地铁暗挖隧道下穿过街地道施工技术.pdf

鞠 ： i 8 ； 地铁暗挖隧道下穿过街地道施工技术 李维祥 ( 南京地铁总公司， 2 1 0 0 0 8 ， 南京工程师) 摘要 南京地铁2号线上新区间的隧道下穿带有围护桩 的金鹰过街地道。穿越段的地质条件差、 富含地下水、 管线 密集， 施工难度较大。采用长管棚支护和全断面劈裂注浆形 成有效的超前支护 ， 结合 洞 内跟 踪注浆及 桩基托 换等辅助措 施 ， 改善 了土体 自稳性 能， 控制 了土体 的水土流失 ， 并减 小 了 隧道开挖引起 的地层沉降 ， 使 隧道顺利 下穿过街地道 。 关键词 地铁；土质隧道； 超前支护；管棚支护； 小导管预 注浆 中图分类号u 4 5 5 4 9 m i ni ng tu n ne l te c hn o l o gy u nd e r ci t y bl oc k s li w e i x i a ab s t r a c t th i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e m i n i n g t u n n e l t e c hn o l o g y a d o p t e d i n na n j i n g me r o li n e 2 ， wh i c h p a s s e d t h r o u g h a c i t y b l o c h p r o t e c t e d b y p i l e s ， a n d h a s t o o v e r c o me t h e a d v e r s e g r o u n d c on d i t i o n s ， s u c h a s t h e c o mp l i c a t e d u n d e r g r o u n d p i p e l i n e s ， t h e a b u n d a n t s u b s u r f a c e wa t e r ， e t c th i s p a p e r a r g u e s t h a t a n e f f e c t i v e l e a d i n g s u p p o r t s h a l l b e u s e d t h r o u g h t h e c o n d u c t p i p e g r o u t i n g ， a n d o t h e r s u p p l e me n t a r y me a s u r e s b e t a k e n t o i mp r o v e t h e g r o u n d s t a b i l i t y ， c o n t r o l t h e s o i l e r o s i o n ， r e d u c e t h e g r o u n d s e t l l e me n t a n d e n s u r e t h e t u n n e l i n g wo r k t o p a s s t h r o u g h t h e c i t y b l o c k s ke y wo r d s me t r o；e a r t h t u n n e l ；a d v a n c e s u p p o r t ；p i p e s h e d s u p p o r t ；p r e - g r o u t i n g wi t h s m a l l d u c t a u t h o r s a d d r e s s na n j i n g me t r o c o r p o r a t i o n ， 2 1 0 0 0 8 ， na n j i n g ， ch i n a 1 工程概况 1 1 设计概 况 南京地铁 2号线上海路站新街 口站区间隧 道为 2座分离式单线隧道 。区间隧道竖井的横通道 里程为 k1 3+4 3 8 ， 并沿汉 中路向东与新街 口车站 1 号风道相接 。在横通道以东正线隧道和新街 口站 1 号风道共 3条隧道小间距平行布置 。