【摘要】广州地铁西场站站厅联络通道浅埋暗挖法穿越东风西路, 施工风险高, 难度大。本文讲述了通过该段隧道的施工方案、大管棚施工、小导管施工、全断面注浆施工等关键施工技术, 为类似工程施工提供经验。【关键词】联络通道 大管棚 小导管 全断面注浆 监控量测
1. 工程概况
广州地铁五号线西场站呈一字型横穿东风西路下, 本站为明暗挖结合的岛式车站, 在南北两个站厅之间设一条横跨东风西路的过街联络通道, 通道为直墙拱形断面宽6.46m, 高6.535m, 通道顶距东风西路路面3.3m, 同时在东风西路南北两侧人行道范围分别有1.5m×1.9m人防洞埋深2.8m和1.5m×1.5m排污涵埋深2.8m, 距隧道拱顶为0.5m。
路面自上而下分别为人工填土、冲积～洪积中粗砂层、冲积～洪积土层、可塑或稍密～中密状残积土层、硬塑或密实状残积土层、红层岩石全风化带等, 其中冲积～洪积中粗砂层处于隧道拱顶, 隧道下部以可塑或稍密～中密状残积土层、硬塑或密实状残积土层为主, 局部有红层岩石全风化带。
2. 总体施工方案
由于隧道上部穿越中粗砂层, 地下水位较高,同时隧道下穿东风西路, 且两端隧道拱顶距人防洞和混凝土排水涵较近, 因此在选择施工方案时既要考虑如何保证隧道开挖时无水作业, 又要保证东风西路正常通车和人防洞、排水涵的安全。经过专家多次论证, 确定施工方案为:
(1) 利用南北站厅基坑做管棚工作井, 从南北两端沿隧道拱部环向间距400mm, Φ108mm超前大管棚对打并注浆, 从而提高拱顶围岩刚度, 减小地面沉降, 确保东风西路 交通 安全。
(2) 通道开挖过程中, 在隧道拱部和上部边墙设 置Φ42mm超 前 小 导 管 , 管 长3m, 环 向 间 距400mm, 纵向间距为1.8m, 并注浆加固, 确保隧道拱部围岩稳定, 防止施工过程中地面坍塌, 保障隧道施工在无水条件下作业。
(3) 隧道边墙范围打设Φ32mm注浆锚管, 管长2.5m, 按0.6m×1.0m菱形布置; 同时在边墙上部1.5m范围增设超前锚杆, 加强支护结构安全, 减少沉降。
(4) 隧道断面内3- 2、4- 1、5- 1地层段进行全断面注浆, 保证围岩稳定。
(5) 由于地面为交通繁忙的东风西路, 减少隧道开挖对路面的 影响 , 挖支采用CD法进行。
3. 施工技术
3.1 超前大管棚施工
隧道拱部采用超前大管棚进行注浆加固。管棚沿隧道开挖线外200mm布设, 管棚采用Φ108mm壁厚8mm无缝钢管, 外插角小于1°, 环向间距为400mm, 具体布孔见图1。
管棚施工的主要施工工序有: (1) 南北站厅明挖围护桩施工完成后, 开挖基坑, 边挖边撑。基坑开挖至适当位置施工管棚导向墙并预埋好管棚导向管。根据钻机型式及工艺设备的需要, 在适当位置施工钻机工作平台然后施工大管棚。(2) 从管棚导向管按设计钻孔, 采用间隔钻孔, 先两侧后中间的顺序, 利用钻杆的柔性在导向系统的监测下沿设计线路轨迹钻进, 到达目的地, 卸下钻头换上回扩器进行回扩孔, 拖管时将钢管随钻头一起钻入地层内, 当达到设计深度后停机。(3) 管棚安装完成后,安放钢筋笼, 在管棚钢管孔口用法兰盘连结上孔口管(Φ42mm壁厚4mm, 长500mm)。(4) 向管棚钢管内注浆, 注浆顺序先下后上, 全孔可采用一次性注浆。注浆浆液采用水泥浆,浆液水灰比: 0.6:1～1:1; 注浆压力拟采用0.6～1.0MPa。
为使钻孔定位准确, 在拱部设置导向墙, 导向墙中预埋!133mm、壁厚8mm、长120cm管棚导向管。钢管采用分节安装。管棚的分节长度为: 5.4m共5节, 每两节之间用丝扣连接, 丝扣螺纹段长大于150mm。相邻两根钢花管的接头要错接, 其错接长度不小于1.0m。注浆钢管上钻注浆孔, 孔径Φ10mm,孔间距200mm, 呈梅花型布置。钢管尾部( 孔口段)2.0m不钻花孔作为止浆段。为提高钢管的刚度和强度, 钢管内增设由4根Φ16mm螺纹钢筋和固定短环组成的钢筋笼, 固定环采用外径Φ42mm,壁厚8mm,长60mm的短管环,短管间距1m。
本工程管棚施工的关键控制环节为钻孔质量控制, 由于地下有管线、人防洞和排污涵等, 角度控制稍有差错将铸成事故, 此外由于钻进通过砂层容易出现塌孔及涌水现象, 因此必须做好泥浆系统、导向系统。
