用浅埋暗挖法在软土地层中施工人行过街地道.pdf

第 3期( 总第 l 4 0期 ) 2 0 0 9年 6月 中 回 跋 譬 彳 蓄 chi na m u ni c i p al engi nee ri ng no 3( s e r ia i no 1 4 0 ) j u n 2 0 0 9 用浅埋暗挖法在软土地层中施工人行过街地道 罗 燕 华 ( 上海富达工程管理咨询有限公 司，上海 2 0 0 0 3 2 ) 摘要 ：软土地层 中采用浅埋暗挖法施工 ，一直是个比较难解决 的问题 。不仅限制了地下工程暗挖技术的发展 也 限制 了地下空间开发的步伐 。针对上海轨道交通m8 线( 杨浦线 )1 号 、2 号 出入 1：3 过街通道在软土地层 中采用的浅埋 暗挖法 施工 ，介绍 了大管棚加小导管 注浆为超前支护手段 开挖采用c r d 分部开挖工法 附以掌子 面全断面注浆加 固等辅助 工法 使工程获得成功 关键词 ： 人行过街地道 ；施工；浅埋暗挖 ： 软土地层； 管棚支护： 水平注浆 中图分类号：u 4 5 5 4 9 文献标识码 ：b 文章编号 ：1 0 0 4 4 6 5 5 ( 2 0 0 9 )0 3 0 0 7 8 0 3 在景观的综合规划中 人行过街地道相对于人 行天桥能更好 地与周围布局结合在一起 因此在 中 心城 区采用人行过街地道方案具有更明显的优越性 结合轨道交通建设 许多地铁乘客 出入 口已与人行 地下 通道规 划在一 起 浅埋暗挖法在国内应用 以来 已经修建 了不少 地下工程 。但上海地 区软土地质条件的特殊性 使 过 街 地 道施 工 方 法 大 多采 用 明挖法 然 而 在 既有 道路改造中 采用明挖法和盖挖法等工艺施工 有 占地多 、交通干扰大 、地下管线拆迁量大 、对周边 环境影响大等缺点 如果采用浅埋暗挖法就可克服 上 述缺点 但在 上海 软土地 层 中还没 有成 功先例 。 1 浅埋暗挖 法在软 土地层 中应 用的可 行性分 析 地 下 过 街地 道 底 部 标 高 都设 计 得 较 浅 因此 过 街地道工程一般属浅埋 、超浅埋甚 至特浅埋结构 拱 顶 围岩 多 无 自承 能力 且 因覆 土 浅 或 受 地下 管 线 限制 覆跨 比有逐渐减小的趋势 同时结构受地面 动荷 载影 响明显 随着 施工 设计 技术 水平 的提 高 ，在北 京 、福 州 、 广州 等 城 市均 成 功 地 采用 暗挖 法 建成 了人 行 过 街 地 道 工程 为上海引进暗挖法提供一些有益的经验 。 2工程概况 该工程为上海市轨道交通杨浦线( m8 线)标 段鞍 山新 村站 1 号 、2 号 出入 口通 道 工 程 ，位 于鞍 山 新村站南侧 下穿控江路。工程范 围包括 暗挖 主通 道 、施 工竖井 、明挖 出人 口及梯道 。其 中暗挖 主通 道全长2 0 2 2 7 m，平均覆 土2 2 m，正洞开挖尺寸为 宽6 6 0 0 mm高4 6 6 5 mm ( 平面位置见图1 ) 。 收 稿 日期 ：2 0 0 9 0 4 0 1 78 图 1 地 下通 道 工 程 平面 位 置 图 体 2 1 地质 条件 工程 场 区 处 于滨 海 平 原 地 形 平 坦 地 貌 形 态 单一 地面标高一般在2 9 63 3 1 m。从该场区钻孔 所提供的地质情 况分析 在4 0 m深度范 围内的地基 土属第 四系河 1：3 一滨海 、浅海相沉积，分布较稳定 ， 主要 由饱 和黏性 土 、粉性土 以及砂 土组成 。