矿山法下穿既有试运营盾构区间施工技术
2012-08-17 23:03
矿山法下穿既有试运营盾构区间施工技术
摘 要:以北京地铁 6 号线一期工程平安里站 ～ 北海北站矿山法区间为背景，研究了矿山法区间下穿既有盾构区间过程控制措施，通过采取组织、安全和技术保证措施确保了矿山区间施工时既有盾构区间的安全。
关键词:矿山法区间; 盾构区间; 过程控制措施
引言
近年来，随着城市地铁建设规模的扩大，新建线路下穿既有区间、车站的工程也随之越来越多，下穿既有线路、车站施工一直以来均是地铁施工中的特级风险工程，如何保证既有隧道结构的安全与稳定是地铁施工的难点。
以北京地铁 6 号线一期工程平安里站—北海北站矿山法区间为工程背景研究了矿山法区间下穿既有盾构区间的过程控制措施，为类似工程提供借鉴经验。
1 工程概况
1． 1 设计概述
北京地铁 6 号线一期工程平安里站—北海北站区间采用矿山法施工，起止里程分别为右 K8 +469. 725、右 K9 + 599. 693，区间长度约 1 130 m，采用单线单洞马蹄形断面、复合衬砌结构，区间隧道埋深16. 6 ～ 20. 32 m。
区间从平安里车站向东，在 K8 + 495 ～ K8 + 510处下穿地铁 4 号线平安里站南端盾构区间。4 号线既有隧道为南北走向，6 号线隧道与 4 号线隧道平面垂直相交，6 号线区间隧道拱顶与既有 4 号线盾构区间结构底板净距约 2. 613 m。
1． 2 水文地质情况
施工范围地层由上至下依次为: 杂填土 ①1，粉土③，粉质粘土③1，圆砾卵石⑤，粉质粘土⑥，圆砾卵石⑦。
6 号线区间隧道位于圆砾卵石⑦层中，拱顶上方10 ～ 50 cm 存在一层粉质粘土⑥，厚度约 80 cm。4 号线区间隧道位于⑤圆砾卵石层中。
本区间地下水有四层，分别为上层滞水、潜水、层间潜水、承压水，其水位标高分别为: ( 1) 上层滞水: 静止水位标高 39. 44 ～ 36. 87 m，水位埋深 8. 40 ～ 10. 60m; ( 2) 潜水: 静止水位标高 33. 10 ～ 30. 54 m ，水位埋深 14. 80 ～ 17. 30 m; ( 3) 层间潜水: 静止水位标高23. 25 ～ 22. 23 m ，水位埋深 24. 50 ～ 26. 70 m; ( 4) 承压水: 静止水位标高 20. 27 ～ 18. 84 m ，水位埋深28. 00 ～ 29. 00 m。
2 总体施工方案
首先进行竖井及横通道的开挖与支护，待横通道上导洞封端后，对区间正线上半断面土体采用 WSS工法进行深孔注浆加固，待横通道下导洞封端完成后破除横通道侧壁初期支护进行区间左线的开挖与支护，待左线开挖 10 ～ 15 m 后破除右线横通道侧壁初期支护进行右线的开挖与支护。
区间过既有线隧道开挖支护 30 m 后，及时封闭掌子面，分段拆除区间正线临时仰拱，施作区间正线防水及二次衬砌，二衬施作完毕后破除临时封闭的掌子面继续向东进行区间的开挖与支护。
3 过程控制措施
3． 1 组织保证措施
下穿既有线施工前，建设、设计、监理、第三方监测和施工单位做了积极的筹划和准备，对各种过程控制措施进行论证和评估。施工单位制定了一系列的组织保证措施，如工期动员、加大奖罚力度、项目领导带队值班、成立专门的初支背后回填注浆工班以及施工现场配备足够的专兼职安全员、技术员、监测员 24 h 轮流值班等来保证过施工过程中既有线结构的安全与稳定。
3． 2 安全保证措施
下穿既有线施工过程中，建设、设计、监理、第三方监测和施工单位始终将“安全生产”作为第一工作要务来抓。通过采取定期对工人进行安全教育和培训，施工现场配备足够的专兼职安全员，定期对施工现场进行安全隐患排查，制定各种严格的安全管理和奖罚制度，在施工现场安装门禁系统和视频监控系统等措施来做到施工生产安全可控。
3． 3 技术保证措施
3． 3． 1 地质资料收集
在竖井及横通道开挖过程中及时收集整理各标高地质资料，为区间正线施工提供参考依据。
3． 3． 2 土体超前预加固
区间正线开挖前，采用 WSS 工法对区间正线29. 765 m 范围内上半断面土体进行深孔注浆加固。深孔注浆采用二重管无收缩定向旋喷 WSS 工法分段后退式注浆工艺，浆液采用双液浆。二重管无收缩定向旋喷WSS 工法是一种定压、定量、定向的地基基础处理工法，可用于各种类型地基基础、岩土工程的基坑加固处理及护坡施工、各类型暗挖隧道的加固及止水、建筑物及构筑物沉降与倾斜的定向抬高及纠偏等施工。其注浆加固原理为在不改变地层组成的情况下，将土层颗粒间存在的水通过加压注浆强迫挤出，使颗粒间的空隙充满浆液并使其固结，达到改良土层性状的目的。该工法采用特殊的端点监控器和二重管喷射方式，注入系统设备简单，具有很高的可靠性、经济性。深孔注浆浆液采用双液浆，即 A 液和 B( C) 液的混合物。A 液为稀释后的水玻璃，B 液由硫酸等化学外加剂和水组成。化学外加剂主要是调节浆液的可灌性和混合液的凝结时间，因此在施工现场中，外加剂的添加应根据现场的实际情况进行适当的调整。B 液各成分放入搅拌机的顺序依次为: 水、化学外加剂，两种浆液在注入之前必须搅拌均匀，并经常检查混合后的浆液凝固时间是否适应现场施工环境。见表1、表2。
