復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵礦山法隧道施工技術(shù)分析

文/陳志強(qiáng)

如果地質(zhì)條件較為復(fù)雜，盾構(gòu)法各項(xiàng)施工優(yōu)勢受到地質(zhì)條件的限制，難以充分發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢。而礦山法在復(fù)雜地質(zhì)條件下表現(xiàn)出很好的應(yīng)用優(yōu)勢，其在施工中采取開挖支護(hù)作業(yè)，運(yùn)用管棚、自進(jìn)式錨桿進(jìn)行隧道加固，并聯(lián)合安裝格柵、鋪設(shè)防水層、噴射混凝土、二次襯砌等技術(shù)，對地鐵隧道進(jìn)行加固施工，獲取了良好的施工效果，保證了隧道施工安全性的同時，提升了隧道施工的效率。

2 工程概況

成都地鐵5 號線一、二期工程全線總長3848.725m，起點(diǎn)為西北橋站西端，終點(diǎn)為中醫(yī)大省醫(yī)院站北端，穿過飲馬河、一環(huán)路多座人行天橋，側(cè)穿多座節(jié)點(diǎn)立交。該工程有三部分盾構(gòu)區(qū)間與一段146m礦山法隧道區(qū)間的土建施工，礦山法隧道位于花牌坊站—撫琴站區(qū)間，左線里程為(ZDK20+397.934～ZDK20+543.934)。礦山法區(qū)間工程量如下，豎井24.209m，橫通道10.732m，礦山法隧道146m。

3 施工流程

根據(jù)本次工程中被風(fēng)化或被微風(fēng)化的花崗巖、砂巖地質(zhì)條件以及水文特點(diǎn)，結(jié)合側(cè)穿房屋建筑，下穿立交橋、城市道路等復(fù)雜的地質(zhì)條件和施工環(huán)境，采用了礦山法隧道施工技術(shù)解決方案，并且對施工方案進(jìn)行多次的深化設(shè)計(jì)與完善，制定了以下施工流程，如圖1所示，以確保隧道施工的順利開展。

圖1 施工流程圖

3.1 開挖支護(hù)流程

首先使用Φ146 管棚、?32 超前自進(jìn)式錨桿與?32小導(dǎo)管加固隧道拱部（見圖2），接著進(jìn)行Ⅰ部開挖支護(hù)作業(yè)，保留核心土，設(shè)立初襯格柵鋼架，并搭建臨時支護(hù)，掛網(wǎng)噴射C25 混凝土；其次，接著開挖Ⅰ部土體，開挖至Ⅱ部，同樣設(shè)置初襯格柵鋼架，進(jìn)行支護(hù)封閉，噴射混凝土；最后，以同樣的施工方法開挖支護(hù)Ⅲ部與Ⅳ部。其中，小導(dǎo)管外插角度控制在7o～10o，間距依據(jù)工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)置，小導(dǎo)管的作用是封閉隧道拱部。

圖2 開挖支護(hù)施工圖

3.2 小導(dǎo)管制作與安裝

一是小導(dǎo)管有著嚴(yán)格的加工標(biāo)準(zhǔn)，以無縫鋼管為制作材料，尖端為錐形，另一端采用鋼筋焊接，放入鋼格柵中，在開挖環(huán)節(jié)將小導(dǎo)管尖端插入土層，中間開孔，采用梅花形狀布設(shè)小導(dǎo)管，保證小導(dǎo)管注漿的輻射范圍；二是小導(dǎo)管插入土層可使用煤鉆穿孔的方法，注漿壓力設(shè)定之前需在現(xiàn)場進(jìn)行試驗(yàn)確定；三是注漿作業(yè)，注漿材料、水等的配合比，也需根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整[1]。

