停車場出入場線暗挖區間施工技術*

張華偉

(中鐵十八局集團第三工程有限公司,河北 涿州 072750)

1 工程概況

本工程西安市環園中路停車場出入場線右線,自堡子村車站引出,沿浐灞一路向東敷設,于北辰大道路口樁向北沿北辰大道并行敷設,接入環園中路停車場。線路下穿迪卡儂、新建北沿線加油站,北端接出入場線盾構接收井,南段洞門接堡楊明挖區間。區間設計起訖里程HYZL1-DK0+269.648—HYZL1-DK0+663.835,右線隧道長度為394.187m。軌頂埋深12.4～16.3m,平面曲線半徑為280m,線路縱坡-12.635‰。其中穿越雜填土區間里程為HYZL1-DK0+269.648—HYZL1-DK0+553.284,采用礦山法施工,斷面為馬蹄形。

1.1 地形地貌與工程地質條件

暗挖隧道位于迪卡儂停車場及北辰大道主干道正下方,地形平坦。施工場地地貌單元屬渭河二級階地和渭河三級階地。另外,隧道將側穿北辰立交,該立交的上部結構主線橋采用連續鋼箱梁,匝道橋采用等高連續梁;下部結構主線橋墩為雙柱式花瓶墩,匝道橋為獨柱式花瓶墩;基礎采用φ1 200,φ1 500,φ1 600鉆孔樁基礎,樁長為50～70m。

根據本次鉆探揭露,擬建場地地基土的組成自上而下依次為:人工填土,第四系上更新統風積黃土、殘積古土壤,沖積粉質黏土和砂類土,中更新統風積黃土,沖積粉質黏土、砂類土等,地層具體分布情況如表1所示。

表1 地層分布

1.2 水文地質條件

1)地表水

本區間附近無地表水體分布,可不考慮地表河流、湖泊等水體對本出入線的影響。

2)地下水

西安市地鐵8號線(不含幸福林帶段)出入線區間淺部主要地層為人工填土、第四系上更新統及中更新統黃土類土,其地下水位埋藏較深,詳察期間(2019年9月—2019年11月)測得地下水穩定水位埋深20.400～27.800m,相應高程為367.200～376.240m。地下水位與季節、氣候、地下水賦存、補給及排泄有密切關系,高水位期(10月—次年3月),地下水位會有所上升;旱季期間,地下水位會有所下降,水位年變化幅度為2.0～3.0m,可不考慮降水。

勘探期間未發現上層滯水存在,但不排除因管道、雨水下滲到局部可能形成上層滯水。區間抗浮水位按390.000m考慮。

2 施工重難點

1)區間雜填土段開挖

雜填土地層成分雜亂,空隙較大,滲透性好,不具有自穩能力。在隧道掘進過程中,雨季施工地表水會大量滲透到地面以下,無法保證掌子面的穩定性,從而導致地面沉降增加。

2)下穿迪卡儂商場

迪卡儂商場地上1層(局部2層)為門式輕鋼結構,建筑高度8m,柱下獨立基礎,基礎埋深約1.6m,其下為2m的換填層。局部含地下1層消防水池,基礎為筏板基礎,埋深4.7m,其下為2m換填層。區間局部下穿迪卡儂商場一角,下穿區段里程為YZL1-DK0+421.700—HYZL1-DKO+447.400。隧道埋深約9.0m,隧道拱頂上方及開挖面土層主要為雜填土,基礎距隧道頂垂直凈距約6.3m,位于暗挖隧道強烈影響區(見圖1)。隧道頂板與柱下基礎水平凈距約為5.9m,區間側穿消防水池,消防水池水平凈距約15.3m,暗挖施工過程中對建筑物基礎有一定的影響,建筑物處于使用狀態,施工過程中嚴格控制開挖進尺、拱頂3m范圍進行深孔注漿加固,及時布設測點,初支施工過程中提高監測頻率,根據監測結果及時調整施工參數。