一 1 、 一 2 、一 3 以混凝土路面、碎砖、碎石、炉渣等人 工杂填土为主；一 1 为褐黄色粉质黏土、 一 3 a 灰色 黏质粉土夹淤泥质粉质黏土 ；第层为灰色淤泥质 粉质黏土，分一 1 、一 2 、一 3 q 17 层 ，主要含云母 屑局部夹薄层砂质黏土，土质不均匀；为灰色 淤泥质黏土 含贝壳 屑 夹团块状粉砂 。土质较均 匀 暗挖通道 ( 主洞)穿过的地层主要为一 3 a 黏质 粉 土夹 淤 泥质 粉质 黏 土 ，渗 透 系数在 1 1 0 e 一 0 6 1 2 5 e 一 0 5 黏 质 粉 土 夹 淤 泥 质 粉 质 黏 土层 开 挖 过 程 中在水头差作用下 ，易产生流砂现象。该场地属 类场地 ，场地土属软弱场地土 。场地地震基本烈 度为7 度。 2 2水 文地质 该 工 程 所 在 区域 对 施 工 影 响 的有 浅 部 地 下 水 ， 卞 圄 于 丛= 张 罗 燕 华 ： 用 浅 埋 暗 挖 法 在 软 土 地 层 中 施 工 人 行 过 街 地 道 2 0 0 9 年 第 3 期 承压水不影响 地下水属潜水类型 主要补给来源 为大气降水 水位随季节而变化 ，初见水位在2 2 2 5 m稳定水位在1 3 1 7 m年平均地下水位一般 在0 50 7 m 浅部地下水对混凝土无腐蚀作用。 2 3工程环境 1 ) 周边建筑物较多。通道南侧近邻两幢军队家属 楼 ( 6 层砖混结构 ) ，离基坑开挖线平面最近距离为8 5 m 。 2 ) 地下管线多且复杂。主要有3 6 孑 l 电信、4 , 5 0 0 i n 止 水 、( h 2 0 0 m m上水 、4 , 5 0 0 m m燃气 、4 , 3 8 0 mm雨水 、 2 1 ：r e 电力7 类管线 3 ) 地面交通量较大 控江路是主要交通干道和景观道 路 。人流 集 中 ，往来 车辆 较 多 且 持 续 时间 长 。 3施工方案 沉降控制是通道成功的关键 单纯依靠注浆来 加 固地 层 难 以保 证通 道 施 工安 全 为此 暗 挖 主通 道 采用大管棚施工支护。这是一项非开挖施工技术 基本上不产生地面沉降，对地层的适应性强。 该工程采用水平双重管注浆地层改良4 ) 1 0 8 m m “ 咬合管棚”进行支护 就使得通道全断面形成 了一 个具备一定刚度的壳体 可有效地控制开挖过程 中 引起的水土流失及开挖应力释放所导致 的土体位移 增加安全 系数 在管棚施工和地层预注浆加 固达到 开挖条件下把掌子面分为4 部开挖 施工过程中坚持 以 “ 注 浆 为 主 、排 水 为 辅 、减 少 扰 动 、快 速 支 护 、 控制沉降、保护建筑物”为施工原则 ：以 “ 管超前 、 严注浆 、短开挖 、强支护 、快封 闭、勤量测”为指 导方针 确保正洞的顺利开挖及有效控制沉降 3 1 暗挖段 西 1 0 8 mm咬合大 管棚超前 支护施工 1 ) 施工工艺原理。咬合大管棚由一根大直径钢 管和另一根两侧带有弧形滑槽 的大直径钢管 间隔排 列，通过滑槽将2 根大直径钢管咬合成一体 2 ) 施 工技术参 数 。沿通道 全断 面设t h l 0 8 m m普 通 热 轧 无 缝 钢 管 大 管 棚 壁 厚 8 mm 单 节 长 有 1 0 m、2 0 m 两 种 。单 节之 间采 用 内丝扣连 接 总 长 为 暗 挖 通 道 长 度 。 