地鐵淺埋暗挖施工技術(shù)分析
摘要：本文結(jié)合地鐵施工工程項(xiàng)目，詳細(xì)闡述了淺埋暗挖地鐵下穿天橋施工方案及關(guān)鍵技術(shù)，降水與止水帷幕施工方案及關(guān)鍵技術(shù)，既有與新建地鐵小間距爆破控制及關(guān)鍵技術(shù)，施工檢測(cè)與控制技術(shù)以及實(shí)施效果等。
關(guān)鍵詞：地鐵施工技術(shù)，淺埋暗挖
本文結(jié)合地鐵施工工程項(xiàng)目，詳細(xì)闡述了淺埋暗挖地鐵下穿天橋施工方案及關(guān)鍵技術(shù)，降水與止水帷幕施工方案及關(guān)鍵技術(shù)，既有與新建地鐵小間距爆破控制及關(guān)鍵技術(shù)，施工檢測(cè)與控制技術(shù)以及實(shí)施效果等。
1淺埋地鐵下穿天橋施工方案及關(guān)鍵技術(shù)
1.1施工方案的確定
根據(jù)該段工程地質(zhì)情況及業(yè)主要求，經(jīng)研究分析：認(rèn)為既要滿足地鐵施工安全，又要保證人行天橋的結(jié)構(gòu)安全以及深南大道的正常交通可采取的地表加固方案有四種：1、鋼管樁托梁支承方案(即基礎(chǔ)托換方案)。在隧道兩側(cè)各打設(shè)3根300mm微型鋼管灌注樁，在樁頂設(shè)鋼筋混凝土托梁，托梁與橋墩柱錨固連接，形成剛性支撐。將橋墩荷載由鋼管樁傳到隧道外的地基中。隧道洞內(nèi)按設(shè)計(jì)施工，天橋前后各5m支護(hù)適當(dāng)加強(qiáng)。2、旋噴樁帷幕止水，洞內(nèi)大管棚支護(hù)方案。在橋墩基礎(chǔ)周圍打設(shè)600的旋噴樁，樁間距為50cm，樁徑為60cm，深入隧道底以下1~2m，形成止水幕墻，使橋墩基礎(chǔ)下土體不因失水而產(chǎn)生較大壓縮變形。隧道內(nèi)需采用大管棚加強(qiáng)支護(hù)施工。3、地表跟蹤注漿及洞內(nèi)大管棚支護(hù)方案。若發(fā)現(xiàn)不均勻沉降量較大或橋墩差異沉降達(dá)到20mm，還有下沉的趨勢(shì)時(shí)，停止洞內(nèi)開挖，在地面進(jìn)行跟蹤注漿加固。待地基整體承載力提高或基礎(chǔ)有所抬高后，再進(jìn)行洞內(nèi)施工。隧道內(nèi)需采用大管棚加強(qiáng)支護(hù)施工。4、抬高支座法。預(yù)先在橋墩支座頂安裝千斤頂，或在橋墩兩邊搭設(shè)型鋼鋼架，其上安裝千斤頂，若發(fā)現(xiàn)差異沉降達(dá)到20mm時(shí)，即頂升千斤頂，使梁體恢復(fù)原位，然后在支座處塞入鋼板。
1.2鋼管樁托換施工技術(shù)及工藝
天橋基礎(chǔ)托換采用微型嵌巖鋼管灌注樁結(jié)合托梁，組成剛性結(jié)構(gòu)，對(duì)人行天橋橋墩基礎(chǔ)進(jìn)行加固，并通過預(yù)壓穩(wěn)壓封樁技術(shù)，預(yù)先完成托梁和鋼管托換樁的變形，同時(shí)讓大部分橋墩荷載在隧道暗挖前轉(zhuǎn)移到鋼管樁上，并傳遞到受暗挖隧道影響較小的土體中。從而保證人行天橋的安全[1]。
采用微型鋼管灌注樁基礎(chǔ)和托梁對(duì)原基礎(chǔ)進(jìn)行托換處理。在隧道兩側(cè)各打設(shè)3根300mm微型鋼管灌注樁，樁入中風(fēng)化巖2m，設(shè)計(jì)單樁承載力692kN。在樁頂設(shè)鋼筋混凝土托梁，托梁與橋墩柱錨固連接，形成剛性支撐，將橋墩荷載由鋼管樁傳到隧道外地基中。天橋托換梁均與隧道中線垂直布置。
1.3抬高梁體施工技術(shù)
