富水砂卵石地層CRD（交叉中隔墻）法地鐵風道施工技術(shù)

王冰琰

（中鐵十五局集團第五工程有限公司 天津，300133）

隨著城市軌道交通工程建設的不斷發(fā)展，復雜地質(zhì)條件對工程質(zhì)量提出的要求越來越嚴苛，北京地區(qū)的典型富水砂卵石地層更是對地下工程的施工提出了嚴峻挑戰(zhàn)[1]。砂卵石地層結(jié)構(gòu)松散、無膠結(jié)、滲透性好、自穩(wěn)能力差，在有水情況下極易發(fā)生坍塌[2]。CRD（交叉中隔墻）法是淺埋暗挖法的一種主要施工技術(shù)，各洞室初支封閉成環(huán)快、整體受力體系完整、穩(wěn)定性高，在控制早期地層沉降效果方面表現(xiàn)優(yōu)良，但也存在工藝復雜、開挖洞室多，結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換頻繁、作業(yè)條件差、進度慢等缺點[3～4]。深孔注漿作為一種淺埋暗挖施工的輔助措施，在確保隧道圍巖穩(wěn)定、控制地表沉降量、止水等方面作用明顯[5]，采用深孔注漿對地層進行加固，在有效改善砂卵石地層力學性能的同時，還具有一定的止水加固能力，加強土體的自穩(wěn)性，能夠有效地克服CRD工法的部分缺點，保證隧道暗挖施工安全[6～8]。

1 工程概況

北京地鐵十六號線某新建車站附屬風道結(jié)構(gòu)受地面條件限制，設置2座臨時施工豎井：新風井與排風井。兩座豎井均采用倒掛井壁法施工，井壁開啟馬頭門施工橫通道，橫通道與風道正線暗挖通道垂直相交。新風井橫通道初期支護結(jié)構(gòu)為五層十導洞，排風井橫通道為兩層四導洞結(jié)構(gòu)。風道正線為三層單跨框架結(jié)構(gòu)，覆土厚度13.6 m，采用八導洞CRD法施工，風道主體結(jié)構(gòu)分別與左線暗挖區(qū)間、暗挖車站相連通。見圖1。

圖1 工程結(jié)構(gòu)剖面

1.1 設計概況

兩座施工豎井平面結(jié)構(gòu)尺寸相同，內(nèi)凈空長×寬=8.1 m×3.9 m，新風井深33.3 m，用于風道主體結(jié)構(gòu)及部分暗挖區(qū)間的施作，排風井深27.3 m，用于排風道施作。豎井為臨時結(jié)構(gòu)，承擔施工期間所有荷載，為加強結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，在井口設置鋼筋混凝土鎖扣圈梁。見表1。

表1 豎井初期支護參數(shù)

兩座施工豎井的橫通道均采用CRD法整體挑高斷面進洞。新風井橫通道結(jié)構(gòu)長13.8 m、寬6.8 m、高18.6 m，排風井豎井橫通道結(jié)構(gòu)長6.6 m、寬6.8 m、高6.9 m；風道正線結(jié)構(gòu)長約60 m、寬6.3 m、高14.4 m。見表2。

表2 CRD法通道初期支護參數(shù)

1.2 水文地質(zhì)

工程主要穿越卵石、礫巖、泥巖層，工程范圍地下水為潛水，該含水層主要接收大氣降水和側(cè)向徑流補給，以側(cè)向徑流的方式排泄。

開挖圍巖屬強風化砂礫巖，局部裂隙發(fā)育，存在透水性，周邊地下水資源豐富，流動性強。水位25.41～26.69m，埋深17.40～19.05 m。受周邊地面環(huán)境限制，風道結(jié)構(gòu)地下降水無法與車站管井降水形成封閉圍降，采用注漿止水加固。

2 施工方案

2.1 總體施工步序

風道結(jié)構(gòu)的施工主要包括施工豎井、豎井橫通道及風道正線3部分，共6步。見圖2。

圖2 工程施工步序

第1步：倒掛井壁法開挖新風井基坑。

第2步：由井壁依次開啟新風井橫通道馬頭門，采用CRD法施工五層十導洞暗挖通道初期支護結(jié)構(gòu)。

第3步：橫通道南側(cè)側(cè)壁垂直開啟馬頭門，采用CRD法施工四層八導洞南段風道正線初期支護結(jié)構(gòu)。

第4步：橫通道北側(cè)壁開啟馬頭門，施工北段風道正線初期支護結(jié)構(gòu)。

第5步：依次施工南北段風道正線、新風井橫通道及新風井二襯結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)混凝土達到設計強度后采用倒掛井壁法施工排風井。

