地鐵區(qū)間重疊隧道施工與監(jiān)測(cè)
2015-06-15
1.概述
某地鐵為平行換乘站，所處路段為商業(yè)街，兩側(cè)建筑物密集，地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，往來車輛速度快、密度大，人流密集。本場(chǎng)地地下水按賦存條件主要為基巖裂隙水?；鶐r裂隙水主要賦存于基巖裂隙中，區(qū)間隧道洞身處于地下水水位以下，疊落區(qū)間圍巖拱頂、邊墻、隧底均為：中風(fēng)化鈣質(zhì)板巖、中風(fēng)化輝綠巖，巖體較破碎，圍巖級(jí)別為Ⅳ級(jí)。
進(jìn)站區(qū)間隧道采用上下重疊的方式與車站相連。上層隧道采用礦山法施工，下層隧道采用盾構(gòu)法施工，目前下洞盾構(gòu)區(qū)間已經(jīng)貫通，上洞隧道后行施工，重疊隧道近接距離為上、下行區(qū)間外側(cè)輪廓線凈距變化范圍左線從2.83m漸變至4.46m；右線從0.71m漸變至3.43m。如圖1、圖2所示、圖3、圖4所示。
2 施工風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)策研究
2.1 施工風(fēng)險(xiǎn)分析
隧道疊落段埋深20m，隧道頂部覆蓋層較厚，根據(jù)已有施工經(jīng)驗(yàn)，上導(dǎo)洞施工不會(huì)對(duì)地面產(chǎn)生較大影響。主要是由于重疊隧道上下洞之間大部分外輪廓間距較小，鉆爆法暗挖施工過程中可能由于爆破震動(dòng)、土壓卸載等原因造成對(duì)下行既有盾構(gòu)隧道的結(jié)構(gòu)破壞、管片脫落及裂縫、隧道漏水、不均勻沉降等不良影響，因此，研究的對(duì)策主要是針對(duì)既有結(jié)構(gòu)超小凈距（最小凈距0.7m）近接施工的情況下，通過優(yōu)化施工工序、減少爆破振動(dòng)、對(duì)下洞盾構(gòu)區(qū)間采取保護(hù)措施以及加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)等方面入手，最大限度地減小爆破施工對(duì)既有盾構(gòu)區(qū)間的影響。
2.2 對(duì)策研究
地鐵區(qū)間重疊隧道近接施工國內(nèi)已有先例，但采用爆破施工尚屬首次，本工程現(xiàn)狀工程下洞采用盾構(gòu)法已經(jīng)現(xiàn)行施工完成，后行爆破施工的區(qū)間隧道在已施工完成的盾構(gòu)區(qū)間的上方，屬近接上穿既有結(jié)構(gòu)物的暗挖施工，鉆爆法施工間距逐漸接近已完的盾構(gòu)區(qū)間，必須提前界定不同影響程度的里程樁號(hào)，分別給出相應(yīng)的控制措施。
研究正確的施工工序和開挖方法、加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)、嚴(yán)格控制爆破振速、以及采取有效措施對(duì)下導(dǎo)洞進(jìn)行加固保護(hù)等是本項(xiàng)目研究的重點(diǎn)。
3 施工技術(shù)方案
3.1 施工工序及開挖方法
標(biāo)準(zhǔn)地鐵區(qū)間外輪廓為6.3X6.5m馬蹄形隧道，施工中采用臺(tái)階法開挖，因此左右線上臺(tái)階距盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)凈距約4～8m，這個(gè)施工凈距接近于正常狀態(tài)下的隧道暗挖凈距，因此，在嚴(yán)格控制爆破程序情況下，按照“管超前，嚴(yán)注漿；短進(jìn)尺，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)；快封閉，勤測(cè)量”的十八字方針正常施工，完全可以滿足結(jié)構(gòu)安全要求。
下臺(tái)階的施工根據(jù)情況劃分段落，由于下臺(tái)階與盾構(gòu)結(jié)構(gòu)相距太近，按照薩道夫斯基公式計(jì)算爆破振速來評(píng)價(jià)對(duì)近接結(jié)構(gòu)影響已不適用，根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定凈距大于2.5m的下臺(tái)階作為一個(gè)處理措施單元；凈距在0.7～2.5m的下臺(tái)階作為另一個(gè)處理措施單元。對(duì)于下臺(tái)階凈距大于2.5m的段落，屬于小凈距開挖，需要采取特殊爆破措施，施工過程中加強(qiáng)對(duì)既有盾構(gòu)區(qū)間的加固與保護(hù)；對(duì)于凈距在0.7～2.5m的下臺(tái)階，爆破振速呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)，不宜采用爆破法施工。根據(jù)以上原則，該段落各段施工方案如下：
