停车场出入场线暗挖区间施工技术*

张华伟

(中铁十八局集团第三工程有限公司,河北 涿州 072750)

1 工程概况

本工程西安市环园中路停车场出入场线右线,自堡子村车站引出,沿浐灞一路向东敷设,于北辰大道路口桩向北沿北辰大道并行敷设,接入环园中路停车场。线路下穿迪卡侬、新建北沿线加油站,北端接出入场线盾构接收井,南段洞门接堡杨明挖区间。区间设计起讫里程HYZL1-DK0+269.648—HYZL1-DK0+663.835,右线隧道长度为394.187m。轨顶埋深12.4～16.3m,平面曲线半径为280m,线路纵坡-12.635‰。其中穿越杂填土区间里程为HYZL1-DK0+269.648—HYZL1-DK0+553.284,采用矿山法施工,断面为马蹄形。

1.1 地形地貌与工程地质条件

暗挖隧道位于迪卡侬停车场及北辰大道主干道正下方,地形平坦。施工场地地貌单元属渭河二级阶地和渭河三级阶地。另外,隧道将侧穿北辰立交,该立交的上部结构主线桥采用连续钢箱梁,匝道桥采用等高连续梁;下部结构主线桥墩为双柱式花瓶墩,匝道桥为独柱式花瓶墩;基础采用φ1 200,φ1 500,φ1 600钻孔桩基础,桩长为50～70m。

根据本次钻探揭露,拟建场地地基土的组成自上而下依次为:人工填土,第四系上更新统风积黄土、残积古土壤,冲积粉质黏土和砂类土,中更新统风积黄土,冲积粉质黏土、砂类土等,地层具体分布情况如表1所示。

表1 地层分布

1.2 水文地质条件

1)地表水

本区间附近无地表水体分布,可不考虑地表河流、湖泊等水体对本出入线的影响。

2)地下水

西安市地铁8号线(不含幸福林带段)出入线区间浅部主要地层为人工填土、第四系上更新统及中更新统黄土类土,其地下水位埋藏较深,详察期间(2019年9月—2019年11月)测得地下水稳定水位埋深20.400～27.800m,相应高程为367.200～376.240m。地下水位与季节、气候、地下水赋存、补给及排泄有密切关系,高水位期(10月—次年3月),地下水位会有所上升;旱季期间,地下水位会有所下降,水位年变化幅度为2.0～3.0m,可不考虑降水。

勘探期间未发现上层滞水存在,但不排除因管道、雨水下渗到局部可能形成上层滞水。区间抗浮水位按390.000m考虑。

2 施工重难点

1)区间杂填土段开挖

杂填土地层成分杂乱,空隙较大,渗透性好,不具有自稳能力。在隧道掘进过程中,雨季施工地表水会大量渗透到地面以下,无法保证掌子面的稳定性,从而导致地面沉降增加。

2)下穿迪卡侬商场

迪卡侬商场地上1层(局部2层)为门式轻钢结构,建筑高度8m,柱下独立基础,基础埋深约1.6m,其下为2m的换填层。局部含地下1层消防水池,基础为筏板基础,埋深4.7m,其下为2m换填层。区间局部下穿迪卡侬商场一角,下穿区段里程为YZL1-DK0+421.700—HYZL1-DKO+447.400。隧道埋深约9.0m,隧道拱顶上方及开挖面土层主要为杂填土,基础距隧道顶垂直净距约6.3m,位于暗挖隧道强烈影响区(见图1)。隧道顶板与柱下基础水平净距约为5.9m,区间侧穿消防水池,消防水池水平净距约15.3m,暗挖施工过程中对建筑物基础有一定的影响,建筑物处于使用状态,施工过程中严格控制开挖进尺、拱顶3m范围进行深孔注浆加固,及时布设测点,初支施工过程中提高监测频率,根据监测结果及时调整施工参数。

