西青区间下穿火车站过街通道综合施工技术

孙 建

(中铁十六局集团北京轨道交通工程建设有限公司 北京 101100)

1 概述

青岛地铁1号线西镇站～青岛站区间起止里程为ZK32+606.313～ZK33+230.392，全长约624.079 m，起自西镇站，沿费县路向东北敷设接入青岛站。西镇站站尾及青岛站站前采用单洞单线断面形式，线间距较小区间局部采用单洞双线大断面结构形式。区间线路出西镇站后以R＝450 m偏转半径向南偏转，最后以R＝250 m半径向北偏转接入青岛站，最大线间距14.5 m，最小线间距4.6 m。线路纵段面呈“V”字坡，最大纵坡16.4‰。

西镇站～青岛站区间矿山法施工段(YK32+938～YK33+225.147)，隧道埋深7.8～25.7 m，隧道洞身大多位于粉质黏土和中、微风化花岗岩中，地质条件较差，地层顺序如图1所示。

图1 过街通道与隧道正线横断面位置关系及地质情况

过街通道位于费县路下方，通道宽11.5 m，高约2.4 m，剪力墙结构，西镇站～青岛站区间矿山法施工段区间隧道正交下穿过街通道，下穿过街通道影响范围为通道及边线外沿1.5 m范围内。

过街通道底板标高为-0.16 m，拱顶埋深2.13 m，通道顶板以上为回填土。区间隧道与过街通道垂直距离2.7～4.65 m。

本区间场区地下水主要有两种类型:(1)第四系孔隙水:上层滞水、潜水、承压水；(2)风化裂隙水和构造裂隙水。

西青区间矿山法施工段隧道下穿过街通道段位于单县支路与费县路交叉口，下穿工程上方管线分布情况见表1。

表1 管线分布

2 工程重难点[1-3]

(1)区间隧道距离火车站地下过街通道最小净距为2.7 m。区间隧道与地下过街通道距离较近，隧道断面范围内存在上软下硬地层，隧道施工过程中易引发过街通道结构开裂、变形过大，甚至引起隧道坍塌。

(2)地质条件较差，地下水丰富，严重制约暗挖速度，影响施工安全。

(3)区间隧道沿费县路敷设，地面交通繁忙，道路沿线分布大量管线，施工安全风险高，地面沉降控制难度大。

3 隧道下穿过街通道的关键施工技术

隧道开挖施工卸载改变了围岩应力状态，对地层产生扰动，引发地层变形，地质条件较差时，也增加了地层坍塌的风险，加大了对地层变形和周边环境的影响，当隧道近距离下穿既有建(构)筑物时，施工安全风险随之升高，既有建(构)筑物保护及地面沉降控制难度也增大。

3.1 隧道超前注浆加固技术[4-5]

3.1.1 技术方案

隧道开挖施工中，上软下硬岩体自身稳定性较差，开挖过程中拱顶软弱围岩超挖风险高，严重时会发生塌方、大量渗水等问题；采用帷幕注浆技术，对软弱破碎岩体注浆，起到加固围岩、控制渗水作用，确保施工安全可控。

(1)隧道上半断面帷幕注浆施工进行围岩加固。隧道超前深孔帷幕注浆的施作方法与管棚超前注浆类似，管棚只在隧道开挖面拱圈周围布置且数量较少，超前深孔帷幕注浆则在大部分开挖断面上布置且数量较多，隧道超前深孔帷幕注浆的注浆孔布置较为复杂。

(2)上半断面帷幕注浆是在施工前，将隧道上半断面前方12 m深范围内的围岩注浆加固，并形成止水帷幕以阻止地下水渗入，增强地层自稳能力。隧道超前深孔帷幕注浆作为软弱破碎围岩或存在高压富水区围岩隧道施工的辅助措施，浆液通过多种运动形式充填到岩土体的孔隙、裂隙中，将围岩固结成整体，提高围岩强度，起到加固围岩作用；浆液扩散范围内的岩土渗透系数显著降低，可以起到防渗堵水的作用。

