联络线隧道下穿文物建筑变形控制关键技术措施

郭道根/GUO Dao-gen

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京 100018）

地铁区间暗挖隧道下穿各类建筑物案例屡见不鲜，但是针对不同建筑物的控制措施差异较大，不少技术人员对下穿技术进行了不同程度的总结。刘会林等[1]通过数值模拟，认为在下穿建筑物施工时，采用CRD 法施工引起的建筑物沉降量最小；王联平[2]认为采用全断面注浆可以有效改良施工土体，减小施工开挖对既有结构的影响；熊兴国、王平孝等[3～4]分别结合暗挖施工穿越建筑物施工案例，介绍了不同施工控制措施的关键点及适用性；李结元等[5]根据施工案例，系统介绍了CRD 工法施工下穿的施工工序和技术措施等；章新华[6]介绍了深圳地铁5 号线下穿不同建筑物所采取的施工方法；唐明明等[7]根据监测结果和现场实际情况，建立了粘聚力参数折减反算格式，采用反算出的折减系数进行工程分析，取得了良好效果；许微微[8]介绍了暗挖车站下穿既有建筑物的设计重难点，探讨了该下穿工程的设计及施工处理对策；相旭等[9]对某区间已施工段的沉降情况，通过数据分析预测下穿楼房的沉降曲线，为施工措施的拟定提供了详细的参数。

1 工程概况

乌鲁木齐南门站-中桥站区间1、2 号线区间联络线起始里程SSK0＋081.787～SSK0＋318.307，联络线区间全长236.520m。区间采用暗挖法施工。在SSK0＋200.283 处设置一座竖井，竖井小里程设置一个25m 长的风机段，作为后续通风设备安装位置，线路埋深15～18m。区间场地范围内无管线。

下穿新疆大银行起止里程为SSK0＋081.787～SSK0＋164.100，长度83.3m，线路埋深14.8m。下穿主体银行段69.778m，采取短台阶＋临时仰拱法施工。本次方案主要涉及联络区间下穿新疆大银行时存在的安全风险、技术及安全处理措施，以保证在下穿期间减少对银行的影响。联络线区间平面图如图1 所示。

图1 联络线区间平面图

如图2 所示，下穿新疆大银行（中国工商银行民德路支行）区域场地分布地层自上而下可分为①-1 层杂填土、②-8 角砾、⑦-1 泥岩、⑦-2砂岩等，联络线拱顶主要位于泥岩、砂岩层，下穿新疆大银行区段处于角砾层。开挖过程中要做好超前支护，确保拱顶及掌子面稳定。

图2 联络线下穿银行位置地质剖面图

2 施工重难点分析及处理措施

1）地下水位流失造成地层不均匀沉降，对新疆大银行部局主体结构造成影响。处理措施：施工前在隧道下穿新疆大银行段进行上导洞帷幕注浆，加固隧道轮廓外3m 范围土体。

2）隧道开挖进尺过程中对周围土体扰动，造成土层承载力和整体性下降，可能对新疆大银行主体结构造成影响。处理措施；开挖过程中严格执行“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤测量”的十八字方针，并对新疆大银行加强监测等措施。

3）新疆大银行为建筑文物，目前仍在正常营业中，不允许进行内部建筑监测，不允许地面出现裂缝、隆起。处理措施：加强洞内沉降监测，结构外围监测点监测，室内地面裂缝巡视；注浆参数的合理选择，严格按照施工工法进行施工。

3 施工控制关键技术

3.1 风险点周边环境情况

新疆大银行处于明德路及解放北路西北角，为钢筋混凝土框架结构，条形基础，地上部分高13.8m，地下室埋深1.9m，地下室主要位于角砾层，区间隧道顶部距离建筑物基底距离约14.8m，为一级风险源。

3.2 半断面帷幕注浆

3.2.1 注浆设计及施工要点

如 图3、图4所示，帷幕注浆对下穿新疆大银行段隧道外轮廓地层进行注浆加固，加固区域为隧道上半断面，注浆里程为SS0＋081.787～SS0＋164.100，下穿区段总长度83.3m。

图3 帷幕注浆施工平面图

图4 帷幕注浆范围与银行位置横断面图

1）深孔注浆采用后退式注浆，加固范围为隧道上导洞整体。

2）注浆孔竖向及环向间距均按0.6m 布置，采用深孔注浆加固，加固范围为隧道轮廓线外3.0m；注浆材料为水泥-水玻璃双浆液。

3）帷幕注浆每循环，掌子面采用30cm 厚C25 网喷混凝土加∅8@200×200 钢筋网临时封堵，必要时架设临时型钢封堵加强掌子面。注浆沿隧道掘进方向8m 一循环，每次开挖6m，留2m 作为下一循环止浆墙。

