地鐵暗挖隧道穿越地裂縫和建筑施工技術(shù).doc

地鐵暗挖隧道穿越地裂縫和建筑施工技術(shù)摘要：以西安地鐵一號線太吉暗挖隧道區(qū)間在地裂縫區(qū)域穿越建筑物為例，介紹在地裂縫特殊地質(zhì)條件下，下穿建設(shè)年代較遠的建筑物，通過暗挖工法選擇，采用淺埋暗挖CRD工法及其輔助措施的條件下控制建筑物沉降變形的施工技術(shù)。以期相同或相近工況條件下對地鐵建設(shè)起到借鑒作用。關(guān)鍵詞：地鐵 地裂縫 CRD工法 建筑物 沉降前言：目前隨著盾構(gòu)施工工法在國內(nèi)地鐵建設(shè)中的廣泛應(yīng)用，淺埋暗挖法在地鐵隧道施工中逐漸減少，但是由于受到建設(shè)條件的限制，局部仍在采用。特別是在西安地鐵建設(shè)過程中由于地裂縫的存在隧道采用淺埋暗挖法（礦山法）施工不可避免。施工中降水、暗挖施工對土體的擾動以及水土流失將造成地面沉降、加上地裂縫活動等引起地面沉降，沉降過大將直接危及地面建筑物，產(chǎn)生施工安全風險和環(huán)境風險，如何采取設(shè)計、施工技術(shù)措施控制沉降是礦山法隧道施工的關(guān)鍵點也是防止上部建筑物變形的基礎(chǔ)。1、 工程概況：西安地鐵3號線太白南路吉祥村區(qū)間隧道，采用礦山法施工。區(qū)間YDK19+865YDK20+050先后穿越區(qū)探礦機械廠混3層和中交二公局兩棟混4層房屋建筑；區(qū)間YDK19+881YDK19+971為f7地裂縫范圍。此段歷程范圍區(qū)間隧道和上部建筑物位于f7地裂縫強烈影響區(qū)。暗挖隧道與建筑物、地裂縫關(guān)系見圖1。圖1：暗挖隧道與建筑物、地裂縫關(guān)系:根據(jù)詳勘地質(zhì)剖面顯示本區(qū)段自上而下的地層為：素填土、新黃土、古壤土、中砂、粉質(zhì)粘土，其中中砂層埋深13.20米至15.70米。該區(qū)段隧道暗挖初期支護拱頂埋深約14.4米，開挖斷面主要位于砂層和粉質(zhì)粘土層內(nèi)。本區(qū)段水文地質(zhì)：場地內(nèi)地下水屬潛水類型，穩(wěn)定水位埋深9.69m-12.60m。本區(qū)段因設(shè)置減震道床和預(yù)留地裂縫沉降變形隧道初支開挖為馬蹄形斷面，最大尺寸8333mm8020mm；初支格柵間距500mm，噴射C20混凝土厚度250mm。洞外降水，降水井打設(shè)深度40m，降水深度30m。2、沉降產(chǎn)生因素及對建筑物影響分析：（1）施工降水引起的沉降：暗挖隧道在施工前期和施工過程中存在井點降水的主動降水過程和開挖以及初期支護完成后的洞內(nèi)滲漏的別動降水工程且降水周期較長一般在4個月以上，施工降水期間含水層失水壓縮變形和粘土層失水固結(jié)引起的地表沉降。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析降水引起的沉降一般較小，且均勻緩慢，對建筑物影響較小。（2）特殊地質(zhì)條件下引起的沉降：地裂縫具有統(tǒng)一的三維空間變形特征。即南傾南降的垂直位移、水平引張和水平扭動。多年來由于西安市近郊區(qū)過量抽汲地下水，致使承壓水位大幅度下降，導致地層釋水壓密，引發(fā)了大面積地面沉降。由于地裂縫兩側(cè)粘性土層厚度差異與土體松動破裂程度不同，使地裂縫兩側(cè)釋水壓密變形沉降程度不同，進而加劇了地裂縫的垂向活動。本區(qū)域通過監(jiān)測地裂縫活動趨緩，沉降較大但總體為均勻沉降對建筑物變形短期影響較小。（3）礦山法施工引起的土體位移應(yīng)力損失產(chǎn)生的地面沉降：暗挖施工過程中洞內(nèi)土體移除、土層空隙水排出、砂層開挖可能形成的塌方等，必然會改變地層的應(yīng)力狀態(tài)，使之處于非平衡狀體，這種狀態(tài)可能在一定時間內(nèi)體現(xiàn)出來導致地面沉降。此原因產(chǎn)生的沉降一般為非均勻沉降、沉降值控制不易對建筑物變形影響較大。