圖1 區間隧道與迪卡儂商場關系

3)側穿北辰立交橋樁

礦山法區間隧道側穿北辰立交橋樁,隧道拱頂覆土約7.5m,隧道拱頂上方土層為雜填土、新黃土,開挖面土層主要為新黃土、古土壤,樁基距隧道凈距為3.11～2.03m,位于暗挖隧道強烈影響區(見圖2)。

圖2 區間隧道與北辰立交橋樁關系

施工可能對橋梁結構產生振動和負荷影響。挖掘可能會改變橋梁周圍的土壤結構,對橋墩和橋基的穩定性產生影響,導致結構不穩定或損壞。此外,在挖掘過程中,可能會產生振動和位移,以上情況均可能對橋梁結構構件產生不利影響,特別是對于老化或已有損傷的結構,因此需要對橋梁進行監測。

3 施工工藝

3.1 施工總體方案

環園中路停車場出入場線暗挖區間采用礦山法施工,充分利用現場監控量測信息指導施工,嚴格按選定的工法和工藝要求組織施工。環園中路停車場出入場線暗挖區間施工遵循“管超前,嚴注漿,短開挖,強支護,快封閉,勤量測”十八字方針。

3.2 雜填土層注漿加固

3.2.1處理方法

區間暗挖隧道常用注漿方式為洞內注漿和地面鉆孔注漿,根據場地條件和隧道土體穩定性,本項目選用洞內+洞外相結合的方式,對雜填土段進行注漿加固。

3.2.2地表注漿

隧道左右開挖輪廓線外3m及隧道拱頂以上3m范圍內注漿,HYZL1-DK0+269.648—HYZL1-DK0+379.648,HYZL1-DK0+464.608—HYZL1-DK0+494.078段采用地表注漿方式進行地層加固。

地表注漿采用靜壓地面注漿工藝,加固區兩側封邊采用雙液漿,中間區間采用單液漿,兩側封邊注漿孔間距為0.5m×0.5m,中間區域注漿孔間距為1m×1m(縱×橫),梅花形布置,注漿壓力控制在0.5MPa左右,水泥漿水灰比為1∶1,當注漿達到0.5MPa注漿壓力后持續一段時間可結束注漿,注漿結束標準根據具體地層情況及加固效果綜合確定。工藝流程如下:定孔位→鉆機就位→鉆進成孔→回抽鉆桿→漿液配比→控制注漿壓力。

3.2.3洞內注漿

HYZL1-DK0+379.648—HYZL1-DK0+464.608,HYZL1-DK0+494.078—HYZL1-DK0+553.284段采用洞內深孔注漿進行地層加固。工藝流程如下:施工止漿墻→安裝孔口管→鉆孔及注漿。

3.2.4檢測標準

注漿完成后,在開挖輪廓線范圍內打設檢查孔,檢查注漿效果,掌子面上臺階右側設檢查孔5個,檢查孔直徑90mm,長度20m。加固體可進行垂直或水平取芯,觀察加固體整體性和連續性,加固后土體無側限抗壓強度不小于0.3MPa。檢測應滿足JGJ/T211—2010《建筑工程水泥-水玻璃雙液注漿技術規程》要求。

3.3 超前大管棚

3.3.1管棚施工

施工正線暗挖隧道管棚時,在洞門處搭設作業平臺并進行鉆機安裝和固定。根據管棚孔位、距離和高度,通過升降作業平臺控制鉆機高度。具體施工工藝流程如圖3所示。

圖3 大管棚施工工藝流程

在此過程中,每個孔位都要仔細調整鉆機方位,確保每根鋼管以準確的方向鉆進。因隧道為水平方向,考慮到鋼管的角度變化,管棚進孔角度應為0.3%,角度誤差控制在0.3%以內。打設時必須跳孔(間隔)打設,每節管打設完后必須進行角度測斜,確保管棚鋼管按設計軌跡鋪設。大管棚注漿采用1∶1水泥漿,注漿量根據鋼管內和鋼管外的環狀間隙計算,然后根據地層滲漏情況確定每根鋼管的注漿量。注漿要求管內注漿由管外排出泥漿,等管內外泥漿排凈排出水泥漿,關閉排漿閥,泵壓控制在0.5～1MPa以內停止注漿,停15～30min進行二次補漿,確保管內外填充質量。注漿必須控制好注漿量、注漿壓力等每個環節,保證達到設計要求。

