2002-08浅埋大跨地铁隧道安全通过旧楼房群的施工总结

2002年度优秀施工论文（技术总结）浅埋、大跨地铁隧道安全通过旧楼房群的施工总结PAGEPAGE7第页共7页浅埋、大跨地铁隧道安全通过旧楼房群的施工总结【摘要】结合南京地铁TA12标停车线段的工程特点和难点，阐述在城市旧建筑物下的城市地铁大跨度隧道施工的具体措施，并通过监测信息反馈施工结果，总结分析其成功经验。【关键词】大跨度、隧道、双侧壁导坑法、辅助工法、监测⒈工程概况南京地铁南北线一期工程TA12标鼓楼站～玄武门站区间隧道在鼓楼站北修建一停车渡线，其起始里程为K10+337.7,终点里程为K10+671.286，渡线段长333.586m，实际施工开挖最大断面（马蹄形）尺寸：跨度×高度为17.560×11.393m。且断面呈台阶状变化，变化次数达22次；相邻洞室多且间距小，最小间距0.28m。该段覆土厚度11.9～17.30m。地质情况从上至下依次为松散～稍密状杂填土、软塑状粉质粘土、残积土、强风化安山岩、中风化破碎安山岩。区间地下水主要为松散层的孔隙潜水和基岩裂隙水，地下水位埋深1.2～4.5m，地质状况见表1：《地质状况统计表》。渡线段地表建筑物、地下管线较密集且安全度较低。地表有二层以上建筑物19幢，建筑物最早年代为1947年；部分建筑物已有多条裂缝。大跨度段地质断面如图1：《地质剖面图》所示。表1地质状况统计表层号岩层名称承载力（KPa）含水量（w%）渗透系数(m/s)①-1杂填土10-5②-2b3素填土8027.510-5④-b1-2硬-可状塑粉质粘土24025.14.7×10-7⑤-e残积土22024.710-5-10-5J31-1强风化安山岩300J31-2中风化安山岩4000图1地质剖面图⒉工程难点及特点分析本段围岩自稳能力差，地下水位埋深浅，隧道断面复杂，施工工序多，开挖易坍塌，地面沉降难以控制。地铁施工必须保证地铁结构和施工安全，同时避免施工对地面建筑物、地下构筑物、地下管线造成破坏或留下安全隐患。其施工难度很大，主要表面在以下几方面：⑴地质条件差，隧道穿越地层均为Ⅱ类围岩，地下水位埋深浅，含水量丰富；隧道埋深浅，隧道覆土厚度H（11.9-17.30m）<隧道跨径D(13.358m)。⑵大跨度渡线洞室断面跨度大，最大断面跨径17.46m，且断面呈台阶变化；相邻洞室多且间距小，岩柱薄，最小净间距0.28m，由于施工尺寸外放及施工误差，最小间距段初期支护相互咬合。⑶鼓～玄矿山法施工区间大跨度停车线段的结构复杂，隧道跨度大，施工工序多，结构受力情况转换多。相邻洞室间相互影响大，不仅存在施工上的干扰，也存在对地层扰动的相互影响和叠加。⑷该区间停车线由单线隧道（左右线单线）、双线隧道（正线与停车线及正线与渡线）、三线隧道（正线与左右线渡线）组成。断面大小变换频繁，断面宽度由6.138到17.46m，左右线断面变换次数总计多达22次，施工方法也由双侧壁导坑法、CRD法及台阶法相互变换。⑸大跨隧道施工对地面建筑物、地下管线以及南北向的公路鼓楼隧道都有不同程度的影响。因此应依据隧道断面尺寸，围岩地质情况及地面建、构筑物管线等情况，确定科学的开挖方法，合理安排各工序，控制地面沉降，确保地表建筑物、构筑物管线等不受较大施工的影响，保证南北向公路隧道的正常运营，保证公路隧道结构的受力和变形在隧道原结构的允许范围之内，确保居民生活正常及施工安全。