行业要闻

地铁隧道轨排井支护施工

 

摘 要: 介绍广州地铁五号线三鱼区间轨排井段的支护施工过程, 在地质条件不能满足锚索施工的情况下, 利用结构本身加强和设置环框, 满足轨排施工需要预留较大孔洞的需要, 可为类似支护工程提供参考。

关键词: 围护结构; 地下连续墙; 锚索; 钢支撑; 钢筋混凝土支撑; 环框

 

1 前言

      在地铁施工过程中, 轨排均需通过轨排井由地面吊入位于一定深度的隧道内, 钢轨每节长度一般为 25m, 为了满足铺轨施工需要, 轨排井段结构通常后做, 或需要在隧道结构上留设较大的洞口 (长约30m、宽约 4.5m)。为了加快铺轨速度, 广州地铁五号线在一些车站或区间设置了多个铺轨基地, 如[三溪站～鱼珠站区间]明挖段就在东端设有 1 个铺轨基地。

      由于轨排基地吊装构件的特殊要求, 对轨排井段的支护形式有一定限制, 支撑不能采取通常的钢支撑、钢筋混凝土支撑等内支撑形式, 最好采用锚索。[ 三溪站～鱼珠站区间] 明挖段的轨排井最初采用“地下连续墙+4 道预应力锚索”支护形式, 但由于地质条件复杂, 锚索难以施工, 需对轨排井位置和支撑方式作出一些变更。本文针对该支护工程介绍取消锚索后轨排井的施工方法。

2 工程概况

      该区间以三溪站为起点, 往东下穿深涌, 沿黄埔大道东路东行至 YDK26+800 附近离开该路, 向东北方向穿越一片临建房区(已拆除)和田地, 在 YDK27+300 附近再次下穿石岗村塘, 经过一片村民住宅区到达鱼珠站。本标段为区间明挖段 (东段为三鱼盾构段), 包括区间正线、车辆出入段线、2 个联络通道、东端的轨排井及盾构井等。本工程起止里程 YDK26+058.5～YDK27+136.2, 长 1078m, 其中三溪方向出入线长 600m, 鱼珠方向出入线长 420m。

      原设计方案为轨排井处于线路东段, 围护结构采用 800mm厚地下连续墙, 支撑为 4 排扩大头锚索, 轨排井段主体结构侧墙完工后, 30m 范围的顶板先不施工, 提供场地给轨排施工后再封顶板。轨排井平面布置如图 1 所示。

3 工程地质和水文条件

      该区间沿线地层自上而下依次为: ①人工填土:层厚 0.5～9.3m, 平均 2.78m; ②淤泥: 层厚 0.5～11.1m,平均 2.64m; ②- 1 淤泥质土: 层厚 0.8～4.9m; ②- 2 淤泥质砂: 层厚 0.6～8.5m; ②-3 蠔壳片中粗砂: 层厚0.9～8.5m, 平均 3.83m;②-4 粉质粘土、粉土: 层厚 0.9～3.2m, 平均 1.86m; ③-2 中粗砂: 层厚 0.5～6.95m, 平均2.47m; ④- 1 粉质粘土: 层厚 0.6～7.1m, 平均 2.21m;④- 2 河湖相淤泥质土: 层厚 0.7～2.7m, 平均 1.49m;⑤- 2 硬塑粉质粘土: 层厚 0.5～7.4m, 平均 2.17m;⑥白垩系红层(K1b): 层厚 0.75～5.0m, 平均 1.93m;⑦白垩系红层(K1b): 层厚 0.4～10.8m, 平均 3.44m;⑧白垩系红层(K1b): 层厚 0.5～12.2m, 平均 3.02m;⑨白垩系红层(K1b): 揭露厚度 1.0～19.1m( 未钻穿),平均 8.67m, 顶面埋深 12.3～35.4m, 平均 21.27m。

      由于该线路较长, 地质变化由东往西变化较大,东段淤泥质土、砂土等不良土层较厚, 西段岩面较高。轨排井段地质差, 砂层埋深 16m 接近开挖面, 距莲溪涌较近, 钻孔 MEZ2-CO18A 揭露的地质情况见表 1。

      地下水类型为孔隙性潜水及基岩裂隙水, 孔隙水主要赋存于第四系地层中的松散砂土层( 淤泥质砂、蠔壳片中粗砂) 和中粗砂层中, 埋深 0.45～3.8m,受珠江潮汐影响较大。