正线隧道为马 蹄形断面。左右正线隧道中间的新街 口站 1号风道 暗挖段为矩形断面。3条隧道均从金鹰过街地道下 穿过 。相交段地铁长约 1 3 5 r r l ， 交角 7 2 。 。区间隧 道结构与金鹰过街地道底板净距约 1 2 r r l 。其 中左 线 区间隧道初期支护与金鹰过街地道外挂下沉式水 泵房底板局部有位置冲突 。隧道与金鹰过街地道相 互关系见图 1和图 2 。 图 1 地铁 隧道 与过 街地道平面关 系图 站 图 2 地铁隧道与过街地道剖面关系图( 尺寸单位： m m) 1 2 地 质及水 文概 况 该地段地层 为 v、 级 围岩软一 流塑层段 ， 隧道 主要穿越土层为一 l c 2层粉土 、 一 2 b 4层 淤泥质黏 土、 一 3 b 3层粉质黏土夹粉土 ， 以及一 2 b 2层和一 3 b l 一 2层粉质黏土。洞室 围岩稳定性整体较差。其 中一 3 b l 一 2 层粉质黏土具弱膨胀潜势。场地地下水 6 9 维普资讯 ：l 主要为潜水和微承压水 ， 少见基岩裂隙水 。 1 3 工程特点 1 3 1 地质条件差且富含地下水 穿越段土体富含地下水 ， 土体经多年浸泡形成 软流塑状 ； 同时存在管线渗漏 、 积水补给 ， 以及不明 地下渗水通道等。该地层 的土层 自稳性极 差， 易发 生涌泥、 涌水、 坍塌现象 ， 再加上金鹰过街地道底部 的碎石垫层含水影 响， 在此进行暗挖隧道施工尤其 是隧道群的施工难度较大。 1 3 2 破桩 施工 对沉 降控 制 不利 根据对金鹰过街地道调查， 其部分围护桩侵入 隧道净空最大达 3 9 8 m， 隧道开挖时需将侵入部分 逐根破除。考虑破桩施工时掌子面暴露时间长， 金 鹰过街地道两侧沉降缝紧邻隧道， 会使地层沉降更 加明显， 故破桩施工前必须对地道进行有效加固， 以 降低施工风险。 1 3 3 土体扰动次数多且沉降难控制 金鹰过街地道施工 时对原地层 已造成干扰 ， 破 坏 了原有软流塑地层结构；左右线隧道施工会形成 二次扰动 ， 使地层应力释放更为明显， 地层变形造成 的沉降比其它地段更加敏感 ；区问隧道完成后进行 新街 口 1 号风道施工会再次扰动地层。因此 ， 该段 地层控制沉降难度极大。 2 施工方法与技术措施 根据本工程特点， 结合暗挖隧道穿越软弱地层的 施工经验， 该段隧道开挖拟采用以长管棚支护 +全断 面劈裂注浆为主的超前加固施工工艺 ， 同时结合洞内 跟踪注浆等辅助措施 。利用长管棚和超前小导管注 浆形成有效的超前支护， 结合全断面注浆改善土体 自 稳性能， 以控制水土流失， 减小隧道开挖引起的地层 沉降， 确保隧道以及过街地道、 管线的安全。 2 1 管棚施工 受金鹰过街地道围护桩的影响， 施工时把竖井 横通道以东地段分成 了过街地道以西、 穿过街地道 段及过街地道以东三个分段 。因此 ， 管棚 的施工也 要分成三段来考虑 。 2 1 1 过街地道以西段的管棚施工 利用已经施工的横通道空 间施作该段管棚 。管 棚直径为 1 2 1 i n ll l 。由于过街地道同隧道斜交， 每 根管棚的长度不一 ； 同时考虑下一段管棚工作室的施 工， 按照最短的一根管棚计算管棚施工的仰角， 采取 7 0 跟管钻进， 管棚推进到过街地道西侧围护桩前为止。 2 1 2过街 地道段 的 管棚 施 工 此段管棚利用管棚工作室 ( 见图 3 ) 从西往东钻 进施工。管棚直径为 1 4 0 mm。采用金刚钻头开 孔破除过街地道西侧的围护桩 。开孔后采取跟管钻 进， 管棚直至过街地道东侧 围护桩， 即可终孔注浆 。 对过街地道底 部含水 的碎石垫层施 作引水 钢管排 水 ， 同时利用小导管径 向注浆对上方过街地道结构 进行加固， 防止地道结构后期下沉 。 2 1 3 过街地道以东段 的管棚施 工 因受过街地道的影响， 加上要破除过街地道的东 侧围护桩， 无法施作过街地道以东第三段管棚的工作 室， 故第三段管棚无法按常规方法来实施 。因此， 采 用第二段的 1 4 0 i n l l l 管棚作为本段 1 2 1 mm管棚 的导向管。这样既可 以有效解决金刚钻开孔穿过东 侧围护桩并在穿孔后继续采用跟管钻进的问题， 另一 方面也可提高下穿过街地道段的管棚刚度。 