為使地表沉降變形得到控制，保證建筑物安全不允許地表沉降超過建筑物許可變形值，必須選取最佳的支護方式、地層加固措施、施工降水控制措施以及施工工序之間的及時有效銜接。3、暗挖隧道沉降控制的關(guān)鍵要素：如何控制沉降是暗挖隧道的施工難點和關(guān)鍵點，只有有效的控制沉降才能確保施工安全。礦山法隧道施工過程中土體固結(jié)、土體位移是引起地面沉降的主要因素，保持或加強原有地層的穩(wěn)定性是控制沉降的基礎(chǔ)，對開挖中滲漏水的控制和防止掌子面塌方是成敗的關(guān)鍵。地面沉降控制必須從支護設(shè)計和施工質(zhì)量控制兩個方面考慮，并應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際不斷優(yōu)化、調(diào)整來實現(xiàn)。在設(shè)計方面應(yīng)考慮降水方案、初期支護形式、超前加固措施、開挖方式；在施工控制中應(yīng)控制掌子面與封閉環(huán)的間距、初期支護的及時性和質(zhì)量、初期支護背后注漿的及時性和有效性、以及二襯施工的時間安排。4、穿越建筑物區(qū)段設(shè)計、施工方案的選擇：（1）建筑物情況及控制要求：西安機械探礦廠3層商鋪樓和中交二公局家屬區(qū)4層住宅樓，兩棟建筑物修建于上世紀六、七十年代，均為磚混結(jié)構(gòu)、條形淺埋基礎(chǔ)，結(jié)構(gòu)剛度和抗變形能力差，結(jié)構(gòu)健康程度差。本區(qū)間建筑物要求累計沉降量報警值為20mm。（2）相鄰區(qū)段已完工程不同設(shè)計、施工方案產(chǎn)生地面沉降監(jiān)測對比分析：通過對不同開挖施工方法和加固措施的已完工程監(jiān)測數(shù)據(jù)收集和整理，主要斷面的沉降值如下：1）、采用全斷面WSS注漿止水加固、臺階法開挖：地下水豐富地段，注漿壓力0.4-0.7MPa，地表沉降值累計-23.8mm；2）、采用大管棚超前支護、CRD法開挖，地裂縫位置，監(jiān)測斷面最大沉降值為-62.3mm；測點差異沉降-30.7mm；3）、采用小導管超前注漿加固、臺階法開挖，非地裂縫位置、土層含水量較小，監(jiān)測斷面最大沉降值為-39.3mm；測點差異沉降-28.7mm；通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對比采取超前注漿加固措施能夠有效控制地面沉降。（3）洞體開挖方案優(yōu)缺點分析：方案優(yōu)缺點分析方案優(yōu)點缺點方案一臺階法+小導管注漿1、 施工方法簡單，有利于提高施工進度；2、 能夠有效的控制地面沉降。1.當暗挖區(qū)間上部存在建筑物時，對沉降要求較高，無法確保建筑物安全。方案二CRD +大管棚注漿1、 能夠較好好的控制沉降；2、 大管棚一次施工可達40m，有利于提高施工進度。1、當暗挖區(qū)間上部存在建筑物時，同時地質(zhì)條件惡劣時，無法確保建筑物安全；2、CRD開挖施工工序較多，對施工水平要求較高，對施工工期也有一定影響。方案三洞內(nèi)全斷面WSS注漿+CRD施工1、 洞內(nèi)注漿對掌子面附近的土體加固范圍較大，對建筑沉降控制效果尤為顯著；2、 WSS注漿完成后，會在隧道外圍形成一個閉合圈，對隧道止水和沉降都非常有利。1、CRD開挖施工工序較多，對施工水平要求較高，對施工工期也有一定影響；2、因注漿范圍較大，成本花費較高。3、可減少降水時間，同時可有效封閉地下水通道間隙減少地下水流失。（4）方案確定：通過對建筑結(jié)構(gòu)可抵抗變形能力、不同方案對地面沉降的影響、施工安全性、施工工期和經(jīng)濟性分析結(jié)合西安地鐵的施工經(jīng)驗，經(jīng)過專家論證確定采用洞內(nèi)全斷面WSS注漿加固、CRD工法開挖施工的穿越建筑物施工方案。5、施工參數(shù)選擇及方案實施控制：（1）建筑物沉降監(jiān)測點布設(shè)及監(jiān)測頻率： 1)滿足國家水準二等精度要求,每個測點的測站高差中誤差不大于0.5mm。所用儀器經(jīng)檢驗滿足規(guī)范要求。 