⒊施工措施施工中遵循着“预加固、分部挖、短进尺、少扰动、强支护、快封闭、勤量测、速反馈、控沉陷”施工原则。该渡线、停车线段为Ⅱ类围岩，主要为残积土、强～中风化安山岩。地表环境苛刻，围岩自稳能力差，隧道断面复杂多变，施工工序多且干扰大，开挖易坍塌，地面沉降难以控制，施工难度较大，因此该段地铁施工必须保证地表建筑物、构筑物、管线等正常使用功能，保证居民正常生活，同时保证地铁隧道自身结构和施工安全是该方案的重点。根据停车渡线断面尺寸、围岩地质情况及地表环境的实际情况，依据已建广州公-纪区间地铁大跨度停车线施工的成功经验，结合本区间停车线地质情况和地面环境条件，加以理论分析和模型试验，确定开挖方法采用“台阶法”、“CRD工法”和“双侧壁导坑法”等隧道施工工法；确定总体施工方案为：先施工大断面隧道后施工小断面隧道，先左线后右线，灵活运用施工通道创造更多合理工作面；采用工法依次为：台阶工法、CRD工法、双侧壁导坑法；辅助工法为小导管超前注浆加固，掌子喷射砼封闭，初支拱背及时回填注浆、小间距土体加固等辅助措施。3.1大跨段开挖与支护施工考虑到地质较差和断面面积大，渡线段开挖采用在广州地铁大跨施工成功运用的双侧壁导坑法并根据本段的实际情况加以优化。双侧壁导坑法将整个大洞室分隔成多个小洞室分别施工，并及时施作初期支护封闭各个开挖小断面，利用侧壁导坑、临时侧壁工字钢支护及临时横撑支护等支护、支撑体系，增强支护结构刚度，最大限度地减少开挖施工对隧道周边围岩造成的扰动和地表沉降。其中双侧壁导坑法施工工艺流程如图2：《双侧壁导坑法施工工艺流程图》所示。超前注浆小导管施作①部左侧上导坑开挖超前注浆小导管施作①部左侧上导坑开挖Ⅰ部左侧导坑初支Ⅱ部横撑闭合②部左侧下导坑开挖Ⅲ部左侧下导坑初支③部右侧上导开挖Ⅳ部右侧导坑初支Ⅴ部横撑闭合Ⅵ部右侧下导坑初支⑤部中洞左侧开挖Ⅶ部中洞左侧初支⑥部中洞右侧开挖Ⅷ部中洞右侧初支⑦部中洞中部开挖Ⅸ部中间横撑施作⑧部中洞下部开挖Ⅹ部中洞下部初支④部右侧下导坑开挖下一循环施工3.2开挖施工操作细则⑴开挖掌子面时采用沿轮廓面环形开挖，留核心土，核心土的断面一般取开挖断面的60%左右，纵向长度取2.5m左右为宜，其目的是降低开挖面的临空高度，并减缓开挖面的坡面角度，从而增加掌面的抗滑塌能力，这样既不需要工作平台,人工架设格栅支撑也比较方便省事，加快施工速度。⑵根据量测结果分析表明格栅在开挖与支护过程中，地表沉降占整个施工过程中总沉降量的35%左右，所以尽量缩短开挖到初支封闭的时间是控制地表沉降的关键之一。本工程采取方法为小导管超前注浆加固，在小导管的保护下开挖，开挖循环进尺控制在50㎝，这样能减少一次性开挖运输的土方量，开挖前必需要做好充分施工准备工作。⑶为防止架立格栅时拱顶掉块、拱顶渗漏水及早期地层损失，初喷3-5㎝的早强砼封闭开挖轮廓面。3.3初期支护施工操作细则⑴格栅架立前，每种型号格栅要求进行试拼两榀，对净空尺寸进行检查，每个单元格栅必须检查其弦长，并作检查记录表。⑵架立格栅抽调精干工人尽快完成，使初支格栅、竖向工字钢侧壁及横向工字钢临时仰拱使整个洞室封闭成环；3）格栅安装应垂直线路中线，允许偏差控制在以下范围：横向：±30mm，纵向±30mm，垂直度5%；3）钢格栅与壁面应楔紧，每片钢格栅节点及相邻格栅纵向必须分别连接牢固。