4 轨排井原支护方案

      考虑该区间地质条件较差, 基坑开挖深度大, 地下水特别丰富, 围护结构主要采用地下连续墙, 高压线下因净空限制, 部分槽段改为钻孔桩加桩间旋喷桩止水。支撑则采用钢筋混凝土支撑和钢支撑, 轨排井段考虑到下轨排时施工方便, 采用 800 厚地下连续墙作为围护结构和 4 道预应力锚索支撑体系,锚索每排一边 18 根, 共计 144 根, 间距 2.0m, 因砂层最大埋深为 17m, 为保证锚索抗拔力, 采用扩大头锚索, 如图 2, 锚索设计参数见表 2。

5 支护结构施工

5.1 地下连续墙施工

      地下连续墙由于适应性广且技术成熟, 故本文不再对其施工工艺进行说明。成槽施工采取钻抓结合的施工方法, 主要工序为: 导墙施工→桩机就位→钻抓成槽→清槽→吊放钢筋笼→浇注水下混凝土。轨排井段地下连续墙施工主要注意到该段地层砂层较厚, 成槽施工时要采取防坍塌措施。成槽前用膨润土造浆或循环泥浆及时注入槽段内, 保证泥浆液面不低于导墙面 50cm, 同时在成槽过程中适当提高泥浆比重, 控制成槽速度。

5.2 锚索施工

      由于砂层较厚且岩层埋深大, 为解决锚索在土层中抗拔力设计值偏低的问题, 设计采用了扩大头锚索。在 2006 年 6 月施工基本试验锚索并对其进行张拉试验, 锚索长度分别为 22, 25, 30m, 自由段长度为11m, 扩大头长度均为 5m, 张拉值均可达到 920kN,证明在砂层中采取扩大头锚索对提高锚索抗拔力具有一定作用。

      2006 年 7 月开始施工第 1 排锚索并顺利完成,张拉锁定后开挖土方并施工第 2 排锚索, 由于该段地质复杂, 地下水丰富、砂层厚, 存在有粉砂层, 因此第 2 道锚索在清除预埋孔时即发生大量涌水、流砂现象, 不单从孔口流砂, 导管跟进 23m 后导管内也大量涌水、流砂( 如图 3),注入水泥浆大量冲出, 地下水有一定承压性, 导致锚索施工困难。预计后续第 3、4 排锚索将随着水压力的增大而更难施工, 轨排井段地质条件已不适宜再采取锚索施工, 必须对轨排井支护方式进行变更。

6 支护方案的变更

      由于轨排井段锚索施工困难, 而轨排施工需要预留较大洞口, 因此利用隧道两侧结构设环框梁板作为支撑结构, 利用底板、顶板及上部环框梁板作为支撑体系。由于原有轨排井段为两跨结构, 轨排井由原 YDK27+100 附近道岔区往西移约 100m, 移至三跨段且坡度满足要求的位置, 如图 4 所示。

      新轨排井段施工顺序为: 施工地下连续墙→第 1 层土方开挖, 施工第 1 道钢筋混凝土支撑→第 2 层土方开挖, 施工第 2 道钢支撑→第 3层土方开挖, 施工第 3 道钢支撑→土方开挖至底面, 施工底板→拆除第 3 道支撑"施工顶板( 中 跨 预 留 洞口) →拆除第 2道支撑→施工环框梁→拆除第 1 道支撑。

      原有轨排基地支撑形式也作变更, 保留已施工的第 1 道预应力锚索, 下再设 2 道钢支撑, 第 2 排锚索已开孔部分用水泥浆封堵。原有轨排井主体结构一次施工完成, 新轨排井主体结构分两次施工, 顶板预留下轨排孔二期封堵。

7 结束语

      广州地铁五号线[ 三溪站～鱼珠站区间] 轨排井已于 2006 年 12 月全部完成, 通过轨排井支护形式的施工以及变更, 得出以下体会:

      7.1 原有轨排井支护设计由于过多考虑轨排施工的方便, 而未充分考虑轨排井施工段砂层厚、地下水特别丰富对锚索施工造成的难度, 导致支护形式变更, 给工期带来一定影响。

      7.2 在土层中采用扩大头锚索, 由于改变了锚索的受力机理, 不单纯为锚固体与土体的摩阻力, 且端头还有挤压力, 抗拔力比普通锚索可提高 2￣3 倍以上,它单根抗拔力大、位移小、可靠性高, 通过第 1 排锚索施工, 证明在地下水不大的情况下, 扩大头锚索适用于软弱土层, 可解决锚索抗拔力较低的问题, 以满足设计要求。

      7.3 在地下水丰富、砂层较厚, 特别是存在粉砂层的情况下, 施工锚索困难较大, 基坑支护设计应慎重考虑采用该支护形式。

      7.4 对于需要在结构上预留较大洞口的情况, 采取结构本身加强及设置环框的形式, 也可解决这一特殊要求。