3.2.2 注浆施工注意事项

1）施工中注意拱顶围岩地质的变化情况，在拱顶围岩薄弱地段加强拱顶、地表及银行监测频率，以指导调整注浆参数。

2）开挖中根据围岩地质揭露情况，注浆效果，及时调整注浆参数。

3）注浆期间加强拱顶、地表及银行监测，根据监测数据指导注浆，调整注浆方式。

4）注浆期间组织施工人员进行学习，加强注浆人员的重视程度。

5）钻孔期间加强围岩地质监测，根据围岩地质情况确定孔眼布设形式，钻进深度，及注浆速度。

3.3 超前小导管注浆

3.3.1 小导管搭设范围及制作要求

隧道开挖前进行超前小导管搭设及注浆。超前支护采用∅42mm，壁厚3.5mm 的超前小导管注浆支护，小导管长3.0m，水平倾角22°，环向间距0.3m，纵向间距1.0m，隧道拱顶150°范围内布设。

小导管采用用外径∅42mm，t=3.5mm 钢管，钢管前端钻孔，孔径8mm，孔间距30mm，梅花形布置，长3m；小导管前段宜加工成锥形，尾部预留1000mm 作为预留止浆段，并设置∅6mm加劲箍，前段锥形长度200mm（图5）。

图5 小导管加工示意图

3.3.2 小导管安装

超前小导管在拱顶150°范围进行布设，钢管环向间距为30cm，纵向相邻两排的水平投影搭接长度不小于100cm，外插角：20°～25°。导管安装前进行放样，确定每个孔位位置。小导管采用高压风吹孔或风枪钻孔，插管时用气动锤振入，注浆采用注浆泵。注浆材料根据地层选配，注浆压力根据现场试验而定。注浆材料、注浆方式及配比还将根据现场地层情况调整。

3.3.3 小导管注浆关键控制措施

1）严格控制配合比与凝胶时间，初选配合比后，用凝胶时间控制调节配合比，并测定注浆结实体的强度，选定最佳配合比。

2）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，防止出现结构变形、串浆而危及地下构筑物、地面建筑物的异常现象。

3）注浆效果检查：因为注浆方法为周边单排固结注浆，开挖后检查固结厚度，如达不到要求，及时调整配合比并改善注浆工艺。

4）为防止孔口漏浆，在导管尾端用麻绳（水泥＋少许水玻璃）封堵钻孔与花管的空隙。

3.4 隧道开挖

本段暗挖隧道开挖工法采用短台阶＋临时仰拱法。严格执行暗挖施工“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤测量”的十八字方针。特别注意以下事项。

1）施工过程中加强超前支护施作（本段采取了加密超前小导管纵向间距的安全措施）。

2）施工过程中应严格控制开挖进尺，按每次开挖1 榀钢架控制，并及时施作临时仰拱，确保尽早成环。

3）开挖之前应先期进行降水，确保洞内无水施工；降水过程中应缓慢，控制降水速率，并严密监测新疆大银行的沉降。

4）制定应急预案，并准备相应的应急抢险物资，设置地面注浆系统作为应急措施，如上方新疆大银行的沉降值超过控制值后，可采取地面注浆对银行基础进行跟踪补偿注浆；施工期间加强监测，出现报警或数据异常及时通知参建各方。

5）施工期间应加强超前地质预报工作，确保安全。要求结合现场施工情况，采取水平超前钻孔方式，以探明前方地质条件及地下水发育情况，如发现异常，应立即采取应急措施并及时通知相关单位，以便采取针对性措施，确保施工安全。

4 现场监测数据分析

根据现场实际情况，对现场允许布设监测点的位置进行了施工过程长期监测，文章根据情况，选择具有代表性的拱顶沉降、地表沉降进行分析。

4.1 拱顶沉降分析

对下穿银行部分的3 个断面的监测点进行统计，其监测结果如图6 所示。

从图6 可以看出，沉降量最大的断面为断面2，其最大沉降量为3.3mm，控制结果良好。受注浆循环的影响及注浆压力和地质条件的不均匀性的影响，拱顶沉降呈现出明显的锯齿形，表明注浆参数的控制对变形控制至关重要。

图6 拱顶沉降监测数据

4.2 地表沉降分析

对新疆大银行周边位置的地表变形量进行监测，监测结果如图7 所示，地表最大沉降量为2.7mm，沉降量相对于拱顶要小很多，说明注浆加固后，地表和拱顶之间的土体相对变形可控，侧面印证了采用上述措施进行加固保护是可行的。

图7 地表变形监测结果

5 结语

结合乌鲁木齐地铁联络线施工下穿新疆大银行文物建筑的施工案例，对施工过程中的半断面帷幕注浆、小导管加固注浆及隧道施工开挖关键条件进行总结，并形成以下结论。

1）对文物建筑的调查是制定沉降控制措施的基础，在现有条件下对相关建筑的调查越详细越好。

2）半断面帷幕注浆和小导管注浆加固有效加固了隧道顶部一定范围内的土体，割裂了拱顶和其上部土体之间的关联变形，把拱顶、地表变形控制在允许的范围之内。

3）施工期间的动态监测可以为施工工艺的改进提供详细的反馈信息，施工过程中要严格按照要求进行监控量测。