4）严格控制各个接头之间连接，格栅与格栅的接头，格栅与工字钢的接头要紧密贴合，螺栓要拧紧，如果不能密贴，必须用钢板塞实焊牢，螺栓不能接上，必须重新打孔，插上钢筋焊牢。3.4辅助工法地表建筑物的下沉和倾斜与地表不均匀下沉有密切关系。而地表下沉与隧道埋深有密切关系，隧道埋深大时，在隧道横断面内形成了承载拱，开挖引起的下沉，局限在隧道周边，而埋深小时，没有形成承载拱，开挖下沉会直接达到地表面。为此，在埋深小的隧道，因不能期待形成承载拱，故为防止支护下沉，增强支承力而应采取必要的辅助措施。3.4.1小导管超前注浆加强围岩在掌子面开挖前到格栅封闭的这一段时间中，隧道上方土体会产生部分沉降，在围岩差的地段，拱顶会产生掉块甚至塌方，所以采用加密、加长超前注浆小导管加以改善围性质和防止围岩滑塌。超前注浆小导管是向掌子面附近的围岩注浆，以改善围岩状况，保证掌子面稳定的方法。小导施工工艺见图3：《小导施工工艺流程图》。施工准备施工准备钻孔清孔安设小导管连接管路注浆结束施工封闭工作面加工小导管检修机具备料拌浆记录分析注浆小导管施工参数如下：单根管为L=5m，管径50mm，壁厚4mm；环向间距25cm，拱部1500范围内布置；纵向间距1m施作一循环；施作倾角50-100左右。注浆浆液采用水泥水玻璃双液浆，在渗透系数小的围岩地段，水泥采快凝快硬硫铝酸盐水泥，注浆浆液配合比为：水灰比=1：1，水泥：水玻璃=1：1；注浆压力根据地层致密程度决定，一般为0.5～1.0Mpa，劈裂注浆可适当加大，应小于等于覆盖压力，即P＜γh，对于松散体和坍方段一般P＜1Mpa。（式中γ—土体容重；h—覆盖层厚度）。图3小导施工工艺流程图超前小导管施作采用风枪钻孔，小导管从格栅钢架腹部空间穿过，插入已钻好的孔中，尾端与钢架焊接，连为一体。注浆采用2TZG-60/50双浆液注浆泵按由下向上顺序进行。3.4.2掌子面喷射砼封闭的辅助工法由于停车线段地质较差，地表有旧ø300的污水管和雨水管以及鼓楼红霞布店的化粪池等不利因素，以及在施作超前注浆小导管时，施工用水侵入掌子面从而引起掌子面失稳。在水压力较大地段，上导坑开挖底面有地下水渗出，为了防止掌子面和上导开挖底面水流失过多以及掌子面不稳定土体的坍塌，严格控制由于因水的流失及地层损失而产生的拱顶沉降和地面下沉，从而引起地面房屋产生下沉和倾斜，采用喷射混凝土封闭掌子面及临时工字钢横撑仰拱，使整个工作区域形成一个立体式密封空间。这种密封空间，可以使被封闭的围岩和开挖面前方的岩土体的含水量不变，能使岩土体的强度和稳定性不会产生明显降低；同时新开挖工作面经封闭后不与洞室内潮湿气体接触，可以减缓岩土体风化作用的影响。对于小导管等工序施工要求时间较长施工工序是很必要的。掌子面封闭施工参数根据是否施作小导管而采取不同的施工参数。对于上导坑，当此循环不施作小导管时为厚10cm左右的喷射砼，当此循环施作小导管时为厚20cm左右的网喷混凝土，钢筋网规格为L15×15cm。对下导坑，则全部采用10cm左右的素喷射混凝土。3.4.3扩大拱脚及锁脚锚杆上导坑拱脚部位土质多为残积粉质粘土，泡水易软化，从而引起上导坑初期支护的下沉。为防止此情况的发生，采取扩大拱脚与锁脚锚杆相结合的施工方法。