第6步：由井壁開啟馬頭門，施工排風井橫通道，施工剩余部分二襯結(jié)構(gòu)。

2.2 豎井施工工序

豎井鎖口圈梁為C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，強度達到設計要求后安裝垂直提升設備，采用倒掛井壁法開挖豎井基坑。土方開挖遵循分區(qū)、分層原則，每區(qū)施工時先開挖中部土體，在鄰近井壁四周暫時預留≮0.5 m的臺階，待中部土體開挖完成后再開挖預留臺階及初支輪廓部位土體，盡量縮短井壁的懸空時間，避免產(chǎn)生較大沉降，嚴禁將井底全部挖空。豎井開挖至設計標高后進行基底驗槽，豎井封底前先澆筑一層50 mm厚C20混凝土墊層，架設格柵鋼架，安裝連接筋，噴射混凝土。

2.3 橫通道施工工序

采用臺階法開挖，預留核心土[9]。相鄰洞室間錯距＞6 m；風道正線相鄰洞室間錯距10～15 m。見圖3。

圖3 新風井暗挖通道施工步序

開挖至馬頭門下三榀格柵位置后，采用100 mm厚C20網(wǎng)噴混凝進行臨時封底，在馬頭門拱部打設雙排小導管對土體進行超前注漿加固，馬頭門破除后連立三榀通道格柵鋼架，格柵鋼架主筋與被截斷的鋼架主筋焊接牢固。

為提高初期支護的剛度，保證順利進洞開挖，在豎井橫通道進入風道正線暗挖通道的馬頭門部位設置門式鋼架，采用工22a型鋼焊接而成，焊縫高度8 mm，焊縫質(zhì)量等級二級。鋼架隨橫通道各層馬頭門的開啟分別架設，與馬頭門格柵鋼架焊接牢固，鋼架與導洞初期支護之間的孔隙填充C20細石混凝土并振搗密實。見圖4。

圖4 馬頭門門框梁

為避免暗挖導洞拱腳不密實的問題，在每榀鋼架拱腳打設?25 mm@2.75 mm，長3 m的鎖腳錨管進行填充注漿加固，保證導洞基底承載力[10]。

3 注漿止水加固方案

注漿止水范圍隨工程各部位的施工分段進行，主要包括：兩座豎井開挖過程中的注漿止水、新風井橫通道注漿止水、風道正線南北段注漿止水、排風井通道剩余部位的注漿止水。見圖5。

圖5 注漿止水范圍

新風井及其橫通道與風道正線南段的地下水埋深約為18 m，注漿止水設計為高程23.53～26.7 m，注漿壓力0.8～1.0 MPa。

進行北段正線施工時，地下水埋深較南端實測上升約2 m，現(xiàn)場按照原設計注漿止水范圍實施后，地下水位線以下未注漿的風道正線第二層導洞掌子面出現(xiàn)大面積的滲水，現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境惡劣，暗挖施工風險增大。因此北段正線、排風井及其橫通道的止水范圍擴大至高程19.37～26.7 m，注漿壓力調(diào)整為0.2～0.8 MPa。

注漿漿液采用水泥-水玻璃雙液漿，加固后地層無側(cè)限抗壓強度為1.0 MPa，滲透系數(shù)≤1.0×10-7cm/s。每段注漿前設置試驗段，注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場地層情況進行適當調(diào)整，必要時可添加調(diào)節(jié)漿液凝結(jié)時間和可注性的外加劑。

3.1 深孔注漿工藝

深孔注漿采用二重管鉆機后退式注漿工藝。二重管鉆機適鉆桿為特制二重管，鉆桿頭部位有混合器，在鉆進至設計位置后，利用鉆桿實施注漿，可以實現(xiàn)較長距離注漿。在遇到卵石的情況下可直接鉆孔穿過，出現(xiàn)塌孔時可直接進行注漿加固，保證止水加固效果。見圖6。

圖6 注漿工藝流程

3.2 豎井注漿止水

豎井與橫通道在開挖過程中進行超前探測，在非注漿止水段發(fā)現(xiàn)地層含水量較大時應立即封閉掌子面，打設導管進行注漿堵水和地層加固，注漿壓力0.2～0.5 MPa，注漿后強度需達到0.7 MPa。

注漿止水前對豎井進行臨時封底，設置0.3 m厚C20止?jié){墻，距離井壁四周環(huán)向2 m范圍內(nèi)垂直向下打設長度為1.5 m的?22 mm加強鋼筋，間距為0.5 m×0.5 m。豎井注漿范圍為開挖輪廓線外2 m，輪廓線內(nèi)0.5 m，每孔打設5根?42 mm導管，每孔擴散半徑0.5m，環(huán)向注漿咬合0.3 m。見圖7。

