深圳地铁隧道综合施工技术的应用.doc

地铁暗挖隧道坍塌事故处理中综合施工技术的应用徐伟工1 （1.深圳市地铁集团有限公司 广东 深圳；2. 深圳市地铁集团有限公司 广东 深圳）摘要 随着城市地下空间利用的发展，地下工程，尤其地铁建设项目日益增多。确保地下工程的安全，尤其是确保城市交通繁忙地段地下工程的安全，采用综合施工技术，减少对周围环境的影响，是当前地下工程的重要课题，也是对地下资源充分利用的前提。关键词 地铁 安全 综合施工技术comprehensive construction technology application in collapse accidenttreatment of mined metro tunnelAbstract: With the development of urban underground space utilization, underground construction, in particular the subway construction project is increasing. ensuring the safety of underground construction, especially ensuring the urban underground construction with heavy traffic safety, the using of comprehensive construction technology to reduce the impact on the surrounding environment is an important project in currently underground construction, is also a prerequisite to make full use of underground resources.Key words：subway safety comprehensive construction technology一 工程概述 深圳市某地铁工程标段位于深圳宝安区，由两个车站和两个区间段共计四个单位工程组成，全长2479.1m，是深圳地铁系统的重要组成部分，该标段车站采用明挖顺筑法施工，区间段采用盾构法施工。其中，暗挖区间隧道工程位于深圳市宝安区一主干路下11m12m，所在地区为海积平原，地形平坦。隧道上方场地内管线已改迁完毕，但场地内仍存有废弃雨水、污水、路灯等地下管线管道，两侧主要建筑物为90年代初修建的35层零星建筑物。周边建筑情况如图1及图2所示。图1 场地周边建筑图图2 场地周边建筑图1、工程地质水文情况工程地质情况暗挖隧道范围地层由上到下主要有：素填土、中砂、砂质粘性土、砾质粘性土、全风化花岗岩、强风化花岗岩、中风化花岗岩和微风化花岗岩。隧道洞身穿越位于全、强、中和微风化花岗岩层，中风化岩层侵入隧道右线2.27m，长度达80米。岩石强度最大为145.5MPa（位于该软硬不均地段），洞顶上覆砂质粘性土和中粗砂层。地质详细勘察情况. 46m素填土，成分主要为粉质粘土、碎石、砂、块石，土质不均。.1.03.8m的淤泥质粉质粘土，承载力低，具有天然含水量大，孔隙比大、压缩性高、抗剪强度低等特点，具触变性、流变性和不均匀性，为欠固结土。.36m残积土和全风化花岗岩，土质不均，饱和状态下受扰动后，极易软化变形，强度、承载力骤减。.中、微风化岩层89米。工程水文情况图3 暗挖隧道标准断面示意图本场地地下水按赋存条件主要分为孔隙水和基岩裂隙水。孔隙水主要赋存在第四系砂层、粘性土、残积层和加里东期全风化混合花岗岩中；基岩裂隙水主要赋存在混合花岗岩强风化中等风化层中，略具承压性。地下水位埋深2.14.5m，水位高程0.362.37m，水位变幅0.52m。地下水总的径流方向基本按照隧道掘进的反方向流动。工程所在区域附近有大沙河、新圳河、咸水涌、西乡河等。河流流程短，汇流时间快，加之流域内地表植被破坏严重，形成洪水暴涨暴落的特点，施工区域距海水较近，水源补给充分且受潮汐影响明显。2、 暗挖区间段设计及实际施工情况隧道为单洞双线隧道，纵向坡度为2。隧道采用圆形断面，开挖断面半径为3.5m，最大覆土厚度约11.4m。左右线隧道最小净距为6.2m，因硬岩侵入隧道范围过大（最大为2.27米）且长度达80米左右，故对左、右线隧道限界硬岩突出、长度65m范围采用矿山法1成洞，盾构机空推管片拼装工法。其余隧道仍采用盾构法施工。矿山法施工范围内，洞身开挖施工采用上下台阶法两部开挖，同时，采取环向间距为300mm双排小导管超前注浆，小导管每隔一榀施作一环。初期支护采用钢筋网片、格栅钢架（间距0.5m）、C25喷射混凝土（30cm厚）做为底衬，与水平工字钢横撑组成联合支护体系。暗挖隧道与盾构区间过渡段10m范围由素混凝土回填进行全断面加固，保证盾构通过穿越过程中的安全，二次衬砌由盾构机空推拼装管片。暗挖隧道2标准断面如图3所示。止水方案采用钢板桩止水帷幕，钢板桩距隧道开挖轮廓线外2.5m以外，钢板桩伸至岩石面，实施止水帷幕内管井降水。施工过程中和施工完成后的土体变形监测未发现异常。