軟弱地層多洞室仰挖下穿既有線工況超前大管棚施工技術研究

楊剛

中鐵二局第四工程有限公司 四川 成都 610300

引言

近些年，隨著城市經濟的不斷發展，城市地鐵網建設也越來越密集，由此會有更多地鐵換乘車站產生，相應更多的換乘通道也需被設計建設。但由于城市的特殊環境，地鐵換乘通道在施工過程中會碰到既有交通設施、地下管線密集、復雜地質條件等不利因素影響，因此對施工安全、沉降的要求都非常高；所以在換乘通道仰挖施工前，需要對前方軟弱地層進行超前加固施工，即對相應工況條件下超前大管棚施工技術的研究是十分必要的。

1 工程概況

1.1 工程簡介

六道口站為既有15號線新建的換乘車站。沿學院路南北向設置的六道口站，位于學院路與清華東路交叉口南側。車站主體采用暗挖拱頂直墻雙柱三跨結構形式的“洞樁法”，共設置2個進站口、2組風道、3個緊急疏散口、1個無障礙進站口、2個換乘通道及1個無障礙換乘通道。

換乘通道位于學院路與清華東路路口東、西南角，單層單跨拱形直墻斷面，開挖寬度7.9m（人防段10.3m），開挖高度6.92m～10.17m，覆土深度8.5～20.45m，下穿既有線段采用6導洞CRD法施工。

1.2 管線情況

站址位置地下管線較多，學院路上主要管線有4500×2750mm雨水方溝（管內底埋深約6.7m），2000×2300mm電力方溝（管內底埋深約14.4m），Φ1500污水管（管內底埋深約10.6m）。清華東路主要控制性管線有： 2000×2300mm電力方溝（管內底埋深約14.4m），Φ1500污水管（管內底埋深約11m）。

2 工程特點及重難點

2.1 工程特點

本工程換乘通道采用CRD法施工，穿越風險工程復雜，其主要特點如下：

2.1.1 施工區域上方管線很多，有雨水、污水、電力、燃氣等管線，施工對上方管線及道路、既有線車站都有干擾。既有線車站、道路及地下管線對變形控制要求都很高。

2.1.2 六道口站1號換乘通道開挖邊線水平距離15號線車站結構外邊線1.85m，垂直距離15號線C出入口2.57m， 2號換乘通道水平距離15號線車站外邊線2.22m，距離15號線D出入口垂直距離2.44m。

2.1.3 車站換乘通道結構主要位于粉質黏土層③、粉土③1層、粉質黏土④層、粉質黏土⑥層之中。潛水（二）含水層粉土③1層位于換乘通道爬坡段后，呈透鏡體不連續分布，施工前提前進行地下水情況超前探測，探明是否有殘存水或管線滲漏水囊存在，若有，應提前采取措施進行處理[1]。

2.2 工程重難點

車站換乘通道結構施工涉及施工工序繁多、工序復雜且質量難以保證，同時鄰近既有線施工是本工程難點之一，其主要包含施工工序如下：

表1 項目重難點原因分析及對策

2.3 換乘通道與既有線位置關系

1號換乘通道開挖邊線水平距離15號線車站結構外邊線1.85m，垂直距離15號線C出入口2.57m， 2號換乘通道水平距離15號線車站外邊線2.22m，距離15號線D出入口垂直距離2.44m。

3 工藝流程及操作要點

3.1 施工準備

3.1.1 施工平臺。管棚鉆機、注漿設備安放在換乘通道上層洞室仰拱上。

安裝鉆機架：平臺采用扣件式腳手架搭設，搭設完成后在腳手架上鋪不小于5cm厚木板平臺，滿足鉆機及人員施工要求[2]。

鉆機安裝定位：鉆機固定在塔架平臺上，利用塔架調整設施進行鉆機水平垂直定位，鉆機安放要求平整，保證管棚打設質量。

鉆機平臺必須設置牢固，便于鉆機的安裝和固定，防止因鉆機下沉不均勻，在施鉆時產生擺動、位移、傾斜等現象，使鉆孔質量受到影響。

給出管棚打設定位（方位、仰角）相應的測點。鉆孔前應先檢查鉆機各部件運轉是否正常，換掉不正常的部件后，再進行鉆孔作業。采用干鉆開孔確保正確定位管棚位置。

3.1.2 管棚制作。為了提高單步開挖段管棚的承載能力，相鄰管棚接縫應錯開，縫距≥1m為宜。管棚加工成1m、2m長，按奇、偶編號，錯開安裝。管棚單管之間采用Φ89mm鋼管做內襯管，內襯管長度大于200mm,襯管深入兩單管各不少于100mm，環向滿焊連接。連接直順度用靠尺檢查合格后方可連接。

3.2 管棚打設施工工藝

3.2.1 主要參數。管棚鋼管規格：壁厚8mm，無縫鋼管Φ108，環向間距0.3m，水平傾角30°，工程超前大管棚采用導向跟管鉆進技術施做，管內灌注1∶1水泥漿。

