盾構區(qū)間聯(lián)絡通道硬巖水鉆開挖施工工法

董 偉

(中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450000)

0 前 言

隨著城市化的不斷進行，地鐵隧道、公路隧道、鐵路隧道等多種地下公用設施不斷增加，隧道中聯(lián)絡通道顯得尤為重要。聯(lián)絡通道可實現(xiàn)盾構區(qū)間的高效連接，常布設在兩條隧道中間，兼具聯(lián)通、防火及排水等多重功能[1-2]。若某隧道存在質量問題，可經(jīng)由聯(lián)絡通道快速轉移區(qū)域內(nèi)的行人，因而還具有“逃生通道”的作用，可達到快速救援的目的。但由于聯(lián)絡通道在中風化巖層，且隧道內(nèi)施工空間狹小，無法使用大型機械設備，并且考慮到隧道管片擾動，不能采用爆破施工，水鉆取芯開挖方法因此得到了廣泛應用。

1 工程概況

在某地鐵9號線二期支線工程項目中，某站采用盾構法施工，于ZDK4+340處設置一座聯(lián)絡通道，聯(lián)絡通道上方為主干道南海大道。本文以該工程為背景，圍繞聯(lián)絡通道硬巖水鉆開挖施工工法展開探討。

2 工法原理及特點

測量放線，確定開挖邊線后人工使用水磨鉆沿聯(lián)絡通道邊線一圈取芯，進尺80 cm形成臨空面，采用風鎬對中間部分破除，開挖石渣后使用三輪車運送至地鐵站盾構始發(fā)井處。

該工法具體的特點為：①使用機具簡單，易操作、成本低；②該工法可在復雜條件下施工，安全可控、施工質量有保證；③該工法采用水磨鉆頭取芯、風鎬破除，功效高；④適用于地質條件好、無地下水或地下水量很少的巖石地層，特別是大型設備無法使用的條件下具有明顯的經(jīng)濟效益。

3 施工工藝流程

地鐵巖層中聯(lián)絡通道開挖主要施工工藝如圖1所示。

圖1 聯(lián)絡通道水鉆開挖施工流程

3.1 施工準備

1)場地清理。清理聯(lián)絡通道處隧道內(nèi)泥漿及垃圾，滿足聯(lián)絡通道施工平臺搭設要求。

2)測量放線。放出聯(lián)絡通道開挖邊線，圖2所示為使用紅色自噴漆噴涂。

圖2 洞門放線

3)機械配備。表1所示為聯(lián)絡通道施工機械配備。

表1 聯(lián)絡通道施工機械配備表

3.2 水鉆布孔

水鉆支架底座堅實平整，在支架搭設位置處鋪設砂墊層找平層，找平層上方鋪設500 mm×500 mm×20 mm的鋼板墊或混凝土墊塊。底座應固定牢靠且方便移動。水鉆布孔時應保證位置的準確性，水鉆外周半徑應比設計管線半徑大100～300 mm。

3.3 調整水鉆鉆桿

當水鉆成孔完畢進入下一鉆孔時需調整水鉆鉆桿水平位置及標高位置，鉆桿位置調整好后應及時擰緊鉆桿卡位處的固定螺絲，以防止鉆桿偏移及滑動。

3.4 管片加固及施工平臺搭設

先對聯(lián)絡通道位置前后10環(huán)進行管片背部二次注漿加固，注漿完成后檢查注漿效果，確保管片背部環(huán)向間隙已填充飽滿。聯(lián)絡通道口布設適量特殊管片，施工期間涉及到管片的切割作業(yè)，其擾動性較強，易導致圍巖壓力異常波動，此時可搭建臨時支架，并且該支架還可發(fā)揮出平臺的作用，施工人員可在該處完成管片切割和開挖作業(yè)。

3.5 水鉆取芯

根據(jù)聯(lián)絡通道洞口放樣邊線進行取芯，沿開挖邊線一周依次取芯，每一個循環(huán)進尺80 cm，一周取芯完成后使用風鎬對中間巖石由上到下依次破除，破除的石渣使用三輪車運送至地鐵站盾構始發(fā)井處，再用裝載機配合汽車吊，使用吊斗將石渣運輸至地面裝車外運。利用水鉆機鉆孔，該設備配置的是Φ200 mm的鉆筒，取芯圓間距控制在160～180 mm。水鉆正式施工前需調整好姿態(tài)，鉆筒需設置3°的外插角。鉆進初期以慢速鉆進為宜，轉速應控制在900 r/min以內(nèi)，隨鉆進作業(yè)的逐步推進，當達到100 mm時方可加快鉆進速度，此時可達到1 800 r/min。按照此標準有序鉆進，各孔耗時約10～13 min，完成一整圈鉆孔所需的時間約5.5～6.3 h。鉆進期間需降低鉆筒的溫度，施工期間應不間斷輸送清潔水(具有足夠的水壓)，所用管材以內(nèi)徑15～20 mm的軟件較為合適。開挖期間應加強質量檢查，若存在與設計不符的情況必須將實際情況告知監(jiān)理，探討相適應的處理措施，有效解決問題后方可恢復開挖作業(yè)。開挖至下一榀拱架處安裝拱架，掛網(wǎng)噴錨完畢后報監(jiān)理驗收，驗收合格后進行下循環(huán)開挖。