b管 棚 两 侧 焊 接 4 , 5 o m m 8 m i l l 无缝钢管 ，在施 工过程 中形成 咬合形式 ( 见 图2 ) 图 2无 缝 钢管 咬 合 形式 3 ) 施工总体方案 。咬合大管棚分两次间隔施作。 第一次施作具有导向功能的定向4 , 1 o 8 mm8 m m大 管棚 即a 管 ，采用放置在竖井内的水平导 向钻机进 行引孑 l 施工 跟管 回拖完成定向管的施作 。第二次 施作剩余大管棚 由2 根开 口管 ( 4 , 1 5 o m m 8 m m) 和 1 根大 管 ( 4 1 0 8 m m 8 m m)焊 接成 b 管 ，采 用水 平 导 向钻 机 钻孔 以第 一 次 施 工具 有 导 向功 能 的大 管棚作为导向架 跟管回拖完成剩余大管棚的施作。 4 ) 管棚施工难点及应对措施 ( 1 ) 管棚 的打设精度要求高，咬合难度大。由于 通道 出入 口预留口不能满足暗挖通道管棚 的施工精 度 所 以在通道 与车站连接 处 向控 江路方 向施 作 2 4 m长 的暗挖 扩 大段 以提供 回拖管 棚 的空 间 从 而确保了管棚的打设精度 ( 2 ) 管棚 钻进 全过 程 中都必 须用 水润 滑 ，高 压水 冲射管前土体 使土体和水混合形成泥浆 泥浆从管 壁四周流出 会造成一定的水土流失。在钢管钻进 过程 中会对地层产生一定的扰动 造成土体变形 加上水的冲刷使管周土体松软 使原土体的稳定形 式破坏 。产生应力重分布。暗洞埋深较浅 ，沉降变 形会反映到地表 必定造成地表沉降。为有效控制 沉降 在管棚施 工完成以后及时对管 内进行填充注 浆 ，浆液为水泥单液浆 ：然后在两管棚之间进行注 浆 ，目的是对已经扰动的地层进行应力补偿 。并使 管棚之间能互相联系形成一个整体。既起到更好的 保护作用 ，又为下步全断面注浆提供反压层。 3 2暗挖 段全 断面水平二 重管预 注浆加 固 地层固结注浆是地下工程施工的辅助施工方法 尤其在软土地层 中地质改 良的好坏将直接影响到 主体工程的施工 在暗挖通道开挖前 进行暗挖通道的水平全 断 面及周边注浆加 固。浆液采用普通水泥 +水玻璃双 液浆 。加 固范 围 为 ：拱部 外 1 m边 墙 外2 1t i 仰 拱 以下3 1 1 1 。布 孔 间距 ：中间孔 间距 6 0 0 mlt l ，周边孔 间 距4 0 0 m m。 1 ) 注 浆 顺 序 。 先 周 边 后 中 间 ，先 上 后 下 2 ) 注浆 材料 。采用 水 泥 +水玻 璃 +外加 剂 设 计配合比：c 液为水 ： 水泥 ： 外加剂 =0 6： l： 0 2 0 2 5 ，a 液 为水玻 璃溶液( 3 5 b e ) 浆液凝 结 时间 为 3 06 0 s( 根据地质条件可作适当调整) 3 ) 注浆工 艺。水平钻 孑 l ( 同步送 水 )一 注浆 ( 同步 注人a液 、c 液 )一 回抽( 注 入a液 、c 液 )一 注浆完成 在 软 土地 质 的 暗洞 中找 到一 套 行 之 有效 的加 固 7 9 中 圄千 放z 张 罗 燕 华 ： 用 浅 埋 暗 挖 法 在 软 土 地 层 中 施 工 人 行 过 街 地 道 2 0 0 9 年 第3 期 地层的方法 是浅埋 暗挖法成 功与否 的关键 如何 缩 短 注浆 施 工 时 间及 控 制 因 注浆 造 成 的地 面 隆起 并 达 到 理想 的加 固效 果 成 为 暗 洞施 工 的重 点 工程 采用 的二重 管无 收缩注浆 工艺具 有 以下 优点 ： ( 1 ) 突 出暗挖施 工快 封 闭 特点 少 了注浆 管 割 除 时间。