馬科 鄒桂花 溫波

摘 要：針對(duì)煙臺(tái)市文化中心南大街地下人行通道工程采用淺埋暗挖法施工近距離下穿雙孔蓋板河道這一施工案例，闡述了在近距離下穿舊、老河道施工時(shí)為保護(hù)河道暢通、道路行車安全及施工安全采用的地質(zhì)雷達(dá)掃描定位、河道導(dǎo)流防水處理、控制施工沉降、超前地層加固等施工技術(shù)，以期為今后類似工程的施工提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：地下通道；淺埋暗挖法；雷達(dá)掃描；防水；沉降控制；加固

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城市道路網(wǎng)的擴(kuò)展及調(diào)整，城市地下行人或行車隧道的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。在繁華城區(qū)，往往居民密集、客流集中、商業(yè)繁忙、高樓林立、地下管線縱橫交錯(cuò)，樁基等地下建（構(gòu)）筑物密布，地下環(huán)境復(fù)雜多變，而這些位置恰恰又是需要修建地下工程的地方。淺埋暗挖法施工的隧道和地下工程經(jīng)常下穿地下管溝、河道等，如果施工控制不當(dāng)經(jīng)常會(huì)造成構(gòu)筑物基礎(chǔ)破壞，甚至?xí)斐傻孛嫠?、交通中斷、人員傷亡等災(zāi)難性后果。近年來(lái)，因施工措施不當(dāng)?shù)仍蛟斐晒軠稀⒑拥榔茐?、地面沉陷等工程事故頻發(fā)，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。因此，文章總結(jié)出一套經(jīng)濟(jì)合理、安全可行的隧道下穿暗河的施工方法，確保隧道施工及運(yùn)營(yíng)安全，為類似工程積累經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況

文化中心南大街地下人行通道工程位于煙臺(tái)市芝罘區(qū)，西南河路與南大街平交口下方，實(shí)現(xiàn)東南西北四個(gè)方向的聯(lián)通，呈“井”字型布置。暗挖通道斷面結(jié)構(gòu)型式為三心圓拱直墻斷面結(jié)構(gòu)，最大跨度為7.8m，最大高度為6.7m。結(jié)構(gòu)型式為復(fù)合式襯砌，按照淺埋暗挖法施工要求，結(jié)合“新奧法”原理設(shè)計(jì)，初期支護(hù)主要由大棚管注漿、超前小導(dǎo)管注漿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土、鋼拱架組成聯(lián)合支護(hù)體系，二襯為鋼筋混凝土。通道采用“CD工法”施工。

該工程處于城區(qū)中心商業(yè)住宅區(qū)，沿線車輛較多，交通量大，暗挖結(jié)構(gòu)上方地下管網(wǎng)密集，包括給排水、通信、電力、熱力、排污、地下蓋板河等數(shù)十條地下管線，縱橫交錯(cuò)，非常復(fù)雜。尤其是下穿的西南河兩孔河道修建于五十年代初期，河道流水底深度約為2.2m，基礎(chǔ)底位于通道結(jié)構(gòu)上方1.2m處，河道內(nèi)水位高，流速快，年久失修且有滲漏現(xiàn)象。施工中如發(fā)生坍塌后果難以預(yù)料，極有可能出現(xiàn)通道內(nèi)坍塌、涌水，造成路面沉陷、管線損壞、交通中斷，影響交通安全。河道與地下通道的關(guān)系，見(jiàn)圖1。

圖1 結(jié)構(gòu)與河道位置關(guān)系橫斷面圖

2 工程技術(shù)分析

由于本工程暗挖段埋深淺且距離河道較近，所以通道施工對(duì)河道影響顯著而且快速。根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)影響河道安全的主要原因是施工沉降過(guò)大，河道滲流，施工中發(fā)生坍塌使河道發(fā)生破壞，從而引發(fā)道路路面塌陷、交通中斷、人員傷亡等安全事故。如何控制地層沉降和坍塌是保證工程安全的主要問(wèn)題。

本工程首先制定了以下基本原則：（1）施工過(guò)程中不能中斷和影響交通。（2）施工中控制地表沉降在30mm內(nèi)。（3）施工過(guò)程中不影響河道排水及其結(jié)構(gòu)安全。（4）施工過(guò)程中確保各種地下管線的安全。（5）沒(méi)有侵入凈空的地下管線不能拆遷。（6）滿足業(yè)主對(duì)工期的要求。

之后針對(duì)存在的三大核心問(wèn)題（防止河道滲漏，保證河道暢通；防止塌方；控制施工地層沉降），制定了相應(yīng)的對(duì)策。總體施工思路是采取河道處理措施和通道內(nèi)措施相結(jié)合的方式保證工程質(zhì)量和安全。通過(guò)地質(zhì)雷達(dá)掃描精確確定河道位置及河道基礎(chǔ)土層分布情況，做好預(yù)處理工作；河道內(nèi)通過(guò)導(dǎo)流和防水處理，降低風(fēng)險(xiǎn)，保證河道不滲漏；通道內(nèi)通過(guò)針對(duì)性的輔助措施（超前加固、加密小導(dǎo)管、密排拱架等）防止坍塌，控制沉降，確保工程安全和道路交通安全。

3 