1、左、右線上臺(tái)階爆源（掏槽孔位置）距盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)凈距均大于4m，在嚴(yán)格按照十八字方針條件下正常施工。
2、左線下臺(tái)階，爆源（掏槽孔位置）距盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)凈距為2.83m～4.45m，可進(jìn)行爆破作業(yè)，但必須采用特殊處理措施，降低爆破振速，減輕爆破震動(dòng)對(duì)既有盾構(gòu)區(qū)間的影響，同時(shí)對(duì)既有盾構(gòu)區(qū)間采用有效的保護(hù)措施。
3、右線下臺(tái)階，爆源（掏槽孔位置）距盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)凈距為0.71m～3.43m，距離過近，不適宜爆破施工作業(yè)，建議用非爆破法開挖。目前非爆破法開挖主要有人工開挖、靜態(tài)爆破和單臂掘進(jìn)機(jī)等，目前這三種方法本工程中均有使用，技術(shù)比較成熟，實(shí)際采用時(shí)刻根據(jù)工期、造價(jià)、施工人員準(zhǔn)備等方面綜合考慮進(jìn)行比選。
3.2 疊落區(qū)間爆破方案
根據(jù)已確定疊落段施工工序，上行區(qū)間隧道采取臺(tái)階法分部開挖，臺(tái)階的長(zhǎng)度在1～1.5洞徑左右。上臺(tái)階爆破總體采取光面爆破的施工工藝，導(dǎo)爆管段位依掏槽眼、輔助眼、周邊眼的次序由低到高，確保爆破的充分性及有效性，這樣爆破后有利于形成光潔圓滑的巖面。上臺(tái)階爆破采用常規(guī)爆破方案，這里不再贅述。
根據(jù)“早成環(huán)”的原則，下臺(tái)階應(yīng)及時(shí)跟進(jìn)，如前所述，左線下臺(tái)階需采用特殊控制的爆破方法進(jìn)行分層爆破開挖，即將下導(dǎo)分為兩層進(jìn)行開挖。層1按正常爆破開挖，一次性爆破面積較小，降低一次爆破用藥量。層2可視圍巖情況采取人工開挖或再次弱爆破施工。這項(xiàng)措施雖然實(shí)施較復(fù)雜，但理論上延長(zhǎng)了爆破作用距離，減少了一次爆破總裝藥量，這就有利于降低爆破質(zhì)點(diǎn)振速，減低上行區(qū)間爆破作業(yè)對(duì)下行區(qū)間不良影響，起到了一定的保護(hù)作用。下臺(tái)階孔網(wǎng)及裝藥參數(shù)如表1所示。炮孔布置如圖5所示。
為了最大程度的降低爆破震動(dòng)對(duì)下層圍巖的不良影響，對(duì)常規(guī)爆破參數(shù)采用以下改良措施。
1）改良炸藥性質(zhì)。現(xiàn)行爆破施工采用的是Φ32mm的粉質(zhì)乳化藥卷，單卷質(zhì)量為0.15kg，考慮到小凈距、弱爆破的要求，可以采用更小直徑的藥卷，降低單卷藥量。
2）優(yōu)化孔網(wǎng)參數(shù)。適當(dāng)合理的加密炮孔布置，同樣能達(dá)到減少用藥量的目的。將上導(dǎo)掏槽孔上移，延長(zhǎng)爆破作用距離，降低爆破作用影響。
3）增加導(dǎo)爆管段位。導(dǎo)爆管數(shù)量的增加有利于孔外微差、分段起爆，降低一次性同時(shí)起爆的炸藥量，同樣達(dá)到預(yù)期的爆破效果。
4）下導(dǎo)周邊眼進(jìn)行預(yù)裂爆破，采取的是隔孔裝藥，留出空孔，由于存在爆破層裂效應(yīng)，空孔可以泄出爆破產(chǎn)生的高能氣體，減輕對(duì)圍巖的振動(dòng)；實(shí)行多段位單孔起爆，，降低單段藥量，有利于減弱不良爆破振動(dòng)、保護(hù)下行區(qū)間圍巖穩(wěn)定。 5）周邊眼裝藥后不必進(jìn)行填塞，輔助眼需填塞。
3.3 既有盾構(gòu)區(qū)間的處理措施
在礦山法施工上行洞之前，對(duì)下行既有盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)采取如下加固及保護(hù)措施：