3.6 中心巖面鉆孔

鉆孔及取芯作業(yè)均落實到位后處理中心巖面的巖石，對其采取鉆孔破碎處理措施。通過風鉆設置一排小孔，應根據(jù)中心巖面的實際面積合理控制好孔的間距，通常以30～40 cm為宜。鉆孔破碎后再組織爆裂施工，應保證液壓劈裂機的液壓鉗片可深入到預先設置好的碎巖孔內(nèi)，并連接液壓劈裂機油泵，使該裝置的壓強穩(wěn)定在60 MPa內(nèi)。密切關注鉆孔孔深，在滿足要求后方可將分裂器置入孔內(nèi)，正式分裂。禁止出現(xiàn)孔深度不足的情況，否則分裂器伸出的楔器將頂至孔底巖石，導致該裝置發(fā)生彎曲等異常狀況。

3.7 液壓劈裂機靜爆巖體

分裂器配置有劈裂頭，該部分裝置需完全置入孔中，此后再調整控制閥，從而順利分裂。對于巖石上表層分布大量土層的情況，應將其清理干凈，若無誤則有序布孔。隨施工的持續(xù)推進，待分裂3～5個孔后及時向分裂器涂抹適量潤滑脂，目的在于緩解楔器與劈塊過度摩擦的情況。此外，分裂器機頭不可觸及巖石，且在沒有凌空面的巖體上不可直接分裂，否則易發(fā)生劈塊斷裂現(xiàn)象。

3.8 清除碎巖及石渣

中心巖體爆裂后將產(chǎn)生大量碎石塊，利用特制斗車將其輸送至頂管工作井內(nèi)，再通過該處的活動式龍門吊進一步轉運，使其到達指定堆石場，此后利用運輸車將其運至石渣場。完成對石塊的清理作業(yè)后適時修正洞體周邊區(qū)域，檢測管線標高情況，超出的部分通過人工手持風鎬鑿除，若未達到標高要求采取填平處理措施，材料以粗砂為宜，不可使用細砂或石粉。

4 與其他技術的對比

聯(lián)絡通道開挖施工方法很多，幾種常用開挖工藝的優(yōu)缺點如表2所示。

表2 常用聯(lián)絡通道開挖工藝優(yōu)缺點

通過綜合分析和對比，在硬巖地層使用水鉆取芯開挖法施工，施工效率高、勞動力需求小、經(jīng)濟性高，對地面及盾構管片的擾動很小。

5 技術實施關鍵點

5.1 安全進洞方案

聯(lián)絡通道右線進洞段拱頂上覆地質條件欠佳，以強風化礫巖與富水圓礫層居多，受開挖的擾動性影響，中風化巖體支撐受損，易發(fā)生軟化坍塌現(xiàn)象。雖然采取超前小導管支護措施，但進洞端設置的是3榀連排格柵拱架，該部分對安裝的空間需求量較大。此時，以何種方式在安全的環(huán)境下完成格柵拱架的安裝顯得至關重要，這也是聯(lián)絡通道開挖進洞期間應重點關注的問題。經(jīng)多方案比選后，提出兼顧現(xiàn)場安全性、施工質量等多方面要求的方案。該方案的主要工作思路為：配置小型液壓破碎機，利用該設備開挖上臺階巖體，隨后再組織人工風鎬打孔作業(yè)；對于管片背后的巖體，該部分施工難度較大，可利用輕型油壓劈裂機組織劈裂作業(yè)；經(jīng)上述流程后安排施工人員利用風鎬修整拱部，若無誤則施工上臺階初支結構，從而確保施工現(xiàn)場的安全性。

小型液壓破碎機和微型油壓劈裂機均是重要施工設備，其得以正常運行的前提在于得到充足空間的支持，為創(chuàng)設足夠的作業(yè)空間，要求進洞段上臺階開挖長度設為1.4 m，于該處布設5榀格柵拱架，具體包含進洞段密排拱架3榀、正洞格柵拱架2榀。進洞段開挖及其初支作業(yè)的時間應得到有效的控制，在5個開挖班(60 h)內(nèi)，且應根據(jù)實際情況制定拱頂坍塌的應急預案。

5.2 臨時仰拱

為保證仰拱部分封閉的及時性，防止設備作業(yè)對鋼筋格柵的破壞，考慮原設計下臺階仰拱部位鋼筋格柵無法承受設備自重及反復行走增加的荷載，特對設計格柵拱架進行了優(yōu)化，增設臨時仰拱，取消開挖階段仰拱位置噴射混凝土施工，提供設備作業(yè)；在聯(lián)絡通道全部開挖完成后再逐榀拆除臨時仰拱，施作永久初支。

臨時仰拱設計細節(jié)主要有兩方面：第一，將拱架單元連接件位置調整至拱腳位，在格柵底部加裝厚10 mm鋼板，確保拱腳穩(wěn)定;第二，使用20a工字鋼與鋼筋格柵進行連接，形成單環(huán)封閉拱架，并用間距35 cm的C20鋼筋將各道工字鋼連成整體，最后在上面鋪設厚10 mm、寬3 m的鋼板形成臨時仰拱。臨時仰拱所鋪鋼板邊緣距兩端連接件接口為15 cm，為該位置連接螺栓拆除預留作業(yè)空間。

6 結束語

綜上所述，本工程在指定工期內(nèi)高效完成各項工作，具有施工安全、效率高、初支封閉及時、成本投入較少等多重優(yōu)點，所提方法具有較高的參考價值。但現(xiàn)階段基于硬巖地層聯(lián)絡通道所適配的開挖施工技術體系依然存在不足之處，因此需進一步展開探討，提高施工技術水平。

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