图1 区间隧道与迪卡侬商场关系

3)侧穿北辰立交桥桩

矿山法区间隧道侧穿北辰立交桥桩,隧道拱顶覆土约7.5m,隧道拱顶上方土层为杂填土、新黄土,开挖面土层主要为新黄土、古土壤,桩基距隧道净距为3.11～2.03m,位于暗挖隧道强烈影响区(见图2)。

图2 区间隧道与北辰立交桥桩关系

施工可能对桥梁结构产生振动和负荷影响。挖掘可能会改变桥梁周围的土壤结构,对桥墩和桥基的稳定性产生影响,导致结构不稳定或损坏。此外,在挖掘过程中,可能会产生振动和位移,以上情况均可能对桥梁结构构件产生不利影响,特别是对于老化或已有损伤的结构,因此需要对桥梁进行监测。

3 施工工艺

3.1 施工总体方案

环园中路停车场出入场线暗挖区间采用矿山法施工,充分利用现场监控量测信息指导施工,严格按选定的工法和工艺要求组织施工。环园中路停车场出入场线暗挖区间施工遵循“管超前,严注浆,短开挖,强支护,快封闭,勤量测”十八字方针。

3.2 杂填土层注浆加固

3.2.1处理方法

区间暗挖隧道常用注浆方式为洞内注浆和地面钻孔注浆,根据场地条件和隧道土体稳定性,本项目选用洞内+洞外相结合的方式,对杂填土段进行注浆加固。

3.2.2地表注浆

隧道左右开挖轮廓线外3m及隧道拱顶以上3m范围内注浆,HYZL1-DK0+269.648—HYZL1-DK0+379.648,HYZL1-DK0+464.608—HYZL1-DK0+494.078段采用地表注浆方式进行地层加固。

地表注浆采用静压地面注浆工艺,加固区两侧封边采用双液浆,中间区间采用单液浆,两侧封边注浆孔间距为0.5m×0.5m,中间区域注浆孔间距为1m×1m(纵×横),梅花形布置,注浆压力控制在0.5MPa左右,水泥浆水灰比为1∶1,当注浆达到0.5MPa注浆压力后持续一段时间可结束注浆,注浆结束标准根据具体地层情况及加固效果综合确定。工艺流程如下:定孔位→钻机就位→钻进成孔→回抽钻杆→浆液配比→控制注浆压力。

3.2.3洞内注浆

HYZL1-DK0+379.648—HYZL1-DK0+464.608,HYZL1-DK0+494.078—HYZL1-DK0+553.284段采用洞内深孔注浆进行地层加固。工艺流程如下:施工止浆墙→安装孔口管→钻孔及注浆。

3.2.4检测标准

注浆完成后,在开挖轮廓线范围内打设检查孔,检查注浆效果,掌子面上台阶右侧设检查孔5个,检查孔直径90mm,长度20m。加固体可进行垂直或水平取芯,观察加固体整体性和连续性,加固后土体无侧限抗压强度不小于0.3MPa。检测应满足JGJ/T211—2010《建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程》要求。

3.3 超前大管棚

3.3.1管棚施工

施工正线暗挖隧道管棚时,在洞门处搭设作业平台并进行钻机安装和固定。根据管棚孔位、距离和高度,通过升降作业平台控制钻机高度。具体施工工艺流程如图3所示。

图3 大管棚施工工艺流程

在此过程中,每个孔位都要仔细调整钻机方位,确保每根钢管以准确的方向钻进。因隧道为水平方向,考虑到钢管的角度变化,管棚进孔角度应为0.3%,角度误差控制在0.3%以内。打设时必须跳孔(间隔)打设,每节管打设完后必须进行角度测斜,确保管棚钢管按设计轨迹铺设。大管棚注浆采用1∶1水泥浆,注浆量根据钢管内和钢管外的环状间隙计算,然后根据地层渗漏情况确定每根钢管的注浆量。注浆要求管内注浆由管外排出泥浆,等管内外泥浆排净排出水泥浆,关闭排浆阀,泵压控制在0.5～1MPa以内停止注浆,停15～30min进行二次补浆,确保管内外填充质量。注浆必须控制好注浆量、注浆压力等每个环节,保证达到设计要求。

