地铁线路穿越地裂缝段竖井及横通道施工工艺研究

刘海江 LIU Hai-jiang

（中煤天津设计工程有限责任公司，天津 300131）

1 工程概况

随着现代经济社会的发展，我国城市地铁建设总里程和建设速度均位于世界前列，全国省会级城市基本实现了地铁通行，还有一些非省会级城市地铁建设总里程也在逐年提高。在我国西北地区中心城市西安，地铁建设面临一个挑战，即地裂缝的构造使得地铁线路不得不穿越其间。地裂缝会随着时间而不断发生三相位移即纵向位移、水平位移、竖向位移，为了解决该难题，西安地铁线路在穿越地裂缝段时采用暗挖施工，增大隧道断面尺寸并设置沉降缝以解决由于地裂缝的沉降对地铁隧道造成的影响，在暗挖隧道施工前需要进行竖井及横通道的施工建设，作为正线暗挖隧道的辅助工法。本文通过地铁8 号线某暗挖隧道段竖井及横通的施工方法及施工技术措施研究如何安全、快速、高效进行施工。

地铁八号线延平门站～高新一中站区间竖井及横通道工程位于西安市雁塔区，区间左、右线分建的两条单线隧道。竖井结构净尺寸为4.2m×6.9m，开挖尺寸为4.9m×7.6m，井深约26.1m，井口设置1.2m×1m 锁口圈梁；竖井与区间以横通道相连，横通道42.2m 长，横通道净断面尺寸4.2m×11.17m，横通道拱顶覆土约12.40m。竖井采用倒挂井壁法施工，横通道靠竖井端设马头门。横通道采用台阶法施工，分为上、中、下三个台阶。

由上到下地层为杂填土、素填土、黄土状土、古土壤、粉质黏土、中砂、粉质黏土、中砂。稳定水位埋深15-20m，水位位于竖井及横通道开挖面以上约6m。由于夹砂层含水丰富，开挖施工过程中渗漏水风险较大，给施工造成一定困难。竖井周边高层林立，地下管线较多，渗漏水会造成地层压缩变形，从而给建筑物及地下管线带来极大危害。

2 施工工艺

2.1 锁口圈梁施工流程

按照放线、锁口圈梁开挖、钢筋绑扎、模板安装、混凝土浇筑的顺序进行施工。根据施工图设计，锁口圈梁施工时采用全站仪精确放样锁口圈梁开挖线，采用机械破除路面结构层，然后采用人工开挖至设计圈梁标高底，开挖至锁口圈梁底，人工进行开挖底部捡底、修边，对基底进行平整夯实。按照设计高程调整槽底高程，浇筑5cm 厚砂浆做锁口圈梁底模找平。首榀钢架安装后，基底临时回填至锁口圈梁底。锁口圈梁钢筋绑扎，同时预埋井架支撑梁及井架基础、栈桥基础地脚螺栓，并预留初支竖向连接筋甩筋（锚入圈梁大于等于35d=700mm）。首榀格栅钢架安装，竖向连接筋上下预留长度满足锚固及竖向搭接要求。首榀钢架中心与圈梁底距离不超过30cm。

2.2 竖井土方开挖及出碴

竖井采用倒挂井壁法施工。锁口圈梁施工完毕，竖井井身开挖前，竖井土方开挖按先中间后四周、分块进行错开施工，每开挖一环支护一环，每循环开挖进尺为一榀钢架间距，应在超前注浆锚管、初支（含对撑、角撑）完成后，并在喷射砼达到要求的强度后方可开挖下一循环。中间设置集水坑，集水坑先行施工，然后对称向井壁扩挖，修边成形。

2.3 挂网、架立格栅钢架、角撑、对撑

开挖后，挂外侧钢筋网并架立钢格栅。钢筋网片采用ϕ8@200×200mm，钢筋网片搭接不小于20cm。网片与锚管要连接牢固；中间设置一道支撑，支撑采用工20a，间距同格栅钢架。

格栅节点处理措施：竖井钢筋格栅节点位置为初期支护结构关键工序节点，施工应注意各节点连接质量。竖井钢格栅设置工20a 对撑、工20a 斜撑，型钢对撑、型钢斜撑与钢格栅连接节点采用2 块10mm 厚钢板通过M24×90螺栓连接。相邻格栅连接接头上下错开。（图1）