3.3.2保證措施

1)開孔孔位偏差控制在±20mm以內,若需移位,應調整開孔角度。

2)孔口管不允許向內偏斜 孔口管設計向外偏角(放射角)在0～3°范圍內并考慮設計坡度因素。采取“高鉆壓、低轉速”的方式,減少因管節自重引起的端頭下斜。

3)管打設長度與設計長度誤差不得大于0.2m。

4)嚴格控制施工原材料質量,對所有使用的材料和零部件均須由專人檢測,不合格者必須剔除。

5)根據施工實際情況,總結所采用技術參數對打設質量的影響,根據情況適時調整技術參數。

6)管棚施工時要嚴格控制打設精度,避免串孔。

3.4 暗挖區間礦山法施工原則及步驟

3.4.1施工原則

暗挖區間隧道采取“管超前,嚴注漿,短開挖,強支護,快封閉,勤量測”的基本方針,施工組織計劃和施工工序必須嚴格遵守“先排管,后注漿,注漿一段,支護一段,封閉一段”的原則。暗挖總體施工順序由區間兩端向正線開挖進行,待盾構接收井完成后開始施作北暗挖段。

3.4.2施工步驟

1)大里程進洞施工步驟:①測量放樣,拱部150°范圍布設1排φ108,t=6mm、L=10m大管棚,傾角1°～2°,環向間距0.4m,注漿加固;②洞門破除圍護樁輪廓線放樣;③上臺階圍護樁破除,上臺階環形土開挖,預留核心土;④上臺階第4榀拱架安裝,打設φ42,t=3.25mm,L=3m超前小導管,縱向間距1.5m,外插角度15°～20°,環向間距0.3m,注漿加固、掛鋼筋網,連接筋施工,鎖腳錨管施工,噴射混凝土;⑤上臺階第5榀拱架安裝,打設φ42,t=3.25mm,L=3m超前小導管、注漿加固、掛鋼筋網,連接筋施工,鎖腳錨管施工,噴射混凝土;⑥上臺階第4,5榀施工完成后,施作第3,2,1榀拱架安裝、掛鋼筋網,連接筋施工,噴射混凝土;⑦上臺階開挖5m后,下臺階圍護樁破除,進行下臺階拱架安裝、噴射混凝土,初支封閉成環,上下臺階保持3～5m向前開挖。

2)小里程進洞施工步驟:①洞門破除圍護樁輪廓線放樣;②上臺階圍護樁破除,上臺階環形土開挖,預留核心土;③上臺階第4榀拱架安裝,打設φ42,t=3.25mm,L=4m雙排超前小導管,縱向間距1m,外插角度15°～20°,外排為35°,環向間距0.2m,注漿加固、掛鋼筋網,連接筋施工,鎖腳錨管施工,噴射混凝土;④上臺階第5榀拱架安裝,打設φ42,t=3.25mm,L=2.5m超前小導管、注漿加固、掛鋼筋網,連接筋施工,鎖腳錨管施工,噴射混凝土;⑤上臺階第4,5榀施工完成后,施作第3,2,1榀拱架安裝、掛鋼筋網,連接筋施工,噴射混凝土;⑥上臺階開挖5m后,下臺階圍護樁破除,進行下臺階拱架安裝、噴射混凝土,初支封閉成環,上下臺階保持3～5m向前開挖;⑦堡楊明挖區間進洞馬頭門處超前支護措施為拱部120°范圍內設置φ42×3.25雙排注漿小導管,L=3m,小導管環向間距0.2m,縱向間距1.0m,外插角度15°～20°,外排為35°,打設范圍為進洞5m(13榀內)范圍內,進洞第1環(第4榀)超前小導管長度為4m。

