软弱地层多洞室仰挖下穿既有线工况超前大管棚施工技术研究

2023-05-06杨刚

建筑与装饰 2023年8期

杨刚

中铁二局第四工程有限公司四川成都 610300

引言

近些年，随着城市经济的不断发展，城市地铁网建设也越来越密集，由此会有更多地铁换乘车站产生，相应更多的换乘通道也需被设计建设。但由于城市的特殊环境，地铁换乘通道在施工过程中会碰到既有交通设施、地下管线密集、复杂地质条件等不利因素影响，因此对施工安全、沉降的要求都非常高；所以在换乘通道仰挖施工前，需要对前方软弱地层进行超前加固施工，即对相应工况条件下超前大管棚施工技术的研究是十分必要的。

1 工程概况

1.1 工程简介

六道口站为既有15号线新建的换乘车站。沿学院路南北向设置的六道口站，位于学院路与清华东路交叉口南侧。车站主体采用暗挖拱顶直墙双柱三跨结构形式的“洞桩法”，共设置2个进站口、2组风道、3个紧急疏散口、1个无障碍进站口、2个换乘通道及1个无障碍换乘通道。

换乘通道位于学院路与清华东路路口东、西南角，单层单跨拱形直墙断面，开挖宽度7.9m（人防段10.3m），开挖高度6.92m～10.17m，覆土深度8.5～20.45m，下穿既有线段采用6导洞CRD法施工。

1.2 管线情况

站址位置地下管线较多，学院路上主要管线有4500×2750mm雨水方沟（管内底埋深约6.7m），2000×2300mm电力方沟（管内底埋深约14.4m），Φ1500污水管（管内底埋深约10.6m）。清华东路主要控制性管线有： 2000×2300mm电力方沟（管内底埋深约14.4m），Φ1500污水管（管内底埋深约11m）。

2 工程特点及重难点

2.1 工程特点

本工程换乘通道采用CRD法施工，穿越风险工程复杂，其主要特点如下：

2.1.1 施工区域上方管线很多，有雨水、污水、电力、燃气等管线，施工对上方管线及道路、既有线车站都有干扰。既有线车站、道路及地下管线对变形控制要求都很高。

2.1.2 六道口站1号换乘通道开挖边线水平距离15号线车站结构外边线1.85m，垂直距离15号线C出入口2.57m， 2号换乘通道水平距离15号线车站外边线2.22m，距离15号线D出入口垂直距离2.44m。

2.1.3 车站换乘通道结构主要位于粉质黏土层③、粉土③1层、粉质黏土④层、粉质黏土⑥层之中。潜水（二）含水层粉土③1层位于换乘通道爬坡段后，呈透镜体不连续分布，施工前提前进行地下水情况超前探测，探明是否有残存水或管线渗漏水囊存在，若有，应提前采取措施进行处理[1]。

2.2 工程重难点

车站换乘通道结构施工涉及施工工序繁多、工序复杂且质量难以保证，同时邻近既有线施工是本工程难点之一，其主要包含施工工序如下：

表1 项目重难点原因分析及对策

2.3 换乘通道与既有线位置关系

1号换乘通道开挖边线水平距离15号线车站结构外边线1.85m，垂直距离15号线C出入口2.57m， 2号换乘通道水平距离15号线车站外边线2.22m，距离15号线D出入口垂直距离2.44m。

3 工艺流程及操作要点

3.1 施工准备

3.1.1 施工平台。管棚钻机、注浆设备安放在换乘通道上层洞室仰拱上。

安装钻机架：平台采用扣件式脚手架搭设，搭设完成后在脚手架上铺不小于5cm厚木板平台，满足钻机及人员施工要求[2]。

钻机安装定位：钻机固定在塔架平台上，利用塔架调整设施进行钻机水平垂直定位，钻机安放要求平整，保证管棚打设质量。

钻机平台必须设置牢固，便于钻机的安装和固定，防止因钻机下沉不均匀，在施钻时产生摆动、位移、倾斜等现象，使钻孔质量受到影响。

给出管棚打设定位（方位、仰角）相应的测点。钻孔前应先检查钻机各部件运转是否正常，换掉不正常的部件后，再进行钻孔作业。采用干钻开孔确保正确定位管棚位置。

3.1.2 管棚制作。为了提高单步开挖段管棚的承载能力，相邻管棚接缝应错开，缝距≥1m为宜。管棚加工成1m、2m长，按奇、偶编号，错开安装。管棚单管之间采用Φ89mm钢管做内衬管，内衬管长度大于200mm,衬管深入两单管各不少于100mm，环向满焊连接。连接直顺度用靠尺检查合格后方可连接。

3.2 管棚打设施工工艺

3.2.1 主要参数。管棚钢管规格：壁厚8mm，无缝钢管Φ108，环向间距0.3m，水平倾角30°，工程超前大管棚采用导向跟管钻进技术施做，管内灌注1∶1水泥浆。

