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(hào)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(yuǎn)的建筑物，通過(guò)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(duì)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(guó)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(guò)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(duì)土體的擾動(dòng)以及水土流失將造成地面沉降、加上地裂縫活動(dòng)等引起地面沉降，沉降過(guò)大將直接危及地面建筑物，產(chǎn)生施工安全風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，如何采取設(shè)計(jì)、施工技術(shù)措施控制沉降是礦山法隧道施工的關(guān)鍵點(diǎn)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(hào)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(jī)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(qiáng)烈影響區(qū)。暗挖隧道與建筑物、地裂縫關(guān)系見(jiàn)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(hù)拱頂埋深約14.4米，開(kāi)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(chǎng)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(kāi)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(duì)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(guò)程中存在井點(diǎn)降水的主動(dòng)降水過(guò)程和開(kāi)挖以及初期支護(hù)完成后的洞內(nèi)滲漏的別動(dòng)降水工程且降水周期較長(zhǎng)一般在4個(gè)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(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析降水引起的沉降一般較小，且均勻緩慢，對(duì)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(dòng)。多年來(lái)由于西安市近郊區(qū)過(guò)量抽汲地下水，致使承壓水位大幅度下降，導(dǎo)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(dòng)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(jìn)而加劇了地裂縫的垂向活動(dòng)。本區(qū)域通過(guò)監(jiān)測(cè)地裂縫活動(dòng)趨緩，沉降較大但總體為均勻沉降對(duì)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(guò)程中洞內(nèi)土體移除、土層空隙水排出、砂層開(kāi)挖可能形成的塌方等，必然會(huì)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(shí)間內(nèi)體現(xiàn)出來(lái)導(dǎo)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(duì)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(guò)建筑物許可變形值，必須選取最佳的支護(hù)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(shí)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(diǎn)和關(guān)鍵點(diǎn)，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(guò)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(qiáng)原有地層的穩(wěn)定性是控制沉降的基礎(chǔ)，對(duì)開(kāi)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(hù)設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量控制兩個(gè)方面考慮，并應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際不斷優(yōu)化、調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。在設(shè)計(jì)方面應(yīng)考慮降水方案、初期支護(hù)形式、超前加固措施、開(kāi)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(hù)的及時(shí)性和質(zhì)量、初期支護(hù)背后注漿的及時(shí)性和有效性、以及二襯施工的時(shí)間安排。4、穿越建筑物區(qū)段設(shè)計(jì)、施工方案的選擇：（1）建筑物情況及控制要求：西安機(jī)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(jì)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(jì)沉降量報(bào)警值為20mm。（2）相鄰區(qū)段已完工程不同設(shè)計(jì)、施工方案產(chǎn)生地面沉降監(jiān)測(cè)對(duì)比分析：通過(guò)對(duì)不同開(kāi)挖施工方法和加固措施的已完工程監(jiān)測(cè)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(tái)階法開(kāi)挖：地下水豐富地段，注漿壓力0.4-0.7MPa，地表沉降值累計(jì)-23.8mm；2）、采用大管棚超前支護(hù)、CRD法開(kāi)挖，地裂縫位置，監(jiān)測(cè)斷面最大沉降值為-62.3mm；測(cè)點(diǎn)差異沉降-30.7mm；3）、采用小導(dǎo)管超前注漿加固、臺(tái)階法開(kāi)挖，非地裂縫位置、土層含水量較小，監(jiān)測(cè)斷面最大沉降值為-39.3mm；測(cè)點(diǎn)差異沉降-28.7mm；通過(guò)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)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(kāi)挖方案優(yōu)缺點(diǎn)分析：方案優(yōu)缺點(diǎn)分析方案優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)方案一臺(tái)階法+小導(dǎo)管注漿1、 施工方法簡(jiǎn)單，有利于提高施工進(jìn)度；2、 能夠有效的控制地面沉降。