚固节点由2 根φ25 mm 锚杆对十字交叉工字钢进行环抱并焊接锁紧。作业脚手架按跨距1.5 m，步距1.8 m，横距0.9 m 搭设，其他支架搭设要求参照相关现行国家标准规范的条文要求执行，卸料通过架设在挡墙上方临时便道的25 t 汽车吊进行垂直运输。

图3 锁固节点大样图

3.1.2 工艺流程

施工顺序：基础清表→浇筑条形基础→搭设脚手架→钻孔→安装锚杆→水平工字钢安装→临时焊接固定→安装竖向工字钢→工字钢与锚杆焊接锁紧→注浆。

3.1.3 挡墙预加固施工

采用φ42 mm 钻杆的潜孔钻机钻孔。施工前，要对孔位进行测量并做出标记，钻机就位后调整好与水平面的角度，以水平向下10°~15°施钻，钻孔深度需深入稳定基岩不小于4 m，每对锚孔横、竖向间距为1.5 m，打设过程中需加强现场巡查和监测，如有异常及时采取相应措施。以实际孔深进行锚杆下料，先装设1 根φ25 mm 锚杆与横向工字钢固定牢固，再安装竖向工字钢，注意工字钢安装过程中要对局部进行连墙拉结，待与锚杆环抱焊接牢固后方可拆除临时拉结，工字钢横竖间距按1.5 m 控制，焊接完成后及时注浆，采用M30 水泥砂浆进行灌注，注浆过程中要观察浆液是否饱满，必要时进行二次补浆。竖向工字钢根部需落在墙脚硬土基上并楔紧。

3.2 燃气管线保护

3.2.1 燃气箱涵注浆加固

首先，根据产权公司提供的技术图纸资料，用探测仪配合人工挖探坑方法准确标出燃气管涵走向，再对影响施工范围的管涵一侧地表进行注浆加固，使管道周边土体固结，确保开挖过程中管道箱涵不至于因地质扰动而造成地表沉降。基坑开挖必须分层分阶段进行，采用明挖顺作法施工围护结构，从基坑西侧墙往燃气箱涵底以一定外插角向下打设锚杆，注浆后绑扎肋柱及面板钢筋，浇筑锚杆板肋式挡墙。

3.2.2 工艺流程

施工顺序：拟注浆区域清表→测量放线→挖探坑暴露管涵走向→钻孔→安装小导管→注浆→基坑侧墙开挖→施作肋柱锚杆并注浆→绑扎挡墙钢筋→浇筑混凝土。

3.2.3 施工工艺技术

根据产权单位提供的资料可知，图2 中燃气管线A4 坐标点的管涵埋深为1.5 m。地表至明暗交界处基坑深相对高差为7.6 m。因基坑为斜通道向下，固实际钻孔注浆深度可按2~7 m进行考虑。沿基坑边与管线箱涵中间布置2 排，横、竖向间距为1.5 m 的梅花形注浆孔，采用水灰比为1.5∶1 的水泥浆，确保浆液能够充分渗入土体。开挖至设计标高后，施工围护结构，先按测量放样标记的点位沿基坑侧壁向箱涵底以15°外插角打入锚杆，锚杆横向间距为2.5 m，竖向间距1.5 m，顺肋柱位置从上往下钻孔，孔深分别按6～12 m 呈梅花形布置，成孔后每孔安装3 根φ32 mm 锚杆并注浆。

4 暗挖进洞施工

4.1 管棚超前支护

根据地勘资料和开挖断面地质显示，洞口围岩呈水平分层状、较破碎、节理较发育，无明显渗水，洞顶覆盖层仅3.5 m，采用φ76 mm×3.5 mm 管棚辅助工法进行超前支护。沿着拱圈设计轮廓线按50 cm 孔距以1°~3°外插角钻孔，安装20 根9 m长钢管并注浆，利用管棚与围岩形成的梁拱效应和加固效应，使破碎围岩胶结固化构成壳状结构，提高了围岩的自承能力，可有效抑制围岩松动和防止垮塌。

4.2 隧道开挖方式经济比选

方案一：人工水钻+卷扬机提升出渣法。这是重庆市场目前普遍存在的一种工法，虽然水钻开挖最为安全可靠，但成本太高且效率低，工期太长，一旦进入雨季，会给基坑带来倒灌的防汛风险。另外，安装矿山用卷扬机设备，需单独制订方案，安装和验收周期长。根据经验，这种开挖方式每天能达0.6 m 的循环进尺，开挖时间需要3 个月，施工效率较低，所以，此方案不可行。

方案二：机械开挖法。拟采用一种带圆盘锯的切割设备配合带液压破碎锤的挖机进行施工，先由圆盘锯对围岩进行竖向分块切割，再由破碎挖机剔打，这样就大大提高了掘进效率。圆盘切割机上下坑洞和渣土吊装均由设在上口平台的500 kN（50 t）吊车进行垂直吊装。随着斜通道的不断加深，采用一台小型挖机配合大挖机进行接力翻渣，就能有效解决斜通道渣土的转运问题，这种方式每天能掘进约1.5 m，长56 m的斜通道只需不到40 d 就能完成，施工效率较高。

实践证明，采用方案二进行开挖，不仅施工速度快，对围岩和周边环境的扰动也最小，有利于降低施工风险和成本。

5 基坑变形与拱顶沉降监测

施工时共采集基坑四周7 个点（SK3BP-1～SK3BP-7）和暗挖隧道3 个断面监控量测数据，数据显示：7 个点中，3#点的累计最大水平位移值为-10 mm，1#点累计竖向位移值13 mm（此测点位于明暗交界正上方坡顶），这两个最大值均在监测控制值的40 mm 范围内。在3 个隧道断面中，拱顶沉降累计值最大为5.5 mm，变形速率在0.2～0.4 mm/d，累计值和变形速率均满足监测控制值的30 mm 和3 mm/d，可以正常施工。

通过上述监测数据可知，开挖前采取合理的预加固（支护）辅助施工措施，是降低施工安全风险的有力前提，也证明了面对复杂工况时，采取以上辅助施工手段的必要性和科学性。