2）周邊建（構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測點設(shè)置:建筑四周、沿外墻每10m-15m處或每個根柱基上，且每側(cè)不少于三個檢測點,離地面不得小于20，且避開雨水管、窗臺線、電路開關(guān)等有礙設(shè)標與觀測的障礙物，并應(yīng)視立尺需要離開墻（柱）面一定距離；不同地基或基礎(chǔ)的分界處；變形縫、抗震縫或嚴重開裂處的兩側(cè)。3）沉降監(jiān)測工作基點埋設(shè)后根據(jù)監(jiān)測點的分布情況，首先沿監(jiān)測點規(guī)劃一條水準線路，采用閉合水準路線，觀測時應(yīng)滿足變形監(jiān)測路線固定、儀器固定、人員固定的“三定”要求。4）依據(jù)水準控制線路，觀測周圍的各建（構(gòu)）筑物沉降點、支撐立柱沉降點、采用閉合水準線路測量各沉降點高程。為保證高程基點的可靠性，每次觀測前應(yīng)對基準點進行檢測，并作出分析判斷，以保證觀測成果的可靠性。5）建筑物傾斜觀測的方法是通過測量建筑物基礎(chǔ)相對沉陷的方法來確定建筑物的傾斜，利用沉降觀測數(shù)據(jù)進行建筑物傾斜計算。6）在掌子面開挖前的降水期每天監(jiān)測一次，開挖期間每天不少于2次。建筑物監(jiān)測點布置圖（2）WSS洞內(nèi)注漿加固參數(shù)的選擇：根據(jù)地質(zhì)詳勘報告和相鄰施工段實際揭示的地層情況，本區(qū)段砂層透鏡體較厚，且位于隧道開挖面中上部，層間含水量較大，為保證掌子面穩(wěn)定，請采用全斷面注漿加固。為保證注漿止水和加固效果在下穿建筑物前施做試驗段，根據(jù)試驗確定注漿參數(shù)。1）注漿長度每10m一循環(huán)，打設(shè)時最外側(cè)三排間距為1.0m沿開挖面輪廓環(huán)向布置，按照14、12、9外插角施做，加固開挖輪廓線外2m范圍內(nèi)的土體，其余垂直打設(shè)間距為1m*1m梅花型布置，搭接長度2m。2）、注漿管采用DN52的PVC管和18鍍鋅管作注漿內(nèi)管，長度10m，注漿擴散半徑按照0.5m預(yù)測。3）、注漿壓力嚴格控制在0.8-1.0MPa；每立方土體注漿量為36立方米至42立方米。4）、注漿采用水泥水玻璃漿液，體積比為1:1，水玻璃濃度為35Be,水泥漿水灰比采用1:1。5）、注漿順序由外向內(nèi)，并間隔注漿，嚴格控制注漿壓力和注漿量，過程中采取雙控措施。注漿完成后封堵注漿孔，保證注入的漿液不跑不溢。（3）掌子面開挖施工過程控制：CRD法施工應(yīng)遵循“管超前、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”的原則進行。各臺階斷面開挖均預(yù)留核心土，以發(fā)揮掌子面的三維支撐作用。臺階長度控制在2-3米，嚴格控制上下臺階之間的距離，施工中做到快封閉、早成環(huán)。再上臺階開挖時切實做好拱架拱腳處理，保證鎖腳錨管的打設(shè)深度和注漿質(zhì)量。隧道左右線對于工作面的施工縱向間距保證在30m以上，開挖面不得欠挖，超挖時用C25混凝土回填，做好施工安排保證各分布各臺階的監(jiān)督協(xié)調(diào)；嚴格控制每循環(huán)進尺長度在0.5m以內(nèi)。及時對初支背后進行回填注漿，填充初支背后出現(xiàn)的空隙。6、效果分析：通過施工監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，除去因地裂縫原因產(chǎn)生的區(qū)域性沉降因素，前期降水產(chǎn)生的建筑物沉降大約在6mm，開挖階段產(chǎn)生的沉降為接近14mm，兩者累加不超過20mm,探礦機械廠最大不均勻沉降為8.5mm，達到了控制要求。通過對樓體的直接觀察和專業(yè)房屋鑒定機構(gòu)在施工前和施工后的鑒定建筑物的變形不大，施工過程對建筑物影響較小。探礦機械廠三層商鋪沉降歷時曲線圖中交二公局家屬樓沉降歷時曲線圖7結(jié)束語：礦山法地鐵隧道施工地面沉降控制是施工難