3.2.2 管棚施工流程。深孔注浆作业完成→人员设备进场→钻机平台搭设→设备组装调试→（埋设孔口导向管→安装密封装置钻透砼残留层）→调试钻机（方位、仰角）→钻具组装进孔→管棚位置、角度检测→如有偏斜进行纠偏→钻进→回位接管、接口补焊→孔斜测量（校正）→钻进→至设计深度终孔→管内、外注浆→如有需要二次压浆→移至下一孔位。

3.2.3 套管预埋。测量组用全站仪在换乘通道初支面上依次放样出管棚孔口中心设计点位并标注编号。施工队事先将1m长的Φ159钢管预埋在相应位置，作为管棚套管。预埋的套管孔道兼作为管棚的导向管孔用。预埋孔误差要求±50mm，孔径大于钢管直径30～40mm。

3.2.4 钻具安装。套管预埋完成后连接管棚（衬管连接），管棚后部连接（变径）夹头，通过夹头与钻机动力头相连。调整钻孔方向，使钻机钻孔从轴线与管棚轴线一致。

3.2.5 管棚定位打设。根据施工场区地面条件，工程地质水文地质条件，参考以往施工经验，选用“干钻导向跟管钻进”施工方试，即一次完成打孔、安装管棚等作业，有效减少施工沉降。

钻具、首管组装连接完成后，直接用Φ108mm×8mm钢管做钻杆，慢速启动钻机，钻进几米后再加速加压。钻孔时，为保证钻进后管棚不侵入初支界限，钻孔定位控制可用经纬仪和挂线相结合的方法，以克服钻深后钻具自重造成的下垂现象，钻孔应与导孔保持一致，即外倾角3～5°，比纵轴线上的仰角3～5°，保证钻机与管棚轴线与开孔角度保持一致。先打设换乘通道拱部管棚，再打设两侧管棚。

管棚在钻机动力的带动下，一边旋转一边跟进，钻机的回位在每打完一根管子后接管，务必要注意在接管的时候要有一个长短间隔的衔接。即1+2+1+2+…，以保证与相邻管棚错开接头。管棚连接时采用衬管环向满焊连接，严格控制焊缝质量，确保管棚连接质量[3]。

3.2.6 注浆。①浆液拌制。管棚内的杂物由下至上顺序用高压水对进行冲进行。注浆采用水泥浆，水灰比1∶1（重量比），水泥：P.O42.5普通硅酸盐水泥。浆液搅拌要均匀、不能有结块、沉淀物，否则延长搅拌时间应适当延长，待浆液拌匀后，才能进行管棚注浆。浆液应在现场随伴随用，浆液要流动性、可注性要良好。②注浆压力。0.4～0.6MPa。③注浆管设置。注浆采用孔口注浆管注浆，利用自制的管口封孔装置(用套丝与管棚连接或用Φ10mm钢板焊接，再将注浆管设置在其上并安装排气筒)，通过阀门控制开关的方式将孔口排气筒与注浆管连接，排气筒用塑料管插入距孔底20cm处，再与注浆管等各种管路连接。掌面与管棚之间的孔隙用锚固剂封闭，防止浆液渗漏。关闭洞口阀门，开启注浆泵进行管道压水试验，试验压力等于注浆终压，如发生渗漏，应及时检修。④注浆流程。现场注浆施工必须严格按照注浆机操作规程作业，充分做好注浆前各项准备工作，尤其是对机具设备的检修工作，发现问题及时排除，使机具处于良好状态。注浆时不得将注浆管口对准人体，避免高压浆液对人体伤害，还应防止施工人员在作业时因注浆管爆管而受到伤害。在开机注浆前认真检查注浆管路系统，包括混合器、接头、阀门等，若有损坏的应立即更换；不好用的接头、阀门严禁得使用，防止在高压下发生脱扣的危险事故。并预先将管路全部接通在洞外。进行试压，试压可用清水进行。在打压试验时，若管路不通或接头有漏水现象，应将其排除，使管路系统各部件保持完好、畅通的状态。注浆时首先注“单”号孔，其次再注“双”号孔。

注浆顺序应采用由低到高、由下往上，交错的方式进行。在注浆过程中，对拆卸下来的所有接头、阀门，及时安排专人清洗干净，以备轮换使用。

注浆量应满足设计要求，通常为钻孔桶体体积的1.5倍；若注浆量超限，压力要求达不到时，应调整浆液浓度继续注浆，以保证钻孔周围岩体与钢管周围孔隙在钻孔周围充填饱满。结束标准采用单孔注浆方式：①注浆压力逐步提高达到设计压力并稳压10min；②注浆量大于设计注浆量的80%；③注浆速度为开始注浆速度的1/4。