图1 竖井支护结构剖面图

格栅钢架施工技术控制要点：

①检查钢筋种类、型号、规格是否符合设计要求；有锈蚀的钢筋禁止使用，对有轻微浮锈、油污等的钢筋要清除干净，并对焊点进行防锈处理。

②格栅钢架加工时，构件的连接是关键工艺，应严格按有关规范规定执行，确保各类焊缝的质量。

③格栅钢架加工后需在地面试拼，其允许误差为：

1）沿格栅钢架周边轮廓拼装偏差不应大于±30mm；

2）格栅钢架由各单元钢构件拼装而成，各单元间采用螺栓连接，螺栓孔眼中心间距公差不超过±0.5mm；

3）格栅钢架平放时平面翘曲应小于±20mm。

④两榀钢架间的竖向连接筋，采用单面搭接焊，搭接长度10d；其余焊缝采用双面焊，所有焊缝高度均不小于8mm。

⑤为保证钢架的整体稳定性，格栅钢架纵向连接筋采用ϕ20，搭接长度＞10d，环向间距1m/马头门2m 以上加密为500mm，内外双排布置。

⑥钢架按设计位置安设，认真定位，不偏、不斜，节与节之间连接紧密，无缝隙，上下左右偏差小于±5cm，钢架倾斜应小于2°。当钢架和初喷层之间有较大间隙时设骑马垫块，钢架与围岩（或垫块）之间的间隙不大于50mm。相邻钢架按设计要求将钢架接头错开布置。角撑、对撑与格栅钢架同步施作。

⑦格栅钢架安装完毕后，安装内侧钢筋网片，并尽快喷混凝土作业，将钢架全部覆盖，使钢架与喷混凝土共同受力。钢筋网片在地面采用电焊加工成型，安装固定在钢架上，相邻网片搭接长度不小于20cm。

⑧根据地层竖井局部穿越中砂层，根据现场施工情况，可适当考虑加密格栅钢架。

⑨竖井进施工横通道可局部截断对撑，并设置钢柱加强。

2.4 超前注浆锚管施工

钢格栅安装完成后，立即进行注浆小导管的施工。注浆小导管采用ϕ42×3.25 钢管@1m（水平）×0.75/0.5m（竖向），其材质及性能满足图纸及相关规范规定的要求。锚管斜插角为60°。施工中对锚管成孔质量进行盯控，加强锚管成孔夹角误差控制，禁止夹角偏大影响结构受力。注浆采用水泥单浆液，按1:1 比例注浆，注浆压力0.3～0.5MPa，具体根据现场试验确定，要求注浆扩散半径不小于0.20m。注浆锚管采用手持风钻成孔，成孔后采用高压风自里向外进行清孔，清孔完毕后将灌浆管插入距孔底约20cm 时，立即灌注水泥浆。

2.5 竖井封底

竖井开挖至设计标高后，先施做一层100mm厚C15 混凝土垫层，再铺设钢筋网片、架设钢架完成后喷射300mm 厚C25 喷射混凝土。由于竖井下部6m 范围位于水位以下，开挖时出现渗漏水，此时根据现场实际情况分块、分侧施工。根据施工需要，在竖井一角设置集水坑用于收集施工中土层渗水及施工废水。

2.6 横通道开挖及支护工艺

竖井进入横通道处俗称“马头门”，是施工开挖的薄弱点。本工程采取竖井临时封底后破除马头门方式施工横通道上导洞，待上导洞开挖6-8m 后再往下开挖竖井的施工方法。竖井施工至马头门处时，格栅加密，将马头门处井壁的格栅纵向连接筋加密。马头门开洞前，沿开洞轮廓外侧打设一环超前大管棚（ϕ108*6 无缝钢管，L=8m，环距0.4m），并设置单层Φ42×3.25 注浆小导管，L=3m，环向间距400mm，纵向间距1m，倾角0°～1°，注水泥液浆。施工过程中遇粉细砂或细中砂层，注改性水玻璃，注浆压力根据现场试验确定，初步定为0.3-0.5MPa。

破除竖井在马头门范围内的钢格栅时，在截断的竖井钢格栅处立一榀通道格栅钢架，并与截断的竖井格栅加筋焊接，再喷射砼使竖井范围内横通道上半断面封闭成环。横通道上导洞断面开挖第2、第3、第4 榀钢格栅，第2、3、4 榀钢格栅架立时与第1 榀并焊，使其成为一个整体。锁脚锚杆应在架设每榀格栅支撑后随时打上，并将锁脚锚杆用U 型钢筋与钢格栅进行焊接，随后进行喷射砼作业。上半断面按照设计施作8m 后封闭上半断面掌子面。然后继续依次开挖横通道中导洞、下导洞、竖井底标高，井底设工20a 工字钢支撑，间距750mm。