通過監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)差異沉降超過20mm時(shí)，即頂升千斤頂，然后在支座處塞入鋼板，使梁體恢復(fù)原位。施工證明，抬高梁體是一種操作方便、快捷有效的方法。首先進(jìn)行操作平臺(tái)搭設(shè)，在距梁底1.5m處搭設(shè)操作平臺(tái)，平臺(tái)采用42鋼管腳手架搭設(shè)而成，平臺(tái)寬1.0m，周圍設(shè)防護(hù)網(wǎng)。其次，對(duì)于千斤頂固定及梁體保護(hù)鋼板安裝來說，千斤頂固定在支座上，千斤頂?shù)妮S線與支座的軸線重合，確保力的豎向傳遞。梁千斤頂頂升時(shí)通過鋼板將力分散傳給梁體，避免因集中受力損壞梁體。由于隧道開挖、降水引起地基壓縮沉降，使墩柱產(chǎn)生沉降變形，通過監(jiān)測(cè)確定左右線隧道上方天橋橋墩的沉降情況，從而得出橋墩差異沉降值。梁板頂升高度取決于天橋的差異沉降值。在隧道開挖、降水施工中，墩柱的沉降是一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程。從而使梁體頂升分幾次完成。每次頂梁后及時(shí)加高支座，支座加高采用5mm，10mm，15mm，20mm厚的鋼板。對(duì)于千斤頂?shù)牟鸪齺碚f，頂升梁體到預(yù)定高度，支座加高完成后，對(duì)墩柱、梁體繼續(xù)監(jiān)測(cè)，地基沉降基本穩(wěn)定后，拆除千斤頂。
2降水與止水帷幕施工方案及關(guān)鍵技術(shù)
隧道穿越富水地層時(shí)為保證洞內(nèi)施工安全和施工質(zhì)量，盡量在無水或少水的環(huán)境下施工，我們采用地表降水和止水帷幕相結(jié)合的施工方案。
2.1地表降水方案設(shè)計(jì)與實(shí)施
區(qū)間隧道部分地段穿越礫質(zhì)粘性土和全風(fēng)化花崗巖地層，該土層在無水或少量水條件下自穩(wěn)能力及承載力較好，而在有水及施工擾動(dòng)作用下，上作面自穩(wěn)能力及承載力下降，易液化，上覆砂層地段甚至產(chǎn)生流泥、流砂現(xiàn)象，將會(huì)引起地表較大范圍沉降，嚴(yán)重影響施工安全、進(jìn)度及質(zhì)量[2]。根據(jù)以往施工經(jīng)驗(yàn)，在大面積進(jìn)行地面降水前，在一號(hào)豎井前后先布設(shè)了四口降水試驗(yàn)井，經(jīng)抽水試驗(yàn)，井深、孔徑、地下水位的變化等均滿足了施工要求。
2.3降水與止水帷幕施工效果
�。�1）降水井效果分析
地表沉降的影響因素包括幾個(gè)方面:降水引起的地層失水固結(jié)，開挖過程中土體隨水流失，隧道開挖導(dǎo)致應(yīng)力重分配引起的地層位移及隧道結(jié)構(gòu)在地層和降水過程中整體下沉等。從地表沉降曲線看，地表降水和隧道開挖是兩個(gè)最重要的影響因素，且兩者相互影響。做好地表降水可以減小隧道開挖引起的地表沉降，因?yàn)樵谒唤档介_挖面以下后，開挖循環(huán)的時(shí)間減小了，“早支護(hù)”和“早封閉”都能達(dá)到要求，地表沉降就會(huì)得到有效控制。淺埋地鐵暗挖隧道在富水軟弱地層施工中，地下水的處理對(duì)上程的施工安全、質(zhì)量、進(jìn)度都起著關(guān)鍵作用。從本標(biāo)段施工情況看，降水井和砂層段的旋噴樁止水帷幕措施達(dá)到了預(yù)期的效果，不僅提高了上程進(jìn)度，為在以后施工中積累了豐富的施工經(jīng)驗(yàn)。
