地铁联络线下穿河道机械化施工技术分析

韩一民

（中铁十八局集团轨道交通工程有限公司，天津 300222）

某地铁联络线下穿既有河道，长度29m，联络线拱部距河道底部仅7.1m。该河道下方地质情况复杂，且河道周边池还有2座周低层建筑物，造成周边降水井无法打设，即联络线下穿河道段开挖为有水作业，施工安全风险较大。河道下部地层主要由两部分组成：冲洪积粘性土和砂土层、白垩系泥岩层。

（1）特殊性岩土：场区内有人工杂填土分布，土质结构松散不均，土层透水性好，管道漏水或地表积水下渗容易形成漏水洞穴，对洞室开挖特别不利，因联络线的特殊位置关系，大部分降水井无法打设。

（2）联络线采用暗挖台阶法施工，其下穿河道深水区域29m，距河道底部埋深7.1m。河道总深度达4.5m，最大压强44.1Pa，极易在开挖过程中造成涌砂涌水等坍塌危害。

1 施工方案比选

联络线采用矿山法施工。根据以往经验，针对隧道下穿或侧穿建筑物风险源，可以采取的加固处理措施无外乎分地上和地下两种。地上主要是针对建筑的加固处理措施，如袖阀管注浆，打设隔离桩［1］，但因河道面积较大，且无基础，地上不具备加固处理条件，故只能在洞内采取加固处理措施。洞内加固处理措施有全断面注浆加固、深孔注浆止水（WSS）、超前小导管支护、径向注浆加固等措施，也可采取两种措施结合进行，具体见表1。

经方案比选及多方研究讨论，考虑到深孔注浆的加固措施施工现场局限性较大，可操作性低，最终确定了采用全断面注浆+拱部150°双排超前小导管的方式进行超前注浆加固，以确保施工安全及初支结构的稳定，避免河道及周边建筑物因沉降过大而造成变形、开裂、突水、突泥等风险。

2 施工风险处理措施

2.1 双排超前注浆小导管打设

在联络线下穿河道段，采取顶拱150°范围内土层超前双排小导管注浆加固，超前双排小导管为DN32水煤气管，内排导管t=3.25mm，长度2.0m，间距0.3m；外排导管t=3.25mm，长度3.5m，间距0.3m。注浆浆液根据地层情况由现场试验确定，并根据围岩条件控制好注浆压力，注浆压力应控制在0.4～0.6MPa。注浆加固后的土体应满足良好的均匀性和自立性［2］。

表1 加固处理措施比选表

2.2 台阶法施工

联络线为单洞马蹄形断面，采用台阶法开挖。开挖时，先是开挖上台阶并预留核心土，循环进尺为一榀格栅间距。开挖完成后及时架立钢筋格栅并喷混凝土封闭，至上台阶开挖3.0～5.0m后再进行下台阶的开挖支护。开挖后及时对掌子面喷混凝土进行临时封闭，进行下一循环的超前支护［3］。上下台阶法施工图如图1所示。

图1 台阶法施工示意图

2.3 全断面超前注浆加固

隧道全断面采用小导管进行注浆加固。小导管为DN32水煤气管，t=3.25mm，长度3.5m，间距0.5×0.5m，梅花形布置，即2m打设一次，预留1.5m止浆墙。注浆浆液采用水泥浆，注浆压力应控制在0.4～0.6MPa。全断面注浆导管打设如图2所示。

图2 全断面注浆导管打设示意图

2.3.1 自进式锚杆结合小导管注浆施工工艺

先进行自进式锚杆施工，待自进式锚杆施工完成后，再进行小导管施工。自进式锚杆施工工艺见图3，小导管施工工艺见图4。自进式锚杆由钻头、锚杆体、连接套、拱型垫板、球形螺母组成。由自进式锚杆钻机进行施工。

2.3.2 自进式锚杆施工特点

自进式锚杆采用优质的厚壁无缝钢管材料，杆体可以任意切割长度采用配件连接，锚杆前高强度的合金钻头、连续的波形螺纹，真正实现了自进式锚杆钻孔、注浆、锚固、棚护等功能的统一。适用于地下工程存在的软弱围岩、断层破碎带、高地应力大变形等复杂的地质条件，特别是围岩较差浅埋地段需要特长支护的情况［2］。