钢架安装及临时支撑安装，每开挖进尺一榀，及时架设上、中、下导洞钢架，按设计位置安装，在安装过程中，当钢架和初喷面之间有较大间隙时设垫块，钢架与土体（或垫块）之间的间隙不大于40mm。

为增强钢架的整体稳定性，沿钢架纵向内外侧设置直径ϕ20mm 的纵向连接钢筋，连接筋的间距为1.0m，钢筋搭接采用焊接方式，焊缝要求单面焊10d、双面焊5d，焊缝高度8mm。每节钢筋格栅采用两块角钢125×80×10+ϕ24×90mm，8.8 级螺栓连接。在上导洞、中导洞每榀设置工20a临时支撑，8.8 级螺栓连接，间距为格栅钢架。（图2）

图2 横通道支护结构断面图

锁脚锚管，为保证钢架的稳定性、有效性，根据施工步序，横通道两侧拱脚均设2 根锁脚锚管，锁脚锚管采用ϕ42 钢管，L=3.0m，以防止格栅钢架架设下沉，并全长注水泥浆，扩散半径0.2m，注浆压力0.3～0.5MPa。锚管与钢架使用“U 型”Φ20 钢筋焊接连接牢固，钢筋总长45cm，两侧与锚管单面满焊，与水平夹角45°，施工中严格控制夹角，避免夹角偏大影响钢架受力状态。为规范施工、废料利用、保证锁脚锚管起到应有的作用，钻眼前使用废弃Φ8 钢筋制作成导向圆环焊接到钢架上再进行钻孔，保证锁脚锚管插入角度符合要求。

端头墙施工，当横通道开挖至端头结束时，施作端头墙。临时横通道端头墙喷射砼厚0.35m，横通道端头墙采用工字钢作为主要受力结构，在喷射砼前打设注浆锚管、安装钢筋网片，采用内外双层连接筋连接受力工字钢。

2.7 初支背后注浆

根据设计要求，在初支完成后及时对初支背后进行回填注浆，以填充初支与围岩之间空隙，保证结构受力均匀。采用钢管在初支钢格栅间进行预埋。初支完成后通过预埋的钢管进行初支背后填充注浆。

2.8 超前地质预报

为探明竖井、横通道中可能出现的不良地质情况，提前掌握掌子面前方的地质及水文情况，横通道采用洛阳铲进行超前水平钻探孔，每次在掌子面上导洞施作3 个孔位（品字型布置），每个探孔深度3m，中下导沿拱墙两侧各布一个点，用于探查前方围岩情况有无地下水或砂层等其他不良地质。

2.9 监测项目及最值

本工程监测项目有地表沉降、管线沉降、建筑物沉降及倾斜、横通道拱顶沉降、竖井及横通道收敛、地下水位。工程施工完成后地表及管线沉降最大值为15.3mm，建筑物沉降最大值为5.1mm，横通道拱顶沉降最大值为7mm，各项监测值均未超过规范允许值范围。

3 结论

①为确保开挖施工安全，暗挖横通道开挖及支护施工必须遵循“十八字方针”，即管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测。

②减少地层沉降及拱顶沉降的有效方法有土方开挖后及时进行钢筋格栅的安装固定并及时喷射混凝土；在每榀钢筋格栅的脚部斜向45 度打设锁脚锚管进行格栅固定；要检查格栅脚部是否采用木方或钢板进行支垫，防止格栅脚部悬空；每进尺3-5m 后应及时进行初期支护背后回填注浆，以填充初期支护和外轮廓土体间的空隙，注浆压力不宜太大，一般在0.3MPa 以下即可，否则压力过大会使支护结构产生变形。

③西安地层含有夹砂层，该夹砂层含水量丰富，为确保开挖时的无水作业，根据该工程施工经验，降水必须至少提前2 个月进行，否则开挖时会发生上层滞水渗出，对开挖安全施工和文明施工不利。

④在砂层中开挖会出现局部砂层坍塌，存在一定的风险，需对砂层进行注浆加固，根据本工程施工中对砂层加固的研究，浆液宜采用水泥水玻璃和磷酸化学浆液，能起到止水和加固砂层的效果。