隨著地下水位的下降，土的細(xì)顆粒會(huì)隨水流走，同時(shí)土體的自重應(yīng)力增加，引起地層的失水固結(jié)，即出現(xiàn)與水位下降線一致地表固結(jié)沉降線。降水引起的地表沉降受地質(zhì)條件、降水上藝、降水深度及降水時(shí)間等多種因素的影響。取地下水位下降13m，結(jié)合土層的壓縮模量、孔隙比等指標(biāo)計(jì)算得降水引起的地表最多沉降值為30mma與現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)值32mm基本吻合。降水面積較大，對(duì)地表綠化帶和道路沒有造成很大影響。
（2）高壓旋噴樁止水帷幕效果分析
1.高壓旋噴樁成樁及強(qiáng)度檢驗(yàn)。對(duì)部分旋噴樁進(jìn)行開挖檢驗(yàn)，樁體結(jié)構(gòu)均勻完好，垂直度符合要求，樁與樁之間搭接咬合緊密，起到了很好的阻斷地下水滲流的實(shí)際效果。2.止水帷幕對(duì)洞內(nèi)施工的作用。旋噴樁止水帷幕的強(qiáng)度達(dá)到要求后，在帷幕內(nèi)進(jìn)行地表降水，水位降低到地鐵隧道底板下0.5m。然后進(jìn)行隧道的開挖支護(hù)，保證了隧道掌子面在無水或少水狀態(tài)下開挖。開挖過程成中掌子面基本無水或水量很小，臺(tái)階和核心土自穩(wěn)性好，上作面穩(wěn)定，開挖循環(huán)的時(shí)間減小，“早支護(hù)”和“早封閉”都能達(dá)到要求。3.止水帷幕對(duì)周邊環(huán)境的保護(hù)作用。沉降的產(chǎn)生主要由降水引起的土體固結(jié)壓縮、隧道開挖造成的地層損失以及開挖對(duì)周圍土體的擾動(dòng)所致。地表沉降值雖然超過了常規(guī)上的30mm控制標(biāo)準(zhǔn)，但就同類地層條件下深圳地鐵其他標(biāo)段隧道施工引起的地表沉降相比，沉降控制的效果還是比較理想。止水帷幕外的管線在止水帷幕保護(hù)下，因地層失水土體固結(jié)壓縮引起的沉降得到了有效控制。
3既有與新建地鐵小間距爆破控制及關(guān)鍵技術(shù)
3.1爆破方法
為了更好的提高“隨機(jī)十?dāng)_降震法”爆破效果，使右線既有隧道結(jié)構(gòu)不被破壞，經(jīng)過反復(fù)研究討論，上斷面采用毫秒微差爆破法，預(yù)留光爆層爆破方案。毫秒爆破原理是以毫秒雷管嚴(yán)格按一定的順序起爆炸藥包組，使爆破前后階段的時(shí)間間隔極其短促，以毫秒計(jì)算。爆破產(chǎn)生的巖石破壞作用力(應(yīng)力波或沖擊波)可以相互疊加，使巖石極易被炸碎，同時(shí)前后段爆破傳遞到圍巖內(nèi)部的沖擊波又可以相互十?dāng)_、相互抵消，使沖擊波對(duì)圍巖的震動(dòng)破壞作用大為減弱，從而起到“隨機(jī)十?dāng)_降震”效果。
按照毫秒微差爆破的起爆原理，我們采用毫秒雷管進(jìn)行控制爆破，確定段間隔時(shí)間為75~100ms，同段炮眼的裝藥量應(yīng)小于最大單段的允序裝藥量，上斷面預(yù)留0.8m厚的光爆層。為減少底板爆破時(shí)產(chǎn)生的震動(dòng)強(qiáng)度，我們將底板眼分成兩段分開起爆。這樣可以大大減少底板眼同段起爆共同作用的裝藥量。
3.2工藝控制
（1）隧道炮眼位置測(cè)量。在隧道開挖中，施工測(cè)量占居極其重要的位置。一般采用經(jīng)緯儀作導(dǎo)線平面控制，水準(zhǔn)儀作高程控制。在每個(gè)爆破循環(huán)鉆孔前，均應(yīng)進(jìn)行施工測(cè)量，確定炮眼位置，特別是周邊孔和底板孔的孔口位置。