3.3.2保证措施

1)开孔孔位偏差控制在±20mm以内,若需移位,应调整开孔角度。

2)孔口管不允许向内偏斜 孔口管设计向外偏角(放射角)在0～3°范围内并考虑设计坡度因素。采取“高钻压、低转速”的方式,减少因管节自重引起的端头下斜。

3)管打设长度与设计长度误差不得大于0.2m。

4)严格控制施工原材料质量,对所有使用的材料和零部件均须由专人检测,不合格者必须剔除。

5)根据施工实际情况,总结所采用技术参数对打设质量的影响,根据情况适时调整技术参数。

6)管棚施工时要严格控制打设精度,避免串孔。

3.4 暗挖区间矿山法施工原则及步骤

3.4.1施工原则

暗挖区间隧道采取“管超前,严注浆,短开挖,强支护,快封闭,勤量测”的基本方针,施工组织计划和施工工序必须严格遵守“先排管,后注浆,注浆一段,支护一段,封闭一段”的原则。暗挖总体施工顺序由区间两端向正线开挖进行,待盾构接收井完成后开始施作北暗挖段。

3.4.2施工步骤

1)大里程进洞施工步骤:①测量放样,拱部150°范围布设1排φ108,t=6mm、L=10m大管棚,倾角1°～2°,环向间距0.4m,注浆加固;②洞门破除围护桩轮廓线放样;③上台阶围护桩破除,上台阶环形土开挖,预留核心土;④上台阶第4榀拱架安装,打设φ42,t=3.25mm,L=3m超前小导管,纵向间距1.5m,外插角度15°～20°,环向间距0.3m,注浆加固、挂钢筋网,连接筋施工,锁脚锚管施工,喷射混凝土;⑤上台阶第5榀拱架安装,打设φ42,t=3.25mm,L=3m超前小导管、注浆加固、挂钢筋网,连接筋施工,锁脚锚管施工,喷射混凝土;⑥上台阶第4,5榀施工完成后,施作第3,2,1榀拱架安装、挂钢筋网,连接筋施工,喷射混凝土;⑦上台阶开挖5m后,下台阶围护桩破除,进行下台阶拱架安装、喷射混凝土,初支封闭成环,上下台阶保持3～5m向前开挖。

2)小里程进洞施工步骤:①洞门破除围护桩轮廓线放样;②上台阶围护桩破除,上台阶环形土开挖,预留核心土;③上台阶第4榀拱架安装,打设φ42,t=3.25mm,L=4m双排超前小导管,纵向间距1m,外插角度15°～20°,外排为35°,环向间距0.2m,注浆加固、挂钢筋网,连接筋施工,锁脚锚管施工,喷射混凝土;④上台阶第5榀拱架安装,打设φ42,t=3.25mm,L=2.5m超前小导管、注浆加固、挂钢筋网,连接筋施工,锁脚锚管施工,喷射混凝土;⑤上台阶第4,5榀施工完成后,施作第3,2,1榀拱架安装、挂钢筋网,连接筋施工,喷射混凝土;⑥上台阶开挖5m后,下台阶围护桩破除,进行下台阶拱架安装、喷射混凝土,初支封闭成环,上下台阶保持3～5m向前开挖;⑦堡杨明挖区间进洞马头门处超前支护措施为拱部120°范围内设置φ42×3.25双排注浆小导管,L=3m,小导管环向间距0.2m,纵向间距1.0m,外插角度15°～20°,外排为35°,打设范围为进洞5m(13榀内)范围内,进洞第1环(第4榀)超前小导管长度为4m。