以上三段的管棚长度分别为 2 3 3 1 m、 1 2 1 7 m、 3 6 3 9 m。管棚分段施工示意图见图 3 。 图3 管棚分段施工示意图 2 2 注浆施工 2 2 1 超前劈裂注浆 为有效控制过街地道的注浆隆起和施工沉降 ， 通过改进浆液性能和注浆工 艺两个方面来采取措 施 。普通段采用普 通水 泥水玻璃双液浆， 下穿过街 地道段 1 3 m 范围内采用超细型 hs c( 特制硫铝酸 盐水泥) 注浆材料。主要是利用 hs c可注性强、 结 石率高( 9 8 ) 的特性 ， 在相对较小注浆压力下( 0 4 mp a ) 形成放射状劈裂效果 ， 以充分改 良待挖土 体 的性能。另外 ， 采取多开孔、 小浆量的注浆工艺， 通过加密掌子面布孔及减少单孔注浆量， 来解决单 孔注浆量偏大易引起过街地道隆起而不能有效改 良 地层的问题。hs c注浆的设计参数见表 1 。 2 2 2径 向注浆 过街地道段 的径 向注浆应在该段初期支护结束 后先进行施工。在隧道内利用径向注浆对过街地道 维普资讯 ， 囊 下方的土体进行加 固， 防止 由于地下水流失引起土 层沉降 ， 避免过街地道结构下沉影 响隧道和过街地 道安全。该段注浆参 照设计径 向注浆参数 ， 拱部注 浆管重点对地道周边进行注浆 ， 管长及注浆量根据 现场情况及监测数据适 当调整。 表 1 h s c注浆设计 参数 表 参数名称 参数值 注浆管长 m 加固有效范围 m 扩散半径 m 注浆压力 mp a 注浆管材料及管径 注浆方式 平均 每孔注浆量 m 凝胶 时间 mi n 1 3 长 1 2 5 1 3 5 ， 宽 1 2 1 7 0 9 0 5 1 0 pvc 4 2 m m 后退式 2 47 2 0 4 0 设计径向注浆参数具体如下 ： 注浆管采用 j 5 3 2 mm无缝钢管 ， 长 4 m， 环 向间距 0 9 m， 纵向间距 1 0 m， 采用风钻打入 。设计采用 t grm 浆液或超 细水泥浆液。根据浆液效果对 比和前期注浆经验 ， 并根据地层情况， 选用流动性大、 结实率高、 无收缩 、 强度高的 hs c超细水 泥浆液进行加 固。应严 格控 制注浆压力， 防止地表及过街地道结构隆起。 2 、 2 3 回填及跟踪注浆 初期支护封闭后及时进行背后 回填注浆 ， 对开 挖土层进行注浆补充 ， 以控制隧道开挖后期的沉降， 并提高隧道的防水效果 。 应加强拱顶下沉和隧道收敛的监测。若出现初 期支护变形异 常或沉 降速 率超 限 的情 况 ， 应采用 j 5 3 2 mm钢花管进行径 向跟踪注浆， 利用浆液补充 地层的水土流失 ， 施工参数根据现场具体范围确定 。 注浆时应加强监测频率 ， 防止出现过大隆起现象。 2 3 过街地道桩基托换 在隧道开挖掘进过程 中， 过街地道 的钢筋混凝 土围护桩侵入隧道净 空最大达 3 9 8 5 r n ， 需进行破 除。为防止破除桩基而影响上 部结构安全 ， 采用桩 基托换方法。考虑结构受力 以及现场施工便利 ， 采 用型钢拱架代替格栅钢架作为隧道的初期支护。型 钢拱架紧贴密排 ， 在破除桩体时， 完成过街地道桩体 受力转换， 防止破除桩体后发生桩底失稳 而危及过 街地道安全。施工时主要采取以下措施进行控制： 1 )根据设计 图纸 明确过街地道每根桩体与隧 道位置关系。施工至该 里程段 时应加强检查 ， 防止 施作前桩体受到破坏 。 2 )由于过街地道 围护桩 与隧道斜交 。受力传 递对隧道 内格栅钢架不利 ， 因此通过过街地道围护 桩前后各 0 5 r n范围内施作密排型钢拱架托换 ， 以 达到桩基托换 目的。 3 )隧道开挖遇到围护桩时， 采取边破除边架设 的原则。在桩体破除出型钢拱架宽度时 ， 架设 型钢 拱架封闭 ， 再进行下一段破除； 型钢拱架利用钢筋纵 向连接成整体 ， 以确保其刚度。 4 )加密 型钢拱架在 桩体 范围 内的连接钢筋。 被破除桩体两侧各 1 r n范围 内纵 向连接钢筋间距 为 3 0 c m， 以达到该部位拱架托换桩底受力的目的。 5 )桩体采用风镐进行破 除， 严禁使用爆破 ， 防 止形成过大扰动， 影 响上方过街地道结构。 