西青區間下穿火車站過街通道綜合施工技術

孫 建

(中鐵十六局集團北京軌道交通工程建設有限公司 北京 101100)

1 概述

青島地鐵1號線西鎮站～青島站區間起止里程為ZK32+606.313～ZK33+230.392，全長約624.079 m，起自西鎮站，沿費縣路向東北敷設接入青島站。西鎮站站尾及青島站站前采用單洞單線斷面形式，線間距較小區間局部采用單洞雙線大斷面結構形式。區間線路出西鎮站后以R＝450 m偏轉半徑向南偏轉，最后以R＝250 m半徑向北偏轉接入青島站，最大線間距14.5 m，最小線間距4.6 m。線路縱段面呈“V”字坡，最大縱坡16.4‰。

西鎮站～青島站區間礦山法施工段(YK32+938～YK33+225.147)，隧道埋深7.8～25.7 m，隧道洞身大多位于粉質黏土和中、微風化花崗巖中，地質條件較差，地層順序如圖1所示。

圖1 過街通道與隧道正線橫斷面位置關系及地質情況

過街通道位于費縣路下方，通道寬11.5 m，高約2.4 m，剪力墻結構，西鎮站～青島站區間礦山法施工段區間隧道正交下穿過街通道，下穿過街通道影響范圍為通道及邊線外沿1.5 m范圍內。

過街通道底板標高為-0.16 m，拱頂埋深2.13 m，通道頂板以上為回填土。區間隧道與過街通道垂直距離2.7～4.65 m。

本區間場區地下水主要有兩種類型:(1)第四系孔隙水:上層滯水、潛水、承壓水；(2)風化裂隙水和構造裂隙水。

西青區間礦山法施工段隧道下穿過街通道段位于單縣支路與費縣路交叉口，下穿工程上方管線分布情況見表1。

表1 管線分布

2 工程重難點[1-3]

(1)區間隧道距離火車站地下過街通道最小凈距為2.7 m。區間隧道與地下過街通道距離較近，隧道斷面范圍內存在上軟下硬地層，隧道施工過程中易引發過街通道結構開裂、變形過大，甚至引起隧道坍塌。

(2)地質條件較差，地下水豐富，嚴重制約暗挖速度，影響施工安全。

(3)區間隧道沿費縣路敷設，地面交通繁忙，道路沿線分布大量管線，施工安全風險高，地面沉降控制難度大。

3 隧道下穿過街通道的關鍵施工技術

隧道開挖施工卸載改變了圍巖應力狀態，對地層產生擾動，引發地層變形，地質條件較差時，也增加了地層坍塌的風險，加大了對地層變形和周邊環境的影響，當隧道近距離下穿既有建(構)筑物時，施工安全風險隨之升高，既有建(構)筑物保護及地面沉降控制難度也增大。

3.1 隧道超前注漿加固技術[4-5]

3.1.1 技術方案

隧道開挖施工中，上軟下硬巖體自身穩定性較差，開挖過程中拱頂軟弱圍巖超挖風險高，嚴重時會發生塌方、大量滲水等問題；采用帷幕注漿技術，對軟弱破碎巖體注漿，起到加固圍巖、控制滲水作用，確保施工安全可控。

(1)隧道上半斷面帷幕注漿施工進行圍巖加固。隧道超前深孔帷幕注漿的施作方法與管棚超前注漿類似，管棚只在隧道開挖面拱圈周圍布置且數量較少，超前深孔帷幕注漿則在大部分開挖斷面上布置且數量較多，隧道超前深孔帷幕注漿的注漿孔布置較為復雜。

(2)上半斷面帷幕注漿是在施工前，將隧道上半斷面前方12 m深范圍內的圍巖注漿加固，并形成止水帷幕以阻止地下水滲入，增強地層自穩能力。隧道超前深孔帷幕注漿作為軟弱破碎圍巖或存在高壓富水區圍巖隧道施工的輔助措施，漿液通過多種運動形式充填到巖土體的孔隙、裂隙中，將圍巖固結成整體，提高圍巖強度，起到加固圍巖作用；漿液擴散范圍內的巖土滲透系數顯著降低，可以起到防滲堵水的作用。