1.當(dāng)暗挖區(qū)間上部存在建筑物時(shí)，對(duì)沉降要求較高，無(wú)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(dá)40m，有利于提高施工進(jìn)度。1、當(dāng)暗挖區(qū)間上部存在建筑物時(shí)，同時(shí)地質(zhì)條件惡劣時(shí)，無(wú)法確保建筑物安全；2、CRD開(kāi)挖施工工序較多，對(duì)施工水平要求較高，對(duì)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(duì)掌子面附近的土體加固范圍較大，對(duì)建筑沉降控制效果尤為顯著；2、 WSS注漿完成后，會(huì)在隧道外圍形成一個(gè)閉合圈，對(duì)隧道止水和沉降都非常有利。1、CRD開(kāi)挖施工工序較多，對(duì)施工水平要求較高，對(duì)施工工期也有一定影響；2、因注漿范圍較大，成本花費(fèi)較高。3、可減少降水時(shí)間，同時(shí)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(guò)對(duì)建筑結(jié)構(gòu)可抵抗變形能力、不同方案對(duì)地面沉降的影響、施工安全性、施工工期和經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)合西安地鐵的施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)專家論證確定采用洞內(nèi)全斷面WSS注漿加固、CRD工法開(kāi)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(shí)施控制：（1）建筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)布設(shè)及監(jiān)測(cè)頻率： 1)滿足國(guó)家水準(zhǔn)二等精度要求,每個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)站高差中誤差不大于0.5mm。所用儀器經(jīng)檢驗(yàn)滿足規(guī)范要求。 2）周邊建（構(gòu)）筑物沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)設(shè)置:建筑四周、沿外墻每10m-15m處或每個(gè)根柱基上，且每側(cè)不少于三個(gè)檢測(cè)點(diǎn),離地面不得小于20，且避開(kāi)雨水管、窗臺(tái)線、電路開(kāi)關(guān)等有礙設(shè)標(biāo)與觀測(cè)的障礙物，并應(yīng)視立尺需要離開(kāi)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(yán)重開(kāi)裂處的兩側(cè)。3）沉降監(jiān)測(cè)工作基點(diǎn)埋設(shè)后根據(jù)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的分布情況，首先沿監(jiān)測(cè)點(diǎn)規(guī)劃一條水準(zhǔn)線路，采用閉合水準(zhǔn)路線，觀測(cè)時(shí)應(yīng)滿足變形監(jiān)測(cè)路線固定、儀器固定、人員固定的“三定”要求。4）依據(jù)水準(zhǔn)控制線路，觀測(cè)周圍的各建（構(gòu)）筑物沉降點(diǎn)、支撐立柱沉降點(diǎn)、采用閉合水準(zhǔn)線路測(cè)量各沉降點(diǎn)高程。為保證高程基點(diǎn)的可靠性，每次觀測(cè)前應(yīng)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，并作出分析判斷，以保證觀測(cè)成果的可靠性。5）建筑物傾斜觀測(cè)的方法是通過(guò)測(cè)量建筑物基礎(chǔ)相對(duì)沉陷的方法來(lái)確定建筑物的傾斜，利用沉降觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行建筑物傾斜計(jì)算。6）在掌子面開(kāi)挖前的降水期每天監(jiān)測(cè)一次，開(kāi)挖期間每天不少于2次。建筑物監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(bào)告和相鄰施工段實(shí)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(kāi)挖面中上部，層間含水量較大，為保證掌子面穩(wěn)定，請(qǐng)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(yàn)段，根據(jù)試驗(yàn)確定注漿參數(shù)。1）注漿長(zhǎng)度每10m一循環(huán)，打設(shè)時(shí)最外側(cè)三排間距為1.0m沿開(kāi)挖面輪廓環(huán)向布置，按照14、12、9外插角施做，加固開(kāi)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(zhǎng)度2m。2）、注漿管采用DN52的PVC管和18鍍鋅管作注漿內(nèi)管，長(zhǎng)度10m，注漿擴(kuò)散半徑按照0.5m預(yù)測(cè)。3）、注漿壓力嚴(yán)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(yán)格控制注漿壓力和注漿量，過(guò)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(kāi)挖施工過(guò)程控制：CRD法施工應(yīng)遵循“管超前、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的原則進(jìn)行。各臺(tái)階斷面開(kāi)挖均預(yù)留核心土，以發(fā)揮掌子面的三維支撐作用。臺(tái)階長(zhǎng)度控制在2-3米，嚴(yán)格控制上下臺(tái)階之間的距離，施工中做到快封閉、早成環(huán)。再上臺(tái)階開(kāi)挖時(shí)切實(shí)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(duì)于工作面的施工縱向間距保證在30m以上，開(kāi)挖面不得欠挖，超挖時(shí)用C25混凝土回填，做好施工安排保證各分布各臺(tái)階的監(jiān)督協(xié)調(diào)；嚴(yán)格控制每循環(huán)進(jìn)尺長(zhǎng)度在0.5m以內(nèi)。及時(shí)對(duì)初支背后進(jìn)行回填注漿，填充初支背后出現(xiàn)的空隙。6、效果分析：通過(guò)施工監(jiān)測(cè)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(kāi)挖階段產(chǎn)生的沉降為接近14mm，兩者累加不超過(guò)20mm,探礦機(jī)械廠最大不均勻沉降為8.5mm，達(dá)到了控制要求。通過(guò)對(duì)樓體的直接觀察和專業(yè)房屋鑒定機(jī)構(gòu)在施工前和施工后的鑒定建筑物的變形不大，施工過(guò)程對(duì)建筑物影響較小。探礦機(jī)械廠三層商鋪沉降歷時(shí)曲線圖中交二公局家屬樓沉降歷時(shí)曲線圖7結(jié)束語(yǔ)：礦山法地鐵隧道施工地面沉降控制是施工難