�。�2）鉆孔。鉆周邊孔(預(yù)裂孔和光爆孔)時(shí)，孔口布置在距開挖邊緣20cm左右處，炮眼底要朝隧道輪廓線方向斜，巖體堅(jiān)硬時(shí)，眼底可達(dá)到或稍稍超過輪廓線位置:巖體中等堅(jiān)固時(shí)，眼底距輪廓線約10cm:在松軟巖體中，炮眼不必傾斜，嚴(yán)禁在殘眼上鉆鑿炮眼。
�。�3）驗(yàn)收。在裝藥前要對(duì)炮眼進(jìn)行檢查驗(yàn)收。首先對(duì)炮眼參數(shù)進(jìn)行檢查，測(cè)量炮眼位置、傾斜度和炮眼深度，然后對(duì)炮眼進(jìn)行清碴和排水，用高壓氣管通入眼底，利用壓氣將眼內(nèi)巖碴和水分吹出。
�。�4）裝藥時(shí)一定要嚴(yán)格按照預(yù)先計(jì)算的裝藥量裝填。
�。�5）裝藥采用反向起爆，起爆藥包放在眼底第二藥包位置，雷管聚能穴指向眼口。在放入起爆藥包后，要接著放入一、二個(gè)普通藥卷，再用炮棍輕輕壓緊，不可猛力去搗實(shí)起爆藥包。裝藥時(shí)要注意導(dǎo)爆管雷管的段別，防止裝錯(cuò)。
�。�6）用炮泥堵。炮泥用砂子和粘土混合配制而成，其重量比為3:1，再加20%的水，混合均勻后成直徑小于炮眼直徑的炮泥段，堵塞時(shí)用炮棍適當(dāng)加壓搗實(shí)。裝藥和堵時(shí)應(yīng)注意保護(hù)好導(dǎo)爆管。
�。�7）起爆網(wǎng)絡(luò)連接。從各炮眼引出的導(dǎo)爆管用電上膠布捆綁在電雷管上。導(dǎo)爆管應(yīng)均勻包裹在電雷管的四周，每發(fā)電雷管引爆的導(dǎo)爆管數(shù)量不超過12根�？紤]隧道內(nèi)很潮濕，導(dǎo)爆管的非雷管端應(yīng)予以密封。
�。�8）隧道內(nèi)爆破，所有人員均應(yīng)撤離到200m以外或避車洞等安全點(diǎn)，起爆人員應(yīng)在落實(shí)警戒情況后在安全地點(diǎn)起爆。在雙洞單線隧道中進(jìn)行爆破時(shí)，相鄰隧道掌子面的人員必須撤離至安全地點(diǎn)。
4施工監(jiān)測(cè)與控制技術(shù)
區(qū)間隧道穿越的地層多為軟弱地層，地下水多為飽和狀態(tài)。其中砂質(zhì)粘性土、礫質(zhì)粘性土屬高壓縮性土，堅(jiān)硬（可塑），在有水及施工擾動(dòng)的情況下，工作面穩(wěn)定性和承載力下降，易發(fā)生坍塌、流沙現(xiàn)象，容易引起地表及周邊建筑物的不均勻沉降。這就需要我們?cè)谑┕み^程中采取監(jiān)測(cè)控制的方法取得第一手施工資料(量測(cè)數(shù)據(jù))，以便適時(shí)調(diào)整施工方法及支護(hù)參數(shù)，從而有效地控制地表下沉和周圍建筑物變形。
5結(jié)語
隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和地區(qū)城市化進(jìn)程的加快近幾年城市地鐵工程的建設(shè)和發(fā)展也進(jìn)入了快車道。本文結(jié)合地鐵施工工程項(xiàng)目，詳細(xì)闡述了淺埋暗挖地鐵下穿天橋施工方案及關(guān)鍵技術(shù)，降水與止水帷幕施工方案及關(guān)鍵技術(shù)，既有與新建地鐵小間距爆破控制及關(guān)鍵技術(shù)，施工檢測(cè)與控制技術(shù)，并對(duì)有關(guān)技術(shù)問題進(jìn)行了有益探索。
參考文獻(xiàn)：
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