(1)泥浆系统
本工程地层为砂层、土层, 自稳能力稍差, 导向孔钻进及钢管回拖成功与否泥浆起到关键作用, 泥浆采用易钻膨润土, 并在膨润土内掺少量的聚合物, 粘度在40秒左右, PH值控制在8.5～10, 泥浆采用机械搅拌, 并进行二次回收利用。
(2)导向系统
本工程钻孔线路沿线有管线、混凝土基础等,对导向系统信号发射有一定干扰, 施工中采用美国DCI公司生产的ECLIPSE无线地下定位系统, 加强型探棒, 探棒发射信号强, 探测深度为19.8m,加强型探棒电池采用DCI公司生产的专用锂电池。导向系统确保了钻孔不破坏人防洞、混凝土排水涵。
3.2 超前小导管及边墙注浆管施工
超前小导管施工: 隧道采用的超前小导管为Φ42无缝钢管, 小导管单根长度为3.0m, 壁厚3.5mm, 布设于拱部和边墙上部范围, 外插角10°, 环向间距0.4m, 纵向间距为1.8m。
超前小导管注浆施工工序包括: 封闭掌子面、钻孔、安设小导管、注浆、效果检查等。小导管采用手持式凿岩机钻孔。插管时采用风动锤振入, 注浆采用注浆泵。边墙注浆管施工与超前小导管施工 方法 基本相同。3.3 全断面注浆施工
本站站厅联络通道施工时, 对3- 2淤泥质砂、4- 1冲洪积土层、5- 1残积土层作全断面注浆加固处理。
全断面注浆加固利用全断面打设超前注浆管进行注浆, 注浆前利用喷射砼封闭掌子面, 浆液采用水泥- 水玻璃浆液, 水灰比1∶0.75～1∶1, 水玻璃浓度为35°, Be′模数为2.6。注浆范围为隧道开挖轮廓线外1.5m以内的3- 2、4- 1、5- 1地层。浆液扩散半径: R=0.65m, 注浆孔孔底间距为1m, 梅花型布置。注浆采用长套管护壁后退式注浆工艺, 注浆顺序为先隧道周边后中间, 隔孔交替注浆。注浆 方法 为在砂层中采用渗透注浆, 在土层中采用劈裂注浆。
3.4 隧道施工
超前大管棚施工完成后, 即可进行正常的隧道施工, 隧道采用CD法开挖。CD法施工工序及步骤包括: 打设小导管、加固注浆、分区土方开挖、型钢支撑和钢格栅架设( 包括连接钢筋的焊接, 网片的搭接)、喷射混凝土、封闭后回填注浆。
4. 监控量测
为了减小通道施工时对东风西路的 影响 , 站厅联络通道施工时, 对东风西路进行变形监测。在路面垂直于通道方向布置沉降监测点, 发现变形超限(≤30mm) 后及时调整施工参数, 并采取加强措施,洞内加强支护。根据施工要求, 在东风西路及隧道上方管线位置布置沉降观测点, 共计4个监测断面,每个监测断面设7个沉降观测点。通过监测, 发现东风西路沉降在可控范围内, 路面最大沉降26mm, 符合规范要求, 暗挖施工是安全成功的, 达到了预期的保护效果。
5. 施工关键的处理
西场站站厅联络通道浅埋暗挖法能够成功通过东风西路, 以下几点对成功实施至关重要:
(1) 暗挖通道两端存在距离拱顶很近的管线,超前管棚如果打穿则会造成严重后果, 通过管棚打设角度的合理设计及导向系统的合理利用是管棚施工取得了成功。
(2)由于隧道通过3- 2淤泥质砂层, 大管棚成孔成为了超前支护成败的关键, 施工中选用合适的泥浆进行护壁, 即防止了塌孔, 又防止了导孔涌砂涌水现象。
(3)隧道施工中严格超前地质探孔, 遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的方针进行施工, 避免掌子面长时间暴露, 保证支护的及时性、有效性, 控制周围土体变形, 确保结构安全。
(4) 开挖过程中采用超前探孔措施时, 须同时注意地层含水率的变化, 如含水率过大, 则应及时封闭掌子面, 对掌子面进行注浆。
参考 文献
1. 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论.北京: 中国 铁道出社版, 2005
2. QGD- 007- 2005 《轨道 交通 隧道工程施工质量验收标准》
3. GB50299- 1999 《地下工程施工及验收规范》
4. 广州市轨道交通五号线西场站岩土工程勘察报告(2004年10月)