2 4 左线 区间隧道下穿地道泵房段的施工 2 4 1 泵房 与 隧道 的 关 系 左线 区 间 隧 道 在 k1 3+ 4 6 6 7 1 9 k1 3+ 4 7 0 0 1 9 里程段与过街地道泵房结构斜交 。泵房底 板侵入隧道 5 1 mm， 影响区间隧道长为 3 3 m。其 断面关系见图 4 。泵房净空为外挂下沉式钢筋混凝 土结构 ， 其平面尺寸为 4 0 m2 5 m， 无防水层， 底 部为防水砂浆 ， 边墙厚度 4 0 c m， 底板厚度 5 0 c m， 底 板下为 1 0 c m厚 c1 5素混凝土垫层 ， 下铺 1 0 c m厚 碎石垫层 。设计要求施工中严禁破坏泵房结构。 图4 过街地道泵房结构与区间隧道的断面关系( 单位： in ) 2 4 2对泵房采取 的措施 1 )在隧道施工前将泵房水及时抽干 ， 保证在隧 道下穿泵房期 间泵房 内无水 ， 防止泵房内积水渗入 隧道而影响施工安全 ； 2 )注浆施工时设专人加强观察 ， 对侵入泵房内 的浆液及时清除 ， 以防止抽水设备出现故障； 3 )隧道挖掘通过后检查泵房内壁有无破损 ， 如 有破损应进行修复或注浆堵漏 ， 以免影响泵房使用 或影响隧道施工。 2 4 3下 穿泵房段 钢 拱 架 的加 强 处理 由于泵房一 角侵入 隧道结构 ， 且该段是最为薄 弱地段， 也缺少管棚 超前支 护， 同时泵房为外挂结 71 。 维普资讯 l l l l ： 1 构， 若按加大格栅钢架间距跳过该段方法， 则形成泵 房结构悬空， 对下沉和变形控制不利， 易导致开裂和 渗漏而难 以及时处理。 在该段采用改善格栅钢架结构、 密排钢拱架的 方法。开挖时根据泵房位置调 整格栅钢架局部厚 度 ， 改为凹状结构。泵房段钢拱架净间距为 3 0 c m。 加密泵房段两侧各延伸 1 榀范围内的钢拱架 ， 以对泵房形成有效支托 ， 同时加密隧道靠泵房范围 的纵向连接钢筋 ( 间距调整为 3 0 c m) 。 2 5 隧道开挖支护及二次衬砌 2 5 1 开挖 支护 上海路站新街 口站区间横通道以东向新街 口方向穿越的地层主要 以v、 级围岩为主。在 级围岩段 ， 包括右线 v级 围岩下穿过街地道段采取 管棚超前支护及全断面劈裂注浆加 固， 待浆液达到 设计强度后采用上下 台阶法开挖， 正线 隧道采用人 工配合挖机开挖的方式 。 级围岩段初期 支护采用“ 格栅钢拱架 +锚杆 -i - c 2 0喷射混凝土+临时仰拱” 的联合支护方式， 随 挖随支。v 级围岩段采用管棚超前支护， 不进行劈 裂注浆， 初期支护不设临时仰拱， 其他支护措施均与 级围岩段相同。现场施工 中发现地层或地下水异 常时应根据实际情况及时调整 ， 加强支护。 2 5 2二 次衬砌 施 工 正线隧道开挖初期支护全部完成后， 对洞内收 敛及沉降进行严格监控。当洞 内收敛变形稳定后 ， 方可进行二次衬砌施工 。隧道标准段二次衬砌采用 9 i n长模板台车 ， 泵送混凝土灌注 ； 道岔加宽断面采 用 9 i n长模板台车 +组合模板进行浇筑 ， 以保证隧 道成型质量 。 3结语 本次地铁暗挖隧道群下穿过街地道 ， 采用管棚 施工、 掌子面劈裂注浆 、 洞 内同步注浆 、 桩基托换等 施工措施 ， 并加以监控量测 ， 最终顺利穿过金鹰过街 地道 。由此证明本施工方案是行之有效、 科学合理 的 ， 对类似地下工程具有一定 的借鉴价值 。值得注 意的是 ， 采用这样 的施工方法一定要注意周 围建筑 物 的观测保护 ， 注意合理 控制注浆量， 以降低施工 成本。 参 考文献 1 陈志良 城市地下铁道连拱隧道群施工技术研究e j 现代隧道 技术 ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 5 8 e 2 杨春 明， 地铁站过街通道管棚拉 管法施i e j 铁道建筑技术 ， 2 0 0 5( 2 )： 3 0 3 马军 软一 流塑地层 地铁暗挖 超前 预支护预加 固施 工技术 j 铁道建筑技 术 ， 2 0 0 2 ( 4 ) ： 2 4 ( 收稿 日期： 2 0 0 7 0 41 5 ) (i-