3.5 二衬施工

暗挖隧道二衬施工采用模板台车,混凝土分两次施工,先浇筑仰拱,然后施工侧墙和拱顶。二衬混凝土采用地泵泵送进行混凝土浇筑作业。二衬施工工艺流程如图4所示。

图4 二衬施工工艺流程

3.6 地基处理

3.6.1自重湿陷性黄土地基处理

区间隧道底局部位于自重湿陷性黄土底线以上,隧道初期支护时局部加深挖除剩余自重湿陷性黄土。

3.6.2杂填土地基处理

局部钻孔显示隧道底存在一定厚度杂填土,隧道开挖前对杂填土进行注浆加固,初期支护贯通后,采用微型桩进行地基处理。

4 施工安全措施

1)严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的方针,施工前必须制定切实可行的施工安全专项方案。

2)做好超前地质预报、监控量测和信息反馈工作,每个开挖工班配一名技术人员跟班,确保各种措施、技术交底的落实,保证标准化作业。

3)坚持“三检”“进洞登记”“动火审批”“进洞须知”等制度,施工人员到达工作面后,应首先检查工作面是否处于安全状态。

4)对进场工人进行入场三级安全教育和考核,合格后方可上岗作业。

5)格栅钢架架立时不得置于虚碴或活动石上,基底夯实加设垫板或加设木楔楔紧。锚管孔深、间距、方位必须达到设计要求,注浆饱满,钢筋网初喷混凝土必须达到设计厚度。

6)洞外电力线路跨越道路、住房、施工地区时安全距离必须符合要求。

5 监控量测

5.1 建筑物监测

1)地表沉降

地表沉降监测使用差异沉降方法,其计算如下:

(1)

式中:ΔD为主体倾斜值;ΔS为基础两端的沉降差(m);L为基础两端点的水平距离;H为建筑物高度(m),如图5所示。

图5 差异沉降量推算法示意

2)倾斜监测

本项目采用全站仪配合反射膜片法监测建筑物主体倾斜率、采用差异沉降法推算主体倾斜值。全站仪配合反射膜片法主要适用于现场通视条件较好,并且现场具备粘贴反射膜片条件的情况,计算方法如下:

(2)

式中:i为主体倾斜率;ΔD建筑物顶部测点(反射膜片)相对于底部测点(反射膜片)的偏移值;H为建筑物高度(m);α为倾斜角(°)。

3)裂缝监测

现场踏勘、记录并观测周边建(构)筑物已有裂缝的分布位置,裂缝走向、长度和深度,读取初始值。对于新发生的裂缝及时观测裂缝长度、宽度,分析裂缝形成的原因,判断裂缝的发展趋势。观测时使用游标卡尺量出每条裂缝的距离,求得裂缝的变化值。

5.2 水平收敛

1)收敛点布设

暗挖区间10m一个断面,下穿地裂缝段加密为5m一个断面。本工程净空收敛的控制标准为:最大允许变形值10mm,最大变形速率3mm/d。

2)监测方法

在每个断面埋设收敛挂钩,通过收敛计量监测区间断面净空,来判断区间断面周围土体的稳定性。

3)监测频率

开挖面到测点距离小于6m,监测频率2次/d;开挖面到测点距离为6～12m,监测频率1次/d;开挖面到测点距离为12～30m,监测频率1次/2d;开挖面到监测点距离>30m时,1次/周。

5.3 拱顶下沉量测

利用水准仪、钢尺对拱顶位移进行观测,利用读数差系列数据组合,分析判断支护效果和土体变形情况。隧道拱顶下沉监测控制标准为最大允许沉降值11.25mm,最大允许变形速率3mm/d。当开挖面到测点距离小于6m,监测频率2次/d;当开挖面到测点距离为6～12m,监测频率1次/d;当开挖面到测点距离为12～30m,监测频率1次/2d;当开挖面到监测点距离>30m时,1次/周。

6 结语

本次环园中路停车场出入场线暗挖区间施工方案充分体现了高效、安全和可控的原则,通过矿山法施工和实时监控,成功地实现了工程目标。该方案为类似工程提供了借鉴,同时也为城市交通系统的持续改善和发展提供了有力支持。