3.3 隧道防水

完成開挖后，對隧道進(jìn)行掛網(wǎng)噴射C25 混凝土，構(gòu)建隧道的防水體系，封閉工作面，噴射的厚度為4cm 左右。噴射混凝土之前，進(jìn)行隧道表面的平整，清理破碎、坍塌的工作面。在完成初噴后，進(jìn)行仰拱與拱墻襯砌作業(yè)，在仰拱襯砌環(huán)節(jié)，拆除作業(yè)位置的臨時支護(hù)，清理初噴混凝土表面，開始鋪設(shè)防水層，保護(hù)層使用的是C20 細(xì)石混凝土，厚度控制在5cm 左右，之后開展鋼筋綁扎與混凝土澆筑作業(yè)，完成仰拱襯砌作業(yè)[2]。

4 地鐵礦山法隧道施工工藝

4.1 管棚施工

施工準(zhǔn)備，根據(jù)施工現(xiàn)場條件進(jìn)行鉆機(jī)的選擇和設(shè)置，同時完成管棚的加工，一是馬頭門處管棚，在隧道拱部120o設(shè)置146mm 管棚，管棚插入角度為1o，長度20m 左右；二是洞內(nèi)管棚，開挖一個長為4m 的管棚工作室。在施工之前，按照施工圖紙的要求，在隧道拱部進(jìn)行孔位的測量放樣，然后進(jìn)行編號標(biāo)識。

鉆機(jī)就位，首先搭建作業(yè)平臺，平臺高度根據(jù)隧道拱部管棚孔位進(jìn)行設(shè)置；其次，作業(yè)平臺必須牢固，在鉆機(jī)作業(yè)的情況下工作平臺不會發(fā)生晃動，以避免影響到成孔質(zhì)量；最后，完成鉆機(jī)安裝后，進(jìn)行定位定向并埋設(shè)定位鋼管，使用鋼筋將定位管與格柵焊接牢靠，鉆桿從定位鋼管內(nèi)部進(jìn)行鉆進(jìn)。

跟管鉆進(jìn)，管棚與鉆桿協(xié)同跟進(jìn)，管棚每段長度為1.5m，前一段管棚跟進(jìn)后，預(yù)留出35cm，鉆機(jī)退出，使用螺旋套絲人工連接下一段管棚，然后使用鉆機(jī)推進(jìn)前一段管棚。在鉆進(jìn)過程中，要注意鉆進(jìn)速度的控制，不可回轉(zhuǎn)鉆桿，直至管棚達(dá)到設(shè)計(jì)深度為止。完成管棚鉆進(jìn)作業(yè)后，使用1∶1 的水泥漿液，2MPa 的注漿壓力進(jìn)行注漿。在注漿質(zhì)量檢查中可使用開挖取樣確定實(shí)際的注漿情況。

4.2 自進(jìn)式錨桿施工技術(shù)

施工準(zhǔn)備。一是在正式施工之前，需要確定注漿的各項(xiàng)參數(shù)，其中水泥漿水灰比為0.5～1.0，注漿壓力與半徑需進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)確定；二是加工導(dǎo)管，準(zhǔn)備好施工機(jī)具與儀器；三是進(jìn)行實(shí)地測量放線定位。

錨桿布設(shè)與安裝。自進(jìn)式錨桿主要用于隧道拱頂120o范圍內(nèi)，本次工程選用的是Φ32 熱扎無縫鋼管，在拱頂按照間距環(huán)向0.4m，縱向1.0m 進(jìn)行布設(shè)，錨桿從隧道拱頂?shù)母駯挪迦耄獠褰嵌葹?0o～15o，最小角度不可少于10o，以防止超挖問題的發(fā)生。安裝使用的是YT-28 自進(jìn)式鑿巖機(jī)，按照放線的孔位鉆進(jìn)，到達(dá)設(shè)計(jì)深度后卸下自進(jìn)式錨桿就可完成安裝作業(yè)。