3.2.2 管棚施工流程。深孔注漿作業完成→人員設備進場→鉆機平臺搭設→設備組裝調試→（埋設孔口導向管→安裝密封裝置鉆透砼殘留層）→調試鉆機（方位、仰角）→鉆具組裝進孔→管棚位置、角度檢測→如有偏斜進行糾偏→鉆進→回位接管、接口補焊→孔斜測量（校正）→鉆進→至設計深度終孔→管內、外注漿→如有需要二次壓漿→移至下一孔位。

3.2.3 套管預埋。測量組用全站儀在換乘通道初支面上依次放樣出管棚孔口中心設計點位并標注編號。施工隊事先將1m長的Φ159鋼管預埋在相應位置，作為管棚套管。預埋的套管孔道兼作為管棚的導向管孔用。預埋孔誤差要求±50mm，孔徑大于鋼管直徑30～40mm。

3.2.4 鉆具安裝。套管預埋完成后連接管棚（襯管連接），管棚后部連接（變徑）夾頭，通過夾頭與鉆機動力頭相連。調整鉆孔方向，使鉆機鉆孔從軸線與管棚軸線一致。

3.2.5 管棚定位打設。根據施工場區地面條件，工程地質水文地質條件，參考以往施工經驗，選用“干鉆導向跟管鉆進”施工方試，即一次完成打孔、安裝管棚等作業，有效減少施工沉降。

鉆具、首管組裝連接完成后，直接用Φ108mm×8mm鋼管做鉆桿，慢速啟動鉆機，鉆進幾米后再加速加壓。鉆孔時，為保證鉆進后管棚不侵入初支界限，鉆孔定位控制可用經緯儀和掛線相結合的方法，以克服鉆深后鉆具自重造成的下垂現象，鉆孔應與導孔保持一致，即外傾角3～5°，比縱軸線上的仰角3～5°，保證鉆機與管棚軸線與開孔角度保持一致。先打設換乘通道拱部管棚，再打設兩側管棚。

管棚在鉆機動力的帶動下，一邊旋轉一邊跟進，鉆機的回位在每打完一根管子后接管，務必要注意在接管的時候要有一個長短間隔的銜接。即1+2+1+2+…，以保證與相鄰管棚錯開接頭。管棚連接時采用襯管環向滿焊連接，嚴格控制焊縫質量，確保管棚連接質量[3]。

3.2.6 注漿。①漿液拌制。管棚內的雜物由下至上順序用高壓水對進行沖進行。注漿采用水泥漿，水灰比1∶1（重量比），水泥：P.O42.5普通硅酸鹽水泥。漿液攪拌要均勻、不能有結塊、沉淀物，否則延長攪拌時間應適當延長，待漿液拌勻后，才能進行管棚注漿。漿液應在現場隨伴隨用，漿液要流動性、可注性要良好。②注漿壓力。0.4～0.6MPa。③注漿管設置。注漿采用孔口注漿管注漿，利用自制的管口封孔裝置(用套絲與管棚連接或用Φ10mm鋼板焊接，再將注漿管設置在其上并安裝排氣筒)，通過閥門控制開關的方式將孔口排氣筒與注漿管連接，排氣筒用塑料管插入距孔底20cm處，再與注漿管等各種管路連接。掌面與管棚之間的孔隙用錨固劑封閉，防止漿液滲漏。關閉洞口閥門，開啟注漿泵進行管道壓水試驗，試驗壓力等于注漿終壓，如發生滲漏，應及時檢修。④注漿流程。現場注漿施工必須嚴格按照注漿機操作規程作業，充分做好注漿前各項準備工作，尤其是對機具設備的檢修工作，發現問題及時排除，使機具處于良好狀態。注漿時不得將注漿管口對準人體，避免高壓漿液對人體傷害，還應防止施工人員在作業時因注漿管爆管而受到傷害。在開機注漿前認真檢查注漿管路系統，包括混合器、接頭、閥門等，若有損壞的應立即更換；不好用的接頭、閥門嚴禁得使用，防止在高壓下發生脫扣的危險事故。并預先將管路全部接通在洞外。進行試壓，試壓可用清水進行。在打壓試驗時，若管路不通或接頭有漏水現象，應將其排除，使管路系統各部件保持完好、暢通的狀態。注漿時首先注“單”號孔，其次再注“雙”號孔。

注漿順序應采用由低到高、由下往上，交錯的方式進行。在注漿過程中，對拆卸下來的所有接頭、閥門，及時安排專人清洗干凈，以備輪換使用。

注漿量應滿足設計要求，通常為鉆孔桶體體積的1.5倍；若注漿量超限，壓力要求達不到時，應調整漿液濃度繼續注漿，以保證鉆孔周圍巖體與鋼管周圍孔隙在鉆孔周圍充填飽滿。結束標準采用單孔注漿方式：①注漿壓力逐步提高達到設計壓力并穩壓10min；②注漿量大于設計注漿量的80%；③注漿速度為開始注漿速度的1/4。

4 沉降分析

換乘通道施工完成后，通過項目監測組對該部位所采集的沉降數據分析證明，此超前加固技術的應用效果較好，各項沉降可控。

5 結束語

綜上所述，采用此超前大管棚技術對于相應工況條件下換乘通道控制施工沉降，減少對既有線影響，保證施工安全與進度方面都有較好的效果。本項目對換乘通道仰挖段采用此超前大管棚加固技術研究，可為同類工程提供一些借鑒經驗。