二、坍塌过程及原因分析2009年7月19日上午8:25分，右线暗挖隧道中部出现裂缝，裂缝位置开始涌水涌砂，涌量大、涌速快、发展迅速，现场情况无法控制。8:30分地面突然沉陷，位于隧道上方的临时建筑垮塌。经过现场勘查，垮塌后形成长约35m13m深坑， 根据地质勘察资料，该暗挖隧道拱顶有约56m的砂层，其上为46m的填石层，砂层及填石层渗透系数极强，为不良地质地层。由于事故发生前一天，受强台风所导致的强降雨影响，大量积水经隧道右侧上方一条管径1500mm的废弃雨水管涌出。地表集水及有压的地下雨水迅速向隧道上方低洼处汇集、渗透。同时，暗挖隧道施工过程中也使该区域土质结构受到扰动。在上述原因的共同作用下，使隧道上方土体形成一个非常饱和的泥水流塑体，随着地下水位不断升高，地下水严重冲蚀该区域土体，使隧道周边地层应力产生不均衡，局部的高压应力导致隧道拱部右侧上方受力严重不均衡，最终导致初支结构局部迅速变形并产生环向撕裂。大量泥砂随水涌入隧道，暗挖隧道内局部初支失稳，受到严重破坏，地表塌陷。应急状态下的技术处理流程如下：为防止洞内碴土、雨水继续大量涌入车站，并在隧道内对坍塌面进行挂网喷浆后于坍塌面两侧，隧道周边植筋、浇筑混个凝土施做封堵墙，将隧道坍塌段完全隔离，封堵墙后堆码砂包，如下图。图5 封堵墙后堆码砂包图4 洞内封堵墙施工对右线隧道内进行碴土清理及抽排水，在保证安全的前提下进行对左、右线隧道内（坍塌影响范围），采取型钢纵向加固及横向支护加固，同时加强对周边建筑、管线及左线隧道的监测频率；为控制既有隧道管片变形及隧道偏移，同时，为后续修复工程创造条件，对于右线，为防止坍塌范围下方隧道存在空洞，对坍塌影响区域进行地质雷达空洞探测，并沿右线（坍塌范围）中线范围对洞体进行钻孔注浆回填。对于左线，亦跟据雷达探测结果对受右线坍塌影响区域范围进行注浆加固。 图6 左右线成型隧道型钢加固三、后续修复施工方案对右线隧道采用明挖法进行修复施工。围护结构采用1200冲孔桩进行围护，桩间距1300mm，桩身满入岩（微风化）深度1.5m，中风化2.5m。为便于后续盾构施工，在基坑端头隧道范围内设三排素砼桩，每排6根。桩顶设1.2m1m冠梁。冲孔桩采用C25砼，冠梁及钢筋砼支撑采用C30砼。为降低冲孔桩入岩施工对左线成型隧道管片影响，在左右线间设4排咬合搅拌桩3及一排袖阀管，隔离左右线；基坑北侧设2排咬合搅拌桩及2排袖阀管来降低基坑开挖期间对管线及建筑的影响，冲孔桩间采用旋喷桩止水，详见图7 围护结构平面布置图。 图7 围护结构平面布置图基坑内采用三道支撑，第一道为50cm70cm钢筋砼梁体支撑，设于地表以下2m，支撑纵向间距6m；第二、三道为600、t=16mm钢管支撑，分别设于地表下8m和12.5m，支撑纵向间距4m。回填材料：隧道拱顶以上3m至隧道底范围内采用C15砼回填 ，其余采用粘土回填，完成后进行盾构施工。如图9 明挖法加盾构施工横断面图所示。图8 明挖法加盾构施工横断面图四、修复后工程质量评价修复施工方案集人员搜救、坍坑清理、隧道硬岩处理4、已完工程保护及区间隧道施工于一体，兼顾各方要求，尤其是对近距离左线成型隧道的保护。修复施工过程中，周边建筑及左线成型隧道监测数据未见异常，表明修复工程对外界环境的影响是可控的，修复工程能够满足外界对修复施工的边界要求。盾构机在修复段低标号混凝土中掘进拼装管片顺利通过，修复方案取得圆满成功。经过验收组成员初步验收，修复后右线成型隧道满足设计要求及相关规范要求，工程质量评定合格。五、结论在类似工程事故抢险及处理过程中，防止险情进一步扩大，保证周边环境安全是关键，尤其是对离坍坑距离较近的左线成型隧道保护。本标段右线隧道坍塌后，左线成型隧道曾出现过整体向右线偏移及局部管片变形、开裂等现象。经过对本次事故的处理，可以得出以下几点经验：对于软硬不均地层，采取矿山法暗挖隧道提前处理硬岩，盾构机空推拼装管片通过的工法是可行的，左线隧道顺利施工完成已证明这一点；隧道坍塌后，在抢险过程中应及时抽排隧道内积水，以防止未受损段隧道初支体系长期浸泡水中，发生二次坍塌；在隧道内施作封堵墙，可以起支护作用，防止变形隧道范围进一步扩大，同时还可有效分隔受损隧道与未受损隧道，防止坍塌碴土、泥水涌入车站，造成更大损害；在洞内支护完成后，坍坑应及时回填，避免土体蠕动给近距离左线成型隧道带来偏压，造成偏移、变形甚至是损坏；左线成型隧道可以通过洞内型钢支护及管片后二次注浆加固，结合地表对隧道周边土体注浆加固的方式，控制成型隧道偏移与变形；在成型隧道侧采用明挖施工5时，应在成型隧道与明挖基坑围护桩间进行土体加固，分隔成型隧道，降低明挖围护桩成桩过程对成型隧道的影响；深圳市宝安区属填海区，地层条件异常复杂、地下水丰富且补给充分。该地层注浆效果很难达到理想效果，在进行土体加固时可充分考虑几种注浆形式的组合，并且应加大预加固范围；加强施工监测，在施工监测单位的选择上慎重，对监测数据要及时进行分析，对监测数据变化异常的，第一时间采取最保守的控制措施；明挖基坑端部桩采用素混凝土桩，避免了基坑开挖到底时须对盾构机穿越范围的围护桩钢筋混凝土的破除，利于盾构机掘进通过；盾构机在低标号混凝土中掘进拼装管片比在明挖基坑中直接拼装管片