1）應(yīng)從下層盾構(gòu)隧道對(duì)上行隧道為開挖的仰拱進(jìn)行注漿加固，保證管片背后的密實(shí)度，對(duì)松散巖體要及早進(jìn)行預(yù)注漿加固。
2）在下層隧道設(shè)置臨時(shí)內(nèi)支撐系統(tǒng)，臨時(shí)內(nèi)支撐至少在下洞影響范圍24m長(zhǎng)度內(nèi)連續(xù)設(shè)置，超前上洞掌子面6m，內(nèi)支撐系統(tǒng)宜采用洞內(nèi)臨時(shí)支撐臺(tái)車，采用液壓油缸頂推，橡膠輪作為管片支點(diǎn)，滿足300m半徑曲線段施工要求，保證每環(huán)管片均有至少7個(gè)支點(diǎn)支撐
3）下行盾構(gòu)區(qū)間施工時(shí)，應(yīng)調(diào)整好盾構(gòu)機(jī)的施工姿態(tài)，控制掘進(jìn)土壓力和出土量，嚴(yán)格控制盾尾同步注漿和二次補(bǔ)注漿，加密監(jiān)測(cè)頻率，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及時(shí)分析并反饋，必要時(shí)根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，疊落段影響范圍內(nèi)不停機(jī)，且開挖過程中上下區(qū)間掌子面最小距離20m
4）上行隧道在開挖過程中對(duì)下行盾構(gòu)隧道造成的擾動(dòng)，在盾構(gòu)隧道相應(yīng)位置應(yīng)及時(shí)進(jìn)行背后注漿工作，對(duì)盾構(gòu)隧道管片進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。
5）施工過程中根據(jù)各段落施工的漸進(jìn)性以及監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整施工參數(shù)及控制措施，最大限度地減小對(duì)既有盾構(gòu)區(qū)間管片結(jié)構(gòu)的危害，如施工中對(duì)已完盾構(gòu)管片形成損害，宜進(jìn)行評(píng)估，形成專家處理意見后由盾構(gòu)施工單位在上行區(qū)間初期支護(hù)完成后進(jìn)行修補(bǔ)。
3.4 控量測(cè)
結(jié)合本工程的實(shí)際情況，擬將爆破振動(dòng)檢測(cè)、洞內(nèi)外及支護(hù)狀況觀察、水平凈空收斂、拱頂下沉、地表下沉、建筑物沉降、地下管線沉降等項(xiàng)目作為施工監(jiān)測(cè)必測(cè)項(xiàng)目，對(duì)必測(cè)項(xiàng)目進(jìn)行加密，對(duì)地面沉降及建筑物內(nèi)沉降實(shí)行每日一次監(jiān)測(cè)；將建筑物傾斜、錨桿軸力及抗撥力、圍巖內(nèi)部位移、支護(hù)和襯砌內(nèi)應(yīng)力及裂縫、鋼支撐內(nèi)力及外力作為選測(cè)項(xiàng)目，同時(shí)配備選測(cè)項(xiàng)目所需的設(shè)備，必要時(shí)實(shí)施選測(cè)項(xiàng)目。
地面量測(cè)斷面間距平均7m，地面沉降點(diǎn)布設(shè)根據(jù)施工情況特殊斷面可加密。各測(cè)點(diǎn)布置在同一個(gè)斷面內(nèi)，每個(gè)斷面應(yīng)包括1個(gè)拱頂沉降點(diǎn)、2組水平收斂測(cè)點(diǎn)、8組應(yīng)力監(jiān)測(cè)點(diǎn)和4～5個(gè)地表沉降觀測(cè)點(diǎn)，爆破震動(dòng)測(cè)試根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況布點(diǎn)。
4 結(jié)語
本區(qū)段施工必須按照不同處理措施單元采用的成套措施嚴(yán)格控制，精心組織、精心施工，實(shí)施過程中采取PDCA管理模式對(duì)施工技術(shù)采取動(dòng)態(tài)化管理，縮短開挖進(jìn)尺，開挖后及時(shí)支護(hù)并做好回填注漿工作，加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反饋及時(shí)進(jìn)行技術(shù)調(diào)整，確保下行既有盾構(gòu)區(qū)間結(jié)構(gòu)的安全。