3.5 二襯施工

暗挖隧道二襯施工采用模板臺車,混凝土分兩次施工,先澆筑仰拱,然后施工側墻和拱頂。二襯混凝土采用地泵泵送進行混凝土澆筑作業。二襯施工工藝流程如圖4所示。

圖4 二襯施工工藝流程

3.6 地基處理

3.6.1自重濕陷性黃土地基處理

區間隧道底局部位于自重濕陷性黃土底線以上,隧道初期支護時局部加深挖除剩余自重濕陷性黃土。

3.6.2雜填土地基處理

局部鉆孔顯示隧道底存在一定厚度雜填土,隧道開挖前對雜填土進行注漿加固,初期支護貫通后,采用微型樁進行地基處理。

4 施工安全措施

1)嚴格遵循“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤量測、早封閉”的方針,施工前必須制定切實可行的施工安全專項方案。

2)做好超前地質預報、監控量測和信息反饋工作,每個開挖工班配一名技術人員跟班,確保各種措施、技術交底的落實,保證標準化作業。

3)堅持“三檢”“進洞登記”“動火審批”“進洞須知”等制度,施工人員到達工作面后,應首先檢查工作面是否處于安全狀態。

4)對進場工人進行入場三級安全教育和考核,合格后方可上崗作業。

5)格柵鋼架架立時不得置于虛碴或活動石上,基底夯實加設墊板或加設木楔楔緊。錨管孔深、間距、方位必須達到設計要求,注漿飽滿,鋼筋網初噴混凝土必須達到設計厚度。

6)洞外電力線路跨越道路、住房、施工地區時安全距離必須符合要求。

5 監控量測

5.1 建筑物監測

1)地表沉降

地表沉降監測使用差異沉降方法,其計算如下:

(1)

式中:ΔD為主體傾斜值;ΔS為基礎兩端的沉降差(m);L為基礎兩端點的水平距離;H為建筑物高度(m),如圖5所示。

圖5 差異沉降量推算法示意

2)傾斜監測

本項目采用全站儀配合反射膜片法監測建筑物主體傾斜率、采用差異沉降法推算主體傾斜值。全站儀配合反射膜片法主要適用于現場通視條件較好,并且現場具備粘貼反射膜片條件的情況,計算方法如下:

(2)

式中:i為主體傾斜率;ΔD建筑物頂部測點(反射膜片)相對于底部測點(反射膜片)的偏移值;H為建筑物高度(m);α為傾斜角(°)。

3)裂縫監測

現場踏勘、記錄并觀測周邊建(構)筑物已有裂縫的分布位置,裂縫走向、長度和深度,讀取初始值。對于新發生的裂縫及時觀測裂縫長度、寬度,分析裂縫形成的原因,判斷裂縫的發展趨勢。觀測時使用游標卡尺量出每條裂縫的距離,求得裂縫的變化值。

5.2 水平收斂

1)收斂點布設

暗挖區間10m一個斷面,下穿地裂縫段加密為5m一個斷面。本工程凈空收斂的控制標準為:最大允許變形值10mm,最大變形速率3mm/d。

2)監測方法

在每個斷面埋設收斂掛鉤,通過收斂計量監測區間斷面凈空,來判斷區間斷面周圍土體的穩定性。

3)監測頻率

開挖面到測點距離小于6m,監測頻率2次/d;開挖面到測點距離為6～12m,監測頻率1次/d;開挖面到測點距離為12～30m,監測頻率1次/2d;開挖面到監測點距離>30m時,1次/周。

5.3 拱頂下沉量測

利用水準儀、鋼尺對拱頂位移進行觀測,利用讀數差系列數據組合,分析判斷支護效果和土體變形情況。隧道拱頂下沉監測控制標準為最大允許沉降值11.25mm,最大允許變形速率3mm/d。當開挖面到測點距離小于6m,監測頻率2次/d;當開挖面到測點距離為6～12m,監測頻率1次/d;當開挖面到測點距離為12～30m,監測頻率1次/2d;當開挖面到監測點距離>30m時,1次/周。

6 結語

本次環園中路停車場出入場線暗挖區間施工方案充分體現了高效、安全和可控的原則,通過礦山法施工和實時監控,成功地實現了工程目標。該方案為類似工程提供了借鑒,同時也為城市交通系統的持續改善和發展提供了有力支持。