3.1.2 技術參數

本工程下穿區段隧道施工遵循“管超前、嚴注漿、臺階法、短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測”的原則，采用超前帷幕注漿加固技術，下穿過街通道施工前對區間隧道上半斷面進行帷幕注漿超前加固，通過過街通道5 m后結束帷幕注漿。首次注漿長度12 m，開挖9 m再進行一次12 m注漿施工，重疊的3 m區域作為預留止漿巖盤，如圖2所示。注漿擴散半徑為1.0～1.2 m，注漿孔間距為1.8 m，加固范圍為上半斷面，如圖3所示。現場施工結果表明，注漿前軟弱圍巖每天進尺0.5 m，注漿后軟弱圍巖每天進尺1 m，加快了施工進度，降低了施工風險。

圖2 超前預注漿設計

根據經驗公式注漿壓力為上覆土層壓力的1～2倍，本工程上覆土層壓力為:

P＝ρgh

圖3 半斷面深孔注漿加固范圍示意

式中，P為壓力；ρ為上覆土層天然密度；g為重力加速度；h為土層厚度。本地區土層密度取1.9 g/cm3，據上式得出上覆土層壓力，確定注漿終壓為0.8～1 MPa。

漿液擴散半徑為1.0～1.2 m，施工中根據注漿試驗或施工前期注漿效果驗證、評估后進一步修正確定。嚴格控制既有通道附近注漿孔的注漿壓力，注意對既有結構的保護。

注漿漿液采用普通水泥單漿液，水灰比0.8～1，漿液配比應根據現場試驗調整，注漿數量以現場實際發生計量。

3.1.3 注漿結束標準

單孔注漿以定量定壓相結合。

定量標準:當注漿量達到單孔設計注漿量的1.5～2倍，壓力仍然不上升，可采取注雙液漿等措施縮短凝膠時間，使壓力達到設計終壓，結束該孔注漿。

定壓標準:各孔段均達到設計終壓，并穩定10 min，且進漿速度為開始進漿速度的1/4或注漿量達到設計注漿量的80%，即可結束該孔注漿。

3.1.4 注漿的關鍵技術措施

(1)注漿過程中，嚴格控制注漿壓力，注漿終壓必須達到設計要求，并穩壓，保證漿液的滲透范圍，防止出現危及地下構筑物、地面建筑物的異常現象。注漿過程中進行跟蹤監測，當出現異常現象時，立即采取下列措施進行處理:

①降低注漿壓力或采用間隙注漿；

②改變注漿材料或縮短漿液凝膠時間；

③調整注漿實施方案。

(2)施工過程中實時檢查注漿效果，如達不到設計要求，及時調整配合比并改善注漿工藝。

(3)為防止孔口漏漿，在小導管尾端封堵鉆孔與花管的空隙。

(4)注漿管與花管采用活接頭聯結，保證快速裝拆。

(5)注漿的次序由兩側對稱向中間進行，自下而上逐孔注漿。

(6)注漿過程有專人記錄，完成后檢驗注漿效果，不合格的進行補注。

(7)注漿達目標強度后方可進行開挖作業。

3.2 分段、分次爆破施工技術[6]

當區間隧道下穿建(構)筑物及管線時，爆破振動過大可能會引起建(構)筑物及管線的損壞；分段、分次爆破可以減小爆破振動，將爆破振動控制在允許范圍之內，減小爆破振動對建(構)筑物及管線的危害。

遵循“多分段、少裝藥”的原則，用足雷管段位，最大限度地減小最大單段起爆。為保護過街通道，上臺階采用機械開挖為主、爆破為輔的方式進行施工；下臺階采用分段、分次爆破開挖的方式進行施工。

3.2.1 炮眼布置

(1)掏槽眼。上臺階開挖后，下臺階有臨空面，不需要掏槽。

(2)輔助眼。本工程輔助眼的排間距根據工程經驗取500～600 mm。

(3)周邊眼。下臺階周邊眼E＝500 mm，周邊眼的炮眼密集系數K與最小抵抗線W之間的關系為K＝E/W。K＝0.83，此時光面爆破效果較好，因此，取W＝600 mm。