3.1.2 技术参数

本工程下穿区段隧道施工遵循“管超前、严注浆、台阶法、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的原则，采用超前帷幕注浆加固技术，下穿过街通道施工前对区间隧道上半断面进行帷幕注浆超前加固，通过过街通道5 m后结束帷幕注浆。首次注浆长度12 m，开挖9 m再进行一次12 m注浆施工，重叠的3 m区域作为预留止浆岩盘，如图2所示。注浆扩散半径为1.0～1.2 m，注浆孔间距为1.8 m，加固范围为上半断面，如图3所示。现场施工结果表明，注浆前软弱围岩每天进尺0.5 m，注浆后软弱围岩每天进尺1 m，加快了施工进度，降低了施工风险。

图2 超前预注浆设计

根据经验公式注浆压力为上覆土层压力的1～2倍，本工程上覆土层压力为:

P＝ρgh

图3 半断面深孔注浆加固范围示意

式中，P为压力；ρ为上覆土层天然密度；g为重力加速度；h为土层厚度。本地区土层密度取1.9 g/cm3，据上式得出上覆土层压力，确定注浆终压为0.8～1 MPa。

浆液扩散半径为1.0～1.2 m，施工中根据注浆试验或施工前期注浆效果验证、评估后进一步修正确定。严格控制既有通道附近注浆孔的注浆压力，注意对既有结构的保护。

注浆浆液采用普通水泥单浆液，水灰比0.8～1，浆液配比应根据现场试验调整，注浆数量以现场实际发生计量。

3.1.3 注浆结束标准

单孔注浆以定量定压相结合。

定量标准:当注浆量达到单孔设计注浆量的1.5～2倍，压力仍然不上升，可采取注双液浆等措施缩短凝胶时间，使压力达到设计终压，结束该孔注浆。

定压标准:各孔段均达到设计终压，并稳定10 min，且进浆速度为开始进浆速度的1/4或注浆量达到设计注浆量的80%，即可结束该孔注浆。

3.1.4 注浆的关键技术措施

(1)注浆过程中，严格控制注浆压力，注浆终压必须达到设计要求，并稳压，保证浆液的渗透范围，防止出现危及地下构筑物、地面建筑物的异常现象。注浆过程中进行跟踪监测，当出现异常现象时，立即采取下列措施进行处理:

①降低注浆压力或采用间隙注浆；

②改变注浆材料或缩短浆液凝胶时间；

③调整注浆实施方案。

(2)施工过程中实时检查注浆效果，如达不到设计要求，及时调整配合比并改善注浆工艺。

(3)为防止孔口漏浆，在小导管尾端封堵钻孔与花管的空隙。

(4)注浆管与花管采用活接头联结，保证快速装拆。

(5)注浆的次序由两侧对称向中间进行，自下而上逐孔注浆。

(6)注浆过程有专人记录，完成后检验注浆效果，不合格的进行补注。

(7)注浆达目标强度后方可进行开挖作业。

3.2 分段、分次爆破施工技术[6]

当区间隧道下穿建(构)筑物及管线时，爆破振动过大可能会引起建(构)筑物及管线的损坏；分段、分次爆破可以减小爆破振动，将爆破振动控制在允许范围之内，减小爆破振动对建(构)筑物及管线的危害。

遵循“多分段、少装药”的原则，用足雷管段位，最大限度地减小最大单段起爆。为保护过街通道，上台阶采用机械开挖为主、爆破为辅的方式进行施工；下台阶采用分段、分次爆破开挖的方式进行施工。

3.2.1 炮眼布置

(1)掏槽眼。上台阶开挖后，下台阶有临空面，不需要掏槽。

(2)辅助眼。本工程辅助眼的排间距根据工程经验取500～600 mm。

(3)周边眼。下台阶周边眼E＝500 mm，周边眼的炮眼密集系数K与最小抵抗线W之间的关系为K＝E/W。K＝0.83，此时光面爆破效果较好，因此，取W＝600 mm。