能及时封闭成环 。结构尽快受力 ，减少沉降。 ( 2 ) 暗挖 通道 内操作 空 间的 限制 较小 钻 机 可 以 在 3 6 0 o 范 围内 随 意调 整 且 注 浆 深 度 一 次 性 可 达 到 2 0 1t i 从而减少 了工序倒换次数及对结构外土体加 固存在的盲区 ( 3 ) 浆液的凝胶 时间可 以在1 01 2 0 s 内任意调 节 从而应针对性地对不同土体选用不 同的凝胶时 间 达 到较好 的注浆效 果 3 3暗挖 通道 土方开挖 及初 期支护架 设 初期支护体系采用 5 m m2 02 0 c m双层钢 筋 网片 +格栅拱 架 4 - 2 2 m m连 接筋 +c 2 0 喷 射混 凝 土 。通道 开挖 采 用c r d3 法 ，分4 部 开 挖 为 确保 掌 子面的稳定 控制地 面沉降 每部均人工环形开挖 预 留核 心土 部 与部 掌子 面之 间距 离 为2 3 m ( 根据 测量反馈信息指导施工 可做调整 ) ，各部施工顺序 为 ：l _ 3 2 4 ，见 图3 。 国 固 国 步骤一 ：掌子 步骤二：施t周 步骤三 ：开挖左上 面全断面加固 边咬合大管棚 导洞并施作初支 舶 囤 步骤四 ：开挖右上 步骤五：开挖左下 步骤六 ：开挖右下 导洞并施作初支 导洞并施作初支 导洞并施作初支 图 3暗 洞初 期 支 护 施 工步 骤 图 暗挖 通 道 土 方 开挖 及 初 期 支 护 架设 施 工 是 工 程 最为关键的工序 开挖 除采取超前 支护和地层加 固 措施外 还应特别注意预加 固 、开挖和支护等作业 工 序 的零 衔 接 体 现 及 时 开挖 、封 闭 的控 制 沉 降 作 业 理念 因此需 每 开挖0 5 m即架设 一 榀 拱 架 ，喷 射 速凝混凝土迅速封闭成环。 暗挖通道土方开挖及初期支护架设施工 的技术 保证措施 ： 1 ) 开挖前应备好抢险物资 ，并在现场堆码整齐 ， 专料专用 2 ) 对停 工 时 间 较长 的开 挖 作 业 面 ，无论 地层 好 坏 均应作 网喷混凝 土封 闭 。 8 0 3 ) 开挖轮廓线充分考虑施 工误差 、预 留变形和 超挖等组合因素的影响 4 ) 作好开挖 的施工记录和地质素描 加强对洞 内外 的观察 、量测 5 ) 暗挖 通道 不 得 欠 挖 对 意 外 出 现 的超 挖 或 小 规模塌方应采用 喷混凝土 回填密实 并及时进行背 后 回填 注浆 6 ) 各部土方开挖均应保持一定的坡度 掌子面 坡率不 应 ( 1： 0 7 5 ) 7 ) 应准确控制 各部格栅及临时支撑的架设 偏 差不应 3 e m以确保格 栅仰拱 的准确 联结 8 ) 格 栅 钢 架 架设 时 ，保 证 各 部 分 、特别 是 临 时 支撑联结的可靠性 在开 挖过 程 中必须 加 强监 控 量测 当发 现拱 顶 、 拱脚和边墙位移速率值超过设计允许值或 出现突变 时 ，应及 时调 整 施 工 工 艺 、施 工 步 骤 或者 设 计 支 护 参数 ，以达到控 制位移 和变形 的 目的 。 4结语 通 过 管 棚 施 工及 全 断 面 注 浆 改 善 了 地 层 性 能 延长 了地层的 自稳时间 为及 时封闭成环 保证结 构施工安全 提供 了必要条件 同时通过结构 四周 注浆 加 固增 大 了 基底 地 基 承 载力 及