注漿。一是發(fā)生注漿串孔問題，如果拿掉孔口堵塞物，沒有漿液流出，需立即用水沖洗被穿孔，避免漿液凝結(jié)堵塞孔道，如果有漿液流出，可直接對該孔進(jìn)行注漿；二是發(fā)生堵管問題，需立即停止作業(yè)，檢查注漿管；三是注漿壓力不夠，停機(jī)檢查漿液是否流向其他位置，或者是存在窩漿問題，確定問題出處后，進(jìn)行注漿方法的調(diào)整，像減少注漿壓力、調(diào)整漿液配合比等。

4.3 格柵加工及安裝

一是格柵加工，參照格柵設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行鋼筋下料，完成加工模具的制作，借助模具加工格柵。格柵加工完成后，先進(jìn)行試拼，確定無質(zhì)量問題后，正式開始格柵的加工制作；二是格柵安裝，安裝過程需完全遵循工程設(shè)計(jì)與規(guī)范的要求，進(jìn)行縱向、橫向、標(biāo)高、垂直度等的控制，以為后續(xù)的施工作業(yè)奠定基礎(chǔ)。具體安裝誤差控制標(biāo)準(zhǔn)如表1 所示。

表1 安裝允許誤差

4.4 噴射混凝土

完成格柵安裝后，采用“濕噴法”使用混凝土噴射機(jī)向格柵表面，噴射C25 早強(qiáng)混凝土，根據(jù)設(shè)計(jì)噴射300mm 的厚度要求，進(jìn)行分層噴射，需在上一層混凝土未凝結(jié)之前，進(jìn)行下層噴射，所以要采用分片噴射方案，按照由上至下的順序噴射，保證兩層凝結(jié)的牢固性。噴射混凝土漿液使用水泥、砂石按照設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行預(yù)制，然后設(shè)定好噴射機(jī)的噴射壓力，控制在0.4MPa 左右，噴射距離控制在0.8m 左右，噴嘴直接對準(zhǔn)工作面進(jìn)行噴射，噴射要到位全面，不留有死角。

4.5 二次襯砌施工

4.5.1 仰拱襯砌

整平工作面，并用水清洗干凈，首先進(jìn)行鋼筋綁扎，鋪設(shè)防水卷材，綁扎底筋，間距1.5m 架設(shè)立筋，并與底筋焊接在一起，立筋上部使用鋼筋點(diǎn)焊連接在一起，穩(wěn)固整體的立筋結(jié)構(gòu)，最后在立筋頂部鋪設(shè)面筋。完成以上作業(yè)后，開始安裝模板，模板安裝接縫需嚴(yán)密，模板表面要保持干凈，安裝之前在模板上涂抹隔離劑，方便后期的模板拆除作業(yè)。

4.5.2 邊墻和頂拱襯砌

一是混凝土預(yù)制，本次工程使用的是商品混凝土，按照設(shè)計(jì)配合比的要求預(yù)制；二是拌和站與施工現(xiàn)場有一定的距離，采用專用罐車進(jìn)行運(yùn)輸，在商品混凝土運(yùn)輸至施工現(xiàn)場后，還需進(jìn)行質(zhì)量檢測，確定質(zhì)量無問題后，直接卸到輸送泵的進(jìn)料口中，然后直接使用輸送泵進(jìn)行澆筑作業(yè)；三是按照厚度35cm 分層澆筑，分層振搗，振搗棒插入下層大約8cm，振搗時間9s，間距為振搗棒工作半徑1.5 倍以內(nèi)，振搗棒在工作過程中盡量不要碰到模板、預(yù)埋件；四是澆筑后灑水養(yǎng)護(hù)時間需超過2 周，混凝土凝結(jié)后的強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的75%，方可進(jìn)行模板拆除作業(yè)[3]。

5 結(jié)語

基于本次工程面臨的復(fù)雜地質(zhì)條件，且下穿或側(cè)穿建筑與立交橋，因此，在施工中采用了礦山法隧道施工技術(shù)，對復(fù)雜地質(zhì)條件與復(fù)雜施工環(huán)境形成的施工風(fēng)險進(jìn)行有效的防控，以保證地鐵隧道工程在城市地下的順利開展，提高隧道施工的安全性。