3.2.2 单孔装药量

(1)周边眼。周边眼的装药量主要根据炮眼间距、最小抵抗线和装药集中度确定。根据开挖围岩情况及振速指标要求，结合工程类比经验，可取下台阶单孔装药量为0.2 kg。

(2)辅助眼。辅助眼的装药量与围岩的坚硬程度、炸药单耗、炮眼长度及辅助眼的炮眼数量及排间距等参数有关，辅助眼的单孔装药量按以下公式计算:

q＝τγL

式中，q为辅助眼的单孔装药量，单位kg；τ为装药系数，根据炮孔间、排距及围岩性质，本工程下台阶取τ＝0.2；γ为每米药卷的炸药质量，单位kg/m，对于直径为32 mm的乳化炸药，γ＝1 kg/m；L为炮眼长度，单位m。

辅助眼炮孔深度为0.8 m，q＝0.2×1 kg/m×0.8 m＝0.16 kg，取q＝0.2 kg。

3.2.3 循环进尺

根据青岛市地铁隧道下穿建筑物和管线的保护要求，考虑上台阶开挖后，下台阶上方出现空腔，对地表的振动影响小，适当增加下台阶循环进尺，因此调整钢架的间距为0.5 m，下台阶的循环进尺应控制在1 m。

西青区间矿山法段隧道下穿过街通道爆破施工结果表明，本文提出的爆破控制技术有效减小了振动，保证了建(构)筑物及管线的安全。

3.3 监控量测施工技术

下穿过街通道施工过程中，必须实行监控量测，了解支护结构的受力和应力分布，掌握围岩动态，对过街通道和管线结构稳定性做出评价，反馈分析、动态调整确定支护结构形式、支护参数和支护时间，同时评价支护结构的合理性和安全性，以确保施工安全和防止地表、管线及过街通道产生较大沉降变形。

根据下穿施工工程特点，在过街通道结构上、过街通道与隧道断面边线相切的位置设置2个沉降观测点，测点布置如图4所示。采用静力水准仪，对过街通道沉降进行自动化监测[7]，结合隧道施工围岩收敛、地表沉降监测，对过街通道和管线结构进行综合监测与评价。

图4 西青区间地下过街通道自动化监测布置

西青区间隧道下穿过街通道监测数据见表2，施工现场监测数据表明，地表沉降最大值为6.23 mm、过街通道沉降最大值为2.64 mm，最大沉降值均小于目标控制值，保证了过街通道结构、管线及周边建(构)筑物的结构安全。

表2 西青区间监测数据分析

4 结论

(1)针对西青区间矿山法施工段隧道下穿火车站地下过街通道地质条件复杂等特点，采用区间隧道上半断面帷幕注浆超前加固方法，运用定量与定压双控注浆标准，提出首次注浆长度12 m，每开挖进尺9 m再进行下一次注浆12 m，重叠的3 m区域作为预留止浆岩盘的施工技术措施，在工程施工过程中由注浆前软弱围岩每天进尺0.5 m，提高到注浆后软弱围岩每天进尺1 m，加快了施工进度，确保了施工安全。

(2)提出上下台阶法及分段、分次爆破施工方法，上台阶采用机械开挖为主、爆破为辅的方式进行施工；下台阶采用分段、分次爆破开挖的方式进行爆破施工，有效减小了振动和爆破施工对建(构)筑物及管线的影响。

(3)西青区间隧道下穿过街通道施工现场监测数据表明，地表沉降最大值为6.23 mm、过街通道沉降最大值为2.64 mm，最大沉降值均小于目标控制值，保证了过街通道结构、管线及周边建(构)筑物的安全。

研究提出的区间隧道下穿过街通道综合施工技术，保证了过街通道的安全，严格控制了地表及管线沉降，避免了因过街通道破坏造成安全隐患和经济损失，有较好的经济效益和社会效益。