3.2.2 單孔裝藥量

(1)周邊眼。周邊眼的裝藥量主要根據炮眼間距、最小抵抗線和裝藥集中度確定。根據開挖圍巖情況及振速指標要求，結合工程類比經驗，可取下臺階單孔裝藥量為0.2 kg。

(2)輔助眼。輔助眼的裝藥量與圍巖的堅硬程度、炸藥單耗、炮眼長度及輔助眼的炮眼數量及排間距等參數有關，輔助眼的單孔裝藥量按以下公式計算:

q＝τγL

式中，q為輔助眼的單孔裝藥量，單位kg；τ為裝藥系數，根據炮孔間、排距及圍巖性質，本工程下臺階取τ＝0.2；γ為每米藥卷的炸藥質量，單位kg/m，對于直徑為32 mm的乳化炸藥，γ＝1 kg/m；L為炮眼長度，單位m。

輔助眼炮孔深度為0.8 m，q＝0.2×1 kg/m×0.8 m＝0.16 kg，取q＝0.2 kg。

3.2.3 循環進尺

根據青島市地鐵隧道下穿建筑物和管線的保護要求，考慮上臺階開挖后，下臺階上方出現空腔，對地表的振動影響小，適當增加下臺階循環進尺，因此調整鋼架的間距為0.5 m，下臺階的循環進尺應控制在1 m。

西青區間礦山法段隧道下穿過街通道爆破施工結果表明，本文提出的爆破控制技術有效減小了振動，保證了建(構)筑物及管線的安全。

3.3 監控量測施工技術

下穿過街通道施工過程中，必須實行監控量測，了解支護結構的受力和應力分布，掌握圍巖動態，對過街通道和管線結構穩定性做出評價，反饋分析、動態調整確定支護結構形式、支護參數和支護時間，同時評價支護結構的合理性和安全性，以確保施工安全和防止地表、管線及過街通道產生較大沉降變形。

根據下穿施工工程特點，在過街通道結構上、過街通道與隧道斷面邊線相切的位置設置2個沉降觀測點，測點布置如圖4所示。采用靜力水準儀，對過街通道沉降進行自動化監測[7]，結合隧道施工圍巖收斂、地表沉降監測，對過街通道和管線結構進行綜合監測與評價。

圖4 西青區間地下過街通道自動化監測布置

西青區間隧道下穿過街通道監測數據見表2，施工現場監測數據表明，地表沉降最大值為6.23 mm、過街通道沉降最大值為2.64 mm，最大沉降值均小于目標控制值，保證了過街通道結構、管線及周邊建(構)筑物的結構安全。

表2 西青區間監測數據分析

4 結論

(1)針對西青區間礦山法施工段隧道下穿火車站地下過街通道地質條件復雜等特點，采用區間隧道上半斷面帷幕注漿超前加固方法，運用定量與定壓雙控注漿標準，提出首次注漿長度12 m，每開挖進尺9 m再進行下一次注漿12 m，重疊的3 m區域作為預留止漿巖盤的施工技術措施，在工程施工過程中由注漿前軟弱圍巖每天進尺0.5 m，提高到注漿后軟弱圍巖每天進尺1 m，加快了施工進度，確保了施工安全。

(2)提出上下臺階法及分段、分次爆破施工方法，上臺階采用機械開挖為主、爆破為輔的方式進行施工；下臺階采用分段、分次爆破開挖的方式進行爆破施工，有效減小了振動和爆破施工對建(構)筑物及管線的影響。

(3)西青區間隧道下穿過街通道施工現場監測數據表明，地表沉降最大值為6.23 mm、過街通道沉降最大值為2.64 mm，最大沉降值均小于目標控制值，保證了過街通道結構、管線及周邊建(構)筑物的安全。

研究提出的區間隧道下穿過街通道綜合施工技術，保證了過街通道的安全，嚴格控制了地表及管線沉降，避免了因過街通道破壞造成安全隱患和經濟損失，有較好的經濟效益和社會效益。