图3 自进式锚杆施工工艺

图4 小导管施工工艺

（1）锚杆前有穿透力极强的钻头，在一般凿岩机械的作用下，可以轻易穿透各类岩石。

（2）具有连续的波形螺纹，可以作为钻杆配合钻头完成钻孔成锚孔。

（3）钻杆的锚杆体无需拔出，其中空可作为注浆通道，从里至外进行注浆。

（4）高效能的止浆塞使注浆能保持较强的注浆压力，充分地充填空隙，固定破碎岩体。高强度的垫板、螺母可以将深层围岩应力均匀地传递到周壁围岩上，达到围岩与锚杆互为支护的目的。

（5）采用机械切削工艺加工的高强度联结套，使自进式锚杆具有边钻进边加长的特性，可适用于较狭小的施工空间，实现了特长锚杆加固围岩的设计思想。

（6）由于该锚杆多位一体的功能，使得它在各类围岩条件下施工时不需套管护壁、预注浆等特殊手法也能形成锚孔，并保证锚固与注浆效果。

2.4 衬砌施工

为确保施工安全，联络线开挖完成后，立即对河道正下方的36m长的隧道进行衬砌施工。

（1）为确保结构稳定，联络线下穿河道的36m段需尽快衬砌完成。为加快施工进度，该段衬砌模板支撑系统采用工字钢排架+组合模板+满堂支架的方式，其他地段采用衬砌台车衬砌。

（2）仰拱模板每节之间采用螺栓连接，中间设置两层可调试对口撑，对口撑两端丝杆可调范围不小于10cm，模板底端与钢模底角预埋钢筋焊接牢固。混凝土浇注时，先从两侧边墙上口进行对称分层灌注，直到浇满，振捣时采用插入式振动器进行振捣。仰拱混凝土浇筑高度为设计轨面下10cm，仰拱拆模后，保证与衬砌台车底角模板有10cm的搭接长度，仰拱模板支撑体系如图5所示。

图5 仰拱衬砌施工示意图

（3）拱部支撑采用满堂碗扣式支架，支架排距设计为60cm×60cm，分区支架通过钢管卡扣连接成一体。支架必须设置纵、横向扫地杆，模板支架四边与中间每隔四排支架立杆应设置一道纵向剪刀撑，由底至顶连续设置，水平倾角宜在45°～60°之间，剪刀撑每步与立杆扣接，扣接点距碗扣节点的距离宜≤150mm。联络线跨度小于8m，混凝土强度达到75%后即可拆除支架。

3 施工控制要点

（1）在联络线下穿河道段施工过程中，严格按照“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭、勤量测”的18字方针进行施工，施工中控制要点流程如图6所示。

（2）台阶法开挖应严格控制循环进尺，避免超挖，台阶长度控制在3～5m，及时施做下台阶，尽快闭合成环。

图6 下穿河道风险源措施流程图

（3）注浆导管施工应严格按照规范要求施做：

①钻孔、安装注浆导管后，管口用麻丝和锚固剂封堵钢管与孔壁间空隙，管口安装封头和孔口阀，并能承受规定的最大注浆压力和水压。

②注浆前，应对开挖面及5m范围内的坑道喷射厚为50～100mm混凝土封闭，以防止注浆作业时发生孔口跑浆现象。

③注浆按由下至上、先无水孔后有水孔间隔分序注浆，浆液先稀后浓、注浆量先大后小。

④结束标准：以终压控制为主，注浆量较核。当注浆压力为0.4～0.6MPa，持续15min即可终止。

⑤注浆后至开挖的时间间隔，应视浆液种类决定。当采用单液水泥浆时，开挖时间为注浆后8h，采用水泥—水玻璃浆液时为4h左右。开挖时应保留1.5～2.0m的止浆墙，防止下一次注浆时孔口跑浆。

（4）开挖完成后，为确保结构安全，需尽快施做二次衬砌，并进行衬砌背后注浆止水。

根据观测数据显示，隧道初支结构稳定，各类监测数据均未超过报警值。

4 结束语

因地铁线路受控于各类地表建（构）筑物和地下管线的影响，降水井难以施做，无法保证无水作业，这就需要我们根据现场实际情况，进行风险辨识和分析，制定处理方案或措施，严格按照施工方案进行施工，以避免结构变形失稳、涌水、突泥、坍塌等安全质量事故的发生。本文根据联络线下穿河道风险特点，针对可实施的处理方案进行了比选，并确定了最优方案，并严格既定的施工方案进行实施，取得了很好的效果。联络线隧道开挖已顺利完成，河道下方的隧道衬砌也已完成，实现了安全质量的最终控制目标。