填海區(qū)城市地鐵淺埋暗挖隧道下穿天然淺基建筑物
摘要：結(jié)合深圳地鐵2號線蛇口港站～海上世界站暗挖區(qū)間下穿天然淺基建筑物超前預支護的工程實例，研究和闡述了長管棚超前注漿預加固技術(shù)的工作機理、施工工藝及技術(shù)，為管棚工法在城市地鐵工程中應用提供參考。
關(guān)鍵詞：城市地鐵，深圳地鐵2號線，淺埋暗挖隧道，管棚，超前注漿。
1引言
管棚法首先用于山嶺隧道施工中，并在穿越破碎帶、松散帶、軟弱地層、涌水、涌砂層等軟弱圍巖隧道施工中發(fā)揮了重要作用，已發(fā)展成為隧道洞口及通過斷層或軟弱破碎帶的主要輔助工法。近些年，管棚法也被推廣于地鐵的暗挖施工中。管棚支護是采用淺埋暗挖法施工的地鐵車站、區(qū)間隧道、附屬結(jié)構(gòu)等進洞施工前，由于地層條件和結(jié)構(gòu)形式等因素限制，而采取的一種重要輔助支護手段，起到防塌、限沉，保證施工和結(jié)構(gòu)安全的有效作用。在目前的地鐵施工中，通常采取管棚間施做超前小導管注漿來配合管棚加固隧道拱頂?shù)貙樱岣哌M洞開挖的安全性。
在建的深圳地鐵2號線蛇口港站～海上世界站暗挖區(qū)間左線下穿天然淺基建筑物施工采用長管棚＋超前小導管注漿預支護方案。該管棚設(shè)計參數(shù)雖然不是最長，管徑也不是最大，但施工遇到的挑戰(zhàn)是嚴格的限制條件：⑴管棚洞內(nèi)施工，隧道上半斷面工作室環(huán)狀方向僅有0.6m的有限空間，周邊已施作初期支護所限制；⑵不允許管棚本身施工引起上部天然淺基建筑物沉降和隆起；⑶管棚穿越?jīng)_洪積圓礫、礫砂、礫質(zhì)粘性土地層以及不均勻的填海地層。本文就針對該區(qū)間工程的工法選擇、施工關(guān)鍵技術(shù)進行分析、總結(jié)。
2工程概況與特點
深圳地鐵2號線蛇口港站～海上世界站暗挖區(qū)間隧道為盾構(gòu)空推的圓形斷面，開挖直徑7300mm，隧道拱頂至地面覆土層厚度9m，距太子賓館基礎(chǔ)7m。場地原始地貌為濱海沙堤、海沖積潮間帶，現(xiàn)已堆填整平，距離現(xiàn)狀海岸線約300m。隧道覆土層主要是人工填土（石、砂）、沖洪積圓礫、礫砂、礫質(zhì)粘性土，穩(wěn)定性差，遇水易產(chǎn)生涌砂。該地層中地下水豐富，與海水有較好的水力聯(lián)系。其左線隧道正下穿1棟5層天然淺基建筑物——太子賓館，穿越長度35m。
在下穿建筑物段暗挖隧道拱頂施作密排管棚作為超前支護措施，管棚采用螺旋鋼管，直徑80mm、壁厚6mm。為避免在建筑物下設(shè)管棚工作室，采用39m長管棚一次通過，管材每節(jié)長度為6.0m，管棚長鋼管采用6節(jié)6.0m、1節(jié)3.0m長的鋼管套接形成。如圖1所示。
3長管棚施工工法的分析與比選
管棚常用的施工方法有水平鉆機頂進法、水平鉆機回拖法、夯管法、導向鉆機成孔管錘夯進法等。
對淺埋暗挖隧道來說，由于成孔時的應力釋放和成孔過程中的水土流失，總要引起地表沉降。單根管棚產(chǎn)生的沉降非常小，隨著管棚數(shù)量增加，成孔應力釋放造成沉降量累加，將引起較大的總沉降量，有的管棚施工引起的沉降甚至大于隧道開挖所產(chǎn)生的沉降。管棚施工引起的地表沉降原因可以歸納為3類：成孔時的應力釋放；成孔過程中的水土流失；成孔施工精度誤差引起的超挖。
從地面沉降要求嚴，施工空間有限、地層不均勻等限制條件出發(fā)，考慮的主要因素有：采取措施彌補或改善成孔過程中的水土流失；嚴格控制施工誤差；盡量避免成孔時因應力釋放所產(chǎn)生的變形。
通過對管棚施工工法的綜合比較，確定采用水平鉆機頂進法。水平鉆機頂進法采用水平鉆機頂進法施工，鉆孔機具常采用水平旋轉(zhuǎn)鉆、套管鉆、注漿鉆、水沖鉆等。鉆孔循環(huán)介質(zhì)一般為風、水、泥漿。最常用的鉆機鉆頭直徑0.108m，成孔直徑0.110～0.113m，鉆桿長度2.0m；鉆進時水從鉆桿中心注入，從鉆頭口噴出；鉆孔完成后立即退出鉆桿，利用人工配合鉆機安裝管棚鋼管。這種工法主要用于小直徑管棚的施工。
4管棚施工藝及技術(shù)要求
考慮到該段隧道的地質(zhì)、周邊環(huán)境、隧道開挖斷面、埋深以及開挖方法等，管棚一次鉆進長度為42m，依照設(shè)計斷面布設(shè)施管棚，管棚分布寬度為拱頂120°范圍內(nèi)，要求鋼管中心間距為0.3m。
4.1施工工藝
管棚施工工藝流程如圖2所示。
4.2施工技術(shù)要求
管棚施工的設(shè)計如圖3所示�！�
應嚴格按照如下步驟和要求進行施工和質(zhì)量控制：
4.2.1測放孔位
根據(jù)設(shè)計要求，在噴射砼封閉后的隧道斷面上，精確測定孔位，對每個孔進行編號。