扩大拱脚采用槽钢垫底且前后相邻的槽钢焊接成一个整体形成一根通梁整体受力。拱脚高出开挖平面10cm左右，用喷射砼封闭，防止水侵入，并且及时将工作面的土体渗水及施工用水清排。锁脚锚杆为ø32，L=3m，壁厚3.25mm，每个脚2根。锚杆垂直格栅向下成300角打入，并与格栅焊接牢固，使锚杆锁住格栅防止格栅下沉。3.4.4左右线小间距土体加固在停车线段K10+370.7～414.2里程段，左线与右线洞室间距为0.08-3.8m。故在施工左线时，对左右线间距小于4m范围内的中间土体进行锚杆对拉锁定加固。采用Ф32×3.25mm锚管及Ф22螺纹钢筋砂浆锚杆，锚管间距75×50㎝，锚杆间距100×100㎝，锚杆长度5m,锚管长度5m，在开挖右线时两洞室形成对拉锚。当左右线剩余土体小于1m时则用同级砼回填。施工方法见图4：《小间距土体加固示意图》。3.4.5拱背回填注浆为了填充支护结构与围岩之间的空隙，在支护结构壁上预留灌浆孔，灌入一定比例的水泥砂浆将空隙填满，并渗透扩散到围岩及结构空隙中，形成结石体，达到使围岩与衬砌结构共同承受内外荷载的目的，同时能形成隔水层，取得一定的防水效果，这对于防止拱顶土体因失水和空洞引起的固结沉降有良好的效果。图4小间距土体加固示意布孔：布孔范围在拱部120°角范围内，排距在无水地段为5.0米，有水地段3.0米，孔距在拱部为60°角划分布置。孔距、排距也可依衬砌施工情况和超挖程度而定。对围岩塌陷、超挖较大及格栅与工字钢临时支撑接头处应专门预埋注浆管。孔径及深度：灌浆孔径Ф42～Ф56mm，深度要求进入围岩10厘米。对预留灌浆孔要妥善保护。灌浆材料：水泥：选用425以上新鲜普通硅酸盐水泥。砂：选用质地坚硬，最大粒径≤3mm，细度模数小于2.0的优质砂。粉煤灰：精选粉煤灰，细度要求同水泥。水：达到拌和砼用水要求。配比控制：浆液的水灰比有1:10.8:10.6:10.5:1四个比级，若掺入砂或粉煤灰，掺量应小于灰量的200%。灌浆施工：灌浆在砼强度达到70%设计强度后进行。连接灌浆管路后，利用灌浆泵先压水检查管路是否漏水，设备状态是否正常。灌浆顺序推移施灌，同序孔由低位向高位分序施灌。灌浆浆液的浓度由稀到浓，灌浆时，当灌浆压力保持不变，吸浆量均匀减少时；或当吸浆量不变，压力均匀升高时，灌浆工作应持续下去。某一级水灰比浆液的灌注量达到某一数量时而压力与吸浆量均无改变或改变不显著，应改浓一级浆液继续灌注。灌浆压力I序孔为0.2Mpa，II序孔为0.4Mpa。灌浆孔停止吸浆或达到设计规定的灌浆压力后即可停止灌浆，先将孔口闸阀关闭再停机，待无返浆后拆下灌浆管，孔口立即用膨胀水泥砂浆捣实抹平封堵，换注另一孔。灌浆结束后，要对设备进行清洗，对泵检查保养。灌浆中如遇到漏浆，应根据具体情况采用嵌缝，表面封堵，加浓浆液，降低压力，间歇灌浆等方法处理。如发生串浆，应对被串孔排除浓浆时将其堵塞，灌浆孔继续灌浆。灌浆中，灌浆压力和耗浆量是两个关键参数。一般规律是：初始阶段压力低，耗浆量增大。正常阶段压力和耗浆量都比较平稳。灌满阶段耗浆量迅速递减而压力迅速升高。灌浆中就按照上述规律进行控制。⒋监控量测结果及反馈信息停车线大跨度段从2001年11月30日开始施工至2002年9月6日止，初期支护已全部完成。综合这停车线在这一段时间的监测数据如下：项目日最大变化值(mm)累计最大变化值(mm