圖7 1-1斷面注漿范圍

3.3 橫通道注漿止水

新風井橫通道的注漿止水分兩段，兩段之間搭接2 m，每段注漿前設置0.3 m厚C20噴射混凝土止?jié){墻，止?jié){墻設雙層?6 mm@150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)，沿通道初支側(cè)壁及拱頂環(huán)向2 m范圍內(nèi)水平向土體打設長度為1.5 m的?22 mm加強鋼筋，間距0.5 m×0.5 m。見圖8。

圖8 2-2斷面注漿范圍

排風井、風道正線止水注漿范圍已基本涵蓋排風井橫通道，僅對剩余連接處進行注漿止水，封閉風道結(jié)構(gòu)外側(cè)止水帷幕。見圖9。

圖9 3-3斷面注漿范圍

拱部深孔注漿加固范圍內(nèi)的超前小導管取消打設，通道開挖后需及時進行初支背后注漿，嚴格控制注漿壓力，必要時進行多次補漿，漿液采用水泥漿或水泥砂漿。

3.4 正線注漿止水

風道正線南段長度為39.4 m，共進行三次注漿，長度分別為12、14、12.05 m，每段之間及端頭部位設置2 m厚分隔墻，止?jié){墻結(jié)合分隔墻進行設置。見圖10。

圖10 風道正線南段注漿范圍

風道正線北段長度為14.4 m，共進行兩次注漿，長度分別為8.28、10.625 m，每段之間及端頭部位設置2 m厚分隔墻。見圖11。

圖11 風道正線北段注漿范圍

3.5 注漿質(zhì)量控制

1）鉆孔質(zhì)量標準。根據(jù)每個注漿孔位置、每環(huán)注漿管末端距注漿口垂直高度及注漿擴散范圍確定鉆桿角度、鉆孔長度及鉆桿偏移角度。鉆機就位后通過調(diào)整鉆桿豎向角度及鉆機水平方向確定鉆孔角度。對準孔位后，鉆機不得移位。見表3。

表3 鉆孔質(zhì)量控制標準

2）單根注漿結(jié)束標準。注漿過程中，壓力逐漸升高，流量逐漸減少，當壓力達到注漿終壓，注漿量達到設計注漿量80%以上；注漿壓力未達到設計終壓，但注漿量已達到設計注漿量，無漏漿。

3）設計注漿段注漿結(jié)束標準。所有注漿孔均達到注漿結(jié)束標準，無漏注現(xiàn)象。

4）注漿質(zhì)量檢驗點數(shù)量為總孔數(shù)的2%，不應少于3個。當檢驗點合格率≤80%或雖＞80%，但檢驗點的平均值達不到強度或防滲的設計要求時，應對不合格的注漿區(qū)實施重復注漿。

4 實施效果

風道正線主體結(jié)構(gòu)已施工完成，現(xiàn)場開挖情況的統(tǒng)計顯示，結(jié)構(gòu)拱部砂卵石層漿脈明顯，漿液易堆積成塊，掌子面較為穩(wěn)定，涌水情況得到顯著改善。風道結(jié)構(gòu)中線上方地表測點沉降隨施工進度的變化情況整體呈下沉趨勢，最大沉降為-17.94 cm。

深孔注漿會對地層產(chǎn)生擾動，地面出現(xiàn)了不同程度隆起，其中最大隆起約4.5 mm。在注漿施工中，應根據(jù)監(jiān)測情況動態(tài)調(diào)整注漿壓力，嚴格控制注漿深度，均衡控制前期地層抬升和后期開挖引起的沉降。

5 結(jié)語

工程的成功實踐表明在富水砂卵石地層進行深孔注漿可以有效地對暗挖通道周邊地層進行止水加固，保證地下施工作業(yè)人員以及周邊既有建（構(gòu)）筑物安全。注漿范圍、孔位布置、注漿壓力等注漿參數(shù)的設計需要結(jié)合工程結(jié)構(gòu)特點及地質(zhì)條件進行并根據(jù)掌子面開挖情況、地層水位變化等具體情況進行動態(tài)調(diào)整。

相較于傳統(tǒng)的管井降水，深孔注漿可以有效減弱因長期抽排地下水而導致的地層沉降，避免出現(xiàn)地層空洞。洞內(nèi)注漿施工不占用地面場地，不影響地面交通以及既有設施的正常運行，具有一定的推廣價值。但同時深孔注漿施工具有操作難度大，不能與暗挖施工同步進行的缺點，因此在實際施工中需要提前做好規(guī)劃，合理安排工籌。