4.2.2鉆機就位
調(diào)節(jié)鉆機至設(shè)計高度，并調(diào)節(jié)鉆機主軸使其與設(shè)計角度一致。鉆孔方向一般都沿隧道掘進的方向，隧道兩側(cè)鋼管可以適當向外側(cè)偏斜。在鉆孔前，要嚴格檢查調(diào)整鉆機主軸、鉆桿、鋼管方向一致，并使每根鋼管符合設(shè)計方向。特別要采取措施杜絕鋼管侵入初支和破壞其它設(shè)要施。鉆機就位后檢查鉆孔外插角，應滿足設(shè)計要求。檢查儀器采用平板儀，首先測量鉆機主軸（導向板）的外插角度數(shù)，其次應檢查首根鋼管前端的外插角度數(shù)，并滿足設(shè)計要求。
4.2.3鉆進
管棚鉆進時要根據(jù)地層具體情況，選擇合適的鉆進參數(shù)。地層比較松軟時，管棚鉆進一般采取中壓鉆進、中速以及中量循環(huán)液。鉆孔應由高孔位向低孔位間隔進行。鉆孔時應對準孔位，先使鉆桿向前，鉆頭接觸工作面，再使鉆桿轉(zhuǎn)動，不得晃動鉆桿。在鉆進前要首先給循環(huán)液。鉆進過程中應經(jīng)常檢查鉆進方向，根據(jù)鉆機鉆進情況及時判斷成孔質(zhì)量，并及時處理鉆進過程出現(xiàn)的異常情況。加接鉆桿時，均要用測量外捕角，如發(fā)生傾斜時，應立即采取有效措施進行彌補和糾正。
4.2.4注漿和封口
每完成一根鋼管后，應開始進行注漿施工，注漿材料為強度等級為32.5級的水泥漿。注漿壓力應根據(jù)地層情況確定。壓力宜控制在0.4～3.0MPa。注漿量小于0.1m3/m，穩(wěn)定10min后即可停止注漿。管棚注漿完畢要及時封堵管口。
4.2.5監(jiān)控量測
該段區(qū)間隧道上方為太子賓館、太子路，地面交通繁忙，地下管線眾多。為保證地面交通的正常運行，地面建筑物和地下管線的安全，在施工全過程中，采用精密水準儀進行地表沉降測量，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的反饋及時調(diào)整支護參數(shù)和施工方案，確定后續(xù)工序安排；同時經(jīng)過量測數(shù)據(jù)的分析處理和反饋，適時調(diào)整水平鉆機施工技術(shù)參數(shù)，以確保施工安全，也進一步驗證施工設(shè)計的合理性。此外，在開挖過程中，還注意觀察管棚支護情況，如管棚間距是否過大、注漿漿液是否充滿鋼管周圍的空隙及地層有無漏水、流砂等現(xiàn)象，為下一循環(huán)改進提供參考。
5效果分析
管棚支護也成為暗挖隧道施工控制土體下沉和地面建筑物沉降的一種有效措施，起到限沉的作用。管棚作為地層預加固技術(shù)的一種有效措施，其工作機理主要在于以下幾個方面：
通過管棚超前注漿，改良填海區(qū)土體，提高其物理參數(shù)，在加強自身剛度的同時，使管棚與周圍土體密實，加強了管棚與土體的粘結(jié)力，起到加固土體，增大地層自穩(wěn)能力的作用。
管棚注漿預加固后形成梁、拱結(jié)構(gòu)效應。管棚沿隧道開挖縱向推進，一端與初支結(jié)構(gòu)相聯(lián)結(jié)，另一端深入前方土體中，可視作兩端固定的梁結(jié)構(gòu)，這種超前預加固和支護能夠提供有效的豎向抗力，是典型的超前預支護體的梁效應。超前預加固后土體和管棚形成整體拱圈，大大減少了開挖后土體自穩(wěn)和成拱達到平衡所需的時間，隧道很快建立起新的平衡，拱圈下的土體由隨后的及時噴混凝土來約束，這便是地層預加固的成拱效應。管棚所形成的地層預加固結(jié)構(gòu)的縱向梁效應以及橫向的拱效應，在隧道開挖時將承載來自上方的土體荷載，對地層的穩(wěn)定起促成和強化作用。
隧道開挖引起軟弱荷載釋放時，管棚從上一施工循環(huán)支護結(jié)構(gòu)完成到下一循環(huán)進行過程中，所承受的釋放荷載體系可視為由未開挖土體、管棚及已支護段三部分構(gòu)成，通過對管棚內(nèi)力分析，管棚內(nèi)力隨支護完成而降低。因此，管棚隨著隧道初支的延續(xù)，將土體開挖釋放的荷載傳遞到支護結(jié)構(gòu)上，不斷的起擴散和傳遞荷載作用。
深圳地鐵2號線蛇口港站～海上世界站區(qū)間填海區(qū)淺埋暗挖隧道過建筑物施工，完成長管棚共計23根，鉆進960m，工期15天。工程實踐表明，管棚施工是成功的，長管棚提前發(fā)揮超前支護作用，加上管棚間超前小導管注漿的配合，增加了施工安全度，提高隧道的長期穩(wěn)定性。在管棚支護下開挖，防止了隧道坍塌，有效控制了地面天然淺基建筑物下沉，該段填海區(qū)淺埋隧道已經(jīng)安全通下穿了天然淺基建筑物�！ �
