某地铁暗挖区间过排水暗渠施工风险与处理

刘 辉 屈兴兵

1 工程概况

1.1 工程位置及范围

沈阳地铁二号线一期土建工程市府广场站—青年大街站区间(以下简称市—青区间)主要位于沈阳市沈河区,市—青区间自市府广场站起,沿青年大街,经小西路、中山路、药王庙路路口,到青年大街站。

1.2 工程地质及水文地质

1.2.1 工程地质

本区间地形变化平缓,场区地面标高44.1 m～45.5 m,自北向南逐渐降低,地面高差1.4 m。本场地地层以砂砾石层为主,局部有黏土层,地基土自上而下依次为第四系全新统人工填筑层、浑河高漫滩及古河道、第四系浑河新扇。

1.2.2 水文地质

场区地下水有两层,隔水层多处缺失,两层水互相连通,承压水水头与潜水水位埋深基本相同。地下水水位埋深为8.7 m～10.0 m,标高35.11 m～36.44 m。场区地下水、环境土对混凝土、钢筋混凝土结构中钢筋均无腐蚀性,对钢结构成弱腐蚀性。根据地质勘察报告,设防水位埋深 4.7 m,标高40.44 m;确定场地综合渗透系数推荐值为100 m/d。

2 管线风险分析

市—青区间范围,场地内地下管网主要沿青年大街分布,包括给水、电信、电力、热力、煤气、排污等。其中对市—青区间施工影响较大的管线为1955年修建的砖砌结构的排水暗渠,该暗渠基本位于市—青区间上方与区间并行,并且存在多处交叉点。经过50多年的使用,暗渠存在严重的渗漏现象。

针对如上管线情况,结合本工程实际,风险分析如下:1)由于暗渠修建时间较长,已经使用了50多年,而且结构本身为砖混结构,年久失修,不可避免的会出现渗漏水情况。2)地铁施工不可避免的会出现沉降现象,而暗渠本身由于施工年限较长,自身强度下降较多,沉降稍大就可能引起破裂,从而引起更大的不安全因素。3)本区间1号横通道开挖断面高度为13.7 m,拱顶埋深5.4 m。横通道拱顶距离暗渠基底2.4 m,暗渠内有流水。隧道上方的青年大街为沈阳市南北交通主干道,交通流量很大,且1号横通道拱顶覆土大部分为松散回填土层,车辆行驶所引起的振动对拱顶覆土稳定性的影响较大,存在极大的安全隐患。4)东暗渠一直在使用过程中,而且水流较大,对暗渠冲刷持续破坏较大,暗渠周围出现水囊的几率很大。而且暗渠下方由于长期渗漏水冲刷,土质相对疏松,更易出现流砂,甚至坍塌,从而引起管线破裂等危险因素。5)由于青年大街在市—青区间范围内基本无其他雨水管线,若遇到下雨天气,青年大街东侧、整个市府广场以及青年大街以东的中山路范围内的所有雨水均通过东、西暗渠进行排水,暗渠排水量大大增加,其排水能力难以满足突降大雨的排水量,暗渠内水流的水压必将大增,存在极大的安全隐患。6)一旦因为暗渠渗漏水导致垮塌或者存水水囊破裂漏水后,必然引起地面塌陷,暗渠破坏,影响巨大,后果严重。

3 过管线段技术措施

3.1 处理措施概况

对暗渠处理措施的范围根据一般污水管线对周边环境的影响确定如下:位于区间正线正上方5 m范围以内的东暗渠采用洞内+洞外技术措施进行处理;位于区间正线正上方5 m范围以外的东暗渠只采用洞内技术措施进行处理。综合考虑各方面因素,本着以减少东暗渠对区间暗挖施工影响为主的主导思想,对东暗渠采取防渗处理的方式为采用特种帆布材料+角钢刚性骨架的形式进行,具体见图1。

采取如下双保险的技术措施:在暗渠内壁铺设特种防水帆布对暗渠进行防渗处理后,在隧道掌子面施工范围内根据暗渠内水流量,采用2根～3根φ 500钢管进行导流(仅导流有隧道下穿的暗渠段),以保证东暗渠内的污水通过刚性导流管流动,从而形成一个刚性通道,防止隧道发生坍塌事故造成暗渠破裂时污水下灌。刚性导流的范围为区间正线下穿东暗渠施工段。

3.2 洞外处理措施

1)东暗渠开孔。由于东暗渠修建年代久远,暗渠自身强度较低,在进行东暗渠开孔时必须分段施作,东暗渠侧壁上的工作孔尺寸为高1.5 m,宽1.5 m。在分段开孔后施作一个工钢门框对工作孔进行加强。在工作孔打开后立即对东暗渠内进行通风。由于东暗渠内有现状污水排放,只要施工人员进入东暗渠必须进行通风,待监测无有害气体后施工人员方可进行东暗渠开孔施工,具体见图2。2)铺设导流管。在工作孔打开并对东暗渠内进行通风后,在暗渠内铺设两根导流管,导流管采用φ 400的PVC管,每根长度为2 m,每两根之间采用 PVC套管连接,每段次铺设的长度为24 m。3)截流。待导流管铺设完毕后,用砂袋在导流管两端对暗渠进行截流,使暗渠内的污水通过导流管排放,而导流管范围内的暗渠处于无流水作业状态,然后采用污水泵将导流管范围内的残留水抽走。4)铺设防水帆布。在铺设帆布前先对暗渠底部的淤泥进行处理,以保证防水帆布的顺利施作和工作性能。在淤泥清理完毕后,在基本无水作业的暗渠内铺设防水帆布,防水帆布采用定制长度、宽度,一次铺设成型,帆布沿暗渠流向方向的两端采用粘扣+防水胶连接,防水帆布与暗渠壁的连接采用角钢+膨胀螺栓连接。5)架设刚性骨架。刚性骨架为矩形断面,四边分别位于矩形暗渠的四个角,沿暗渠流向设置,每个刚性骨架的间距为10 m～15 m,刚性骨架采用洞外制作洞内连接的方式固定,角钢之间采用螺栓连接,角钢与暗渠的连接采用膨胀螺栓连接,具体见图3。

3.3 洞内技术措施

1)加强超前地质预报。采用打超前小导管和作探孔的方法进行超前地质探测,超前小导管是按照设计要求打设的注浆导管,目的是注浆加固地层和小范围探测前方地质;探测孔呈梅花形布置,间距为2 m,每个探测孔深度为 5 m,每开挖 2 m对前方地质进行一次探测,要始终保持对前方地质3 m的探测长度。2)加强超前支护。超前支护对保证暗挖施工安全具有决定性意义。在进行下穿东暗渠段施工时,采用加密超前导管,管长2.5 m,环线间距由30 cm变为10 cm;每循环一排,注水泥、水玻璃双液浆作加固地层处理。注浆时每榀封闭掌子面,避免浆液从掌子面冒出,同时避免注浆压力太大造成掌子面塌方,注浆压力为0.2 MPa～0.3 MPa。注浆参数可根据现场实际情况及时进行调整。3)加强初支背后回填注浆。初支背后回填注浆采用全方位回填方案,每3 m设置一组回填注浆管,注浆管环向间距1.5 m,采用φ 32钢管,钢管长度在1 m～1.2 m之间。回填注浆紧跟成环初支进行,每3 m回填注浆一次,注浆采用纯水泥浆,同时采用砂浆泵。施工过程中由于回填注浆要求紧跟初支结构进行且距离东暗渠较近,注浆时必须严格控制注浆压力在0.2 MPa～0.5 MPa之间,如浆液扩散效果不理想,可采取加密回填注浆管的措施进行处理,不得提高注浆压力,防止结构和东暗渠变形。当开挖和回填注浆发生矛盾时,先进行开挖施工。4)加强监控量测。过暗渠段的监控量测分为洞内和地面两部分:洞内监测项目有初支拱顶下沉、净空收敛、钢筋应力、初支与围岩接触应力,其中初支拱顶下沉、净空收敛监测点每2.5 m布置一组,并位于同一断面。钢筋应力、初支与围岩接触应力每10 m布设一组。拱顶下沉和净空收敛监测点布设见图4。

地面主要监测暗渠的沉降情况,监测点布置方法为:在有检查井的部位,直接打开检查井将监测点布设到暗渠的底板上,无检查井的部位采用钻机破开路面硬化层,洛阳铲探挖到暗渠盖板顶埋设测杆,测杆用混凝土固定在暗渠盖板顶面上。

4 实施效果

通过以上技术措施,取得了很好的效果:下穿暗渠段施工顺利完成,隧道拱顶下沉量最大为8.5 mm,净空收敛5.3 mm,暗渠最大沉降量为4.6 mm,确保了施工期间暗渠的正常使用和工程本身的安全,取得了良好的经济与社会效益。

[1] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥:安徽教育出版社,2004.

[2] 关宝树.隧道工程施工要点集[M].北京:人民交通出版社,2006.

[3] 胡达远.隧道工程浅埋暗挖法的施工技术[J].山西建筑,2008,34(18):331-332.

[4] 林宗元.岩土工程试验监测手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.