地鐵區(qū)間重疊隧道施工與監(jiān)測
2015-06-15
1.概述
某地鐵為平行換乘站，所處路段為商業(yè)街，兩側建筑物密集，地下管線錯綜復雜，往來車輛速度快、密度大，人流密集。本場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：中風化鈣質(zhì)板巖、中風化輝綠巖，巖體較破碎，圍巖級別為Ⅳ級。
進站區(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，下層隧道采用盾構法施工，目前下洞盾構區(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 施工風險及對策研究
2.1 施工風險分析
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，上導洞施工不會對地面產(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、土壓卸載等原因造成對下行既有盾構隧道的結構破壞、管片脫落及裂縫、隧道漏水、不均勻沉降等不良影響，因此，研究的對策主要是針對既有結構超小凈距（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、對下洞盾構區(qū)間采取保護措施以及加強監(jiān)控量測等方面入手，最大限度地減小爆破施工對既有盾構區(qū)間的影響。
2.2 對策研究
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區(qū)間的上方，屬近接上穿既有結構物的暗挖施工，鉆爆法施工間距逐漸接近已完的盾構區(qū)間，必須提前界定不同影響程度的里程樁號，分別給出相應的控制措施。
研究正確的施工工序和開挖方法、加強監(jiān)控量測、嚴格控制爆破振速、以及采取有效措施對下導洞進行加固保護等是本項目研究的重點。
3 施工技術方案
3.1 施工工序及開挖方法
標準地鐵區(qū)間外輪廓為6.3X6.5m馬蹄形隧道，施工中采用臺階法開挖，因此左右線上臺階距盾構區(qū)間結構凈距約4～8m，這個施工凈距接近于正常狀態(tài)下的隧道暗挖凈距，因此，在嚴格控制爆破程序情況下，按照“管超前，嚴注漿；短進尺，弱爆破，強支護；快封閉，勤測量”的十八字方針正常施工，完全可以滿足結構安全要求。
下臺階的施工根據(jù)情況劃分段落，由于下臺階與盾構結構相距太近，按照薩道夫斯基公式計算爆破振速來評價對近接結構影響已不適用，根據(jù)實踐經(jīng)驗確定凈距大于2.5m的下臺階作為一個處理措施單元；凈距在0.7～2.5m的下臺階作為另一個處理措施單元。對于下臺階凈距大于2.5m的段落，屬于小凈距開挖，需要采取特殊爆破措施，施工過程中加強對既有盾構區(qū)間的加固與保護；對于凈距在0.7～2.5m的下臺階，爆破振速呈幾何級數(shù)增長，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、右線上臺階爆源（掏槽孔位置）距盾構區(qū)間結構凈距均大于4m，在嚴格按照十八字方針條件下正常施工。
2、左線下臺階，爆源（掏槽孔位置）距盾構區(qū)間結構凈距為2.83m～4.45m，可進行爆破作業(yè)，但必須采用特殊處理措施，降低爆破振速，減輕爆破震動對既有盾構區(qū)間的影響，同時對既有盾構區(qū)間采用有效的保護措施。
3、右線下臺階，爆源（掏槽孔位置）距盾構區(qū)間結構凈距為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)爆破和單臂掘進機等，目前這三種方法本工程中均有使用，技術比較成熟，實際采用時刻根據(jù)工期、造價、施工人員準備等方面綜合考慮進行比選。
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)間隧道采取臺階法分部開挖，臺階的長度在1～1.5洞徑左右。上臺階爆破總體采取光面爆破的施工工藝，導爆管段位依掏槽眼、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，下臺階應及時跟進，如前所述，左線下臺階需采用特殊控制的爆破方法進行分層爆破開挖，即將下導分為兩層進行開挖。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。這項措施雖然實施較復雜，但理論上延長了爆破作用距離，減少了一次爆破總裝藥量，這就有利于降低爆破質(zhì)點振速，減低上行區(qū)間爆破作業(yè)對下行區(qū)間不良影響，起到了一定的保護作用。下臺階孔網(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對下層圍巖的不良影響，對常規(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)。適當合理的加密炮孔布置，同樣能達到減少用藥量的目的。將上導掏槽孔上移，延長爆破作用距離，降低爆破作用影響。
3）增加導爆管段位。導爆管數(shù)量的增加有利于孔外微差、分段起爆，降低一次性同時起爆的炸藥量，同樣達到預期的爆破效果。
4）下導周邊眼進行預裂爆破，采取的是隔孔裝藥，留出空孔，由于存在爆破層裂效應，空孔可以泄出爆破產(chǎn)生的高能氣體，減輕對圍巖的振動；實行多段位單孔起爆，，降低單段藥量，有利于減弱不良爆破振動、保護下行區(qū)間圍巖穩(wěn)定。 5）周邊眼裝藥后不必進行填塞，輔助眼需填塞。
3.3 既有盾構區(qū)間的處理措施
在礦山法施工上行洞之前，對下行既有盾構區(qū)間結構采取如下加固及保護措施：
1）應從下層盾構隧道對上行隧道為開挖的仰拱進行注漿加固，保證管片背后的密實度，對松散巖體要及早進行預注漿加固。
2）在下層隧道設置臨時內(nèi)支撐系統(tǒng)，臨時內(nèi)支撐至少在下洞影響范圍24m長度內(nèi)連續(xù)設置，超前上洞掌子面6m，內(nèi)支撐系統(tǒng)宜采用洞內(nèi)臨時支撐臺車，采用液壓油缸頂推，橡膠輪作為管片支點，滿足300m半徑曲線段施工要求，保證每環(huán)管片均有至少7個支點支撐
3）下行盾構區(qū)間施工時，應調(diào)整好盾構機的施工姿態(tài)，控制掘進土壓力和出土量，嚴格控制盾尾同步注漿和二次補注漿，加密監(jiān)測頻率，對監(jiān)測數(shù)據(jù)及時分析并反饋，必要時根據(jù)監(jiān)測結果及時調(diào)整設計參數(shù)，疊落段影響范圍內(nèi)不停機，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下行盾構隧道造成的擾動，在盾構隧道相應位置應及時進行背后注漿工作，對盾構隧道管片進行補強。
5）施工過程中根據(jù)各段落施工的漸進性以及監(jiān)控數(shù)據(jù)及時調(diào)整施工參數(shù)及控制措施，最大限度地減小對既有盾構區(qū)間管片結構的危害，如施工中對已完盾構管片形成損害，宜進行評估，形成專家處理意見后由盾構施工單位在上行區(qū)間初期支護完成后進行修補。
3.4 控量測
結合本工程的實際情況，擬將爆破振動檢測、洞內(nèi)外及支護狀況觀察、水平凈空收斂、拱頂下沉、地表下沉、建筑物沉降、地下管線沉降等項目作為施工監(jiān)測必測項目，對必測項目進行加密，對地面沉降及建筑物內(nèi)沉降實行每日一次監(jiān)測；將建筑物傾斜、錨桿軸力及抗撥力、圍巖內(nèi)部位移、支護和襯砌內(nèi)應力及裂縫、鋼支撐內(nèi)力及外力作為選測項目，同時配備選測項目所需的設備，必要時實施選測項目。
地面量測斷面間距平均7m，地面沉降點布設根據(jù)施工情況特殊斷面可加密。各測點布置在同一個斷面內(nèi)，每個斷面應包括1個拱頂沉降點、2組水平收斂測點、8組應力監(jiān)測點和4～5個地表沉降觀測點，爆破震動測試根據(jù)現(xiàn)場實際情況布點。
4 結語
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格控制，精心組織、精心施工，實施過程中采取PDCA管理模式對施工技術采取動態(tài)化管理，縮短開挖進尺，開挖后及時支護并做好回填注漿工作，加強監(jiān)控量測，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件及監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋及時進行技術調(diào)整，確保下行既有盾構區(qū)間結構的安全。