为了保证区间正线深孔注浆加固效果，在竖井进入横通道施工前，对横通道拱顶土体进行了深孔注浆加固试验，为区间正线深孔注浆施工提供技术参数。
3． 3． 3 马头门进洞加固
横通道进入区间正线马头门破除时，由于横通道侧壁初期支护被破除造成其初支不封闭，势必引起较大的沉降。因横通道临近既有线，为保证马头门破除时既有线结构的安全，马头门破除施工前在横通道内增设门型框架系统，通过焊接、锚接等手段使之与横通道侧壁初支连成整体，增加马头门处的刚度和整体稳定性。同时，为了有效控制沉降，马头门破除时分段破除，马头门破除后及时架立正线格栅，施作正线初期支护，进洞前三榀格栅密排。见图 1。
3． 3． 4 开挖控制措施
区间正线开挖过程中，为了达到快速封闭初期支护有效控制沉降的目的，区间正线开挖时增设临时仰拱将大导洞变为两个小导洞开挖，每个导洞均采用台阶法开挖，开挖过程中严格按照要求预留核心土。
3． 3． 5 初期支护控制措施
初支施作时在拱部、拱脚、临时仰拱及仰拱处均埋设初支背后回填注浆管。初支封闭 2 m 后由专门的回填注浆工班及时进行初支背后的回填注浆并安排专人负责控制初支背后回填注浆压力在 0. 3 ～ 0. 5MPa，期间对既有线结构沉降速率过大的部位进行二次加压补浆，保证其结构稳定。
区间正线过既有线段采用台阶法开挖，开挖期间，在上台阶拱脚处垫设方木并打设锁脚锚管以保证拱脚密实，有效控制沉降。
3． 3． 6 监控量测控制措施
( 1) 监测点埋设。下穿既有线施工前，按照设计要求埋设各种监测点。因既有 4 号线处于试运营阶段，对既有 4 号线的监测采取洞内布点、洞外无线监测的方式，由第三方监测单位采用静力水准系统进行远程自动监测。对既有 4 号线的监测项目主要有: ①4 号线结构沉降监测( 最大容许沉降值 10 mm，容许沉降速率 1. 5 mm/d) ; ② 4 号线道床纵向沉降监测( 最大容许沉降值 10 m 容许沉降速率 1. 5 mm/d) ; ③轨距动态扩展监测( 最大容许变形值 3 mm，容许沉降速率 1. 5 mm/d) 。
( 2) 典型监测点沉降分析。选取既有 4 号线结构内侧墙沉降监测点 SCJ －1 －3 作为典型监测点进行分析，施工过程中该点的沉降曲线见图 1( 正值为下沉、负值为隆起) 。
从图 2 沉降曲线图可以看出，7 月 25 日左右该点沉降值呈负值，为隆起状态，是由于深孔注浆施工所引起，由此可以看出深孔注浆对地层的加固效果是比较明显的，由于此段时间正在同时进行横通道下导洞的开挖，所以该点逐渐由隆起缓慢变为下沉; 8 月 2 日左右现场进行区间正线马头门处的门型框架系统施工，沉降值有变小的趋势，之后沉降缓慢增加是由于横通道开挖所引起的; 8 月 11 日开始破除区间左线马头门进行左线的开挖，8 月 14 日开挖至既有 4 号线下行线下方，从沉降曲线上可以看出该段时间沉降值增长较快; 8 月 19 日开始进行左线下导洞、右线上导洞的开挖，从沉降曲线上可以看出该段时间沉降值增长较快; 8 月 29 日，左线上导洞临时封闭完成下穿任务，从沉降曲线上可以看出之后沉降值变化更加缓慢，期间由于背后回填注浆及时跟进沉降变化较小，该点的最大累计沉降值为 7. 54，没有超出容许范围。
( 3) 总体监测情况。目前矿山区间下穿四号线既有盾构区间施工已经结束，下穿既有线段防水和二次衬砌已施工完成，既有 4 号线结构沉降变形已经稳定，既有线结构沉降最大沉降值为7. 54 mm，道床沉降最大值上行线为5. 01 mm，下行线为5. 51 mm，均控制在允许范围以内，既有4 号线结构未发现异常变形。
4 结语
本文以北京地铁 6 号线一期工程平安里站 － 北海北站矿山区间为背景，研究了矿山法区间下穿既有盾构区间隧道的施工过程控制措施，施工过程中通过采取一系列的组织、安全和技术保证措施确保了下穿施工过程中既有线的安全，监测数据表明施工中所采取的过程控制措施对于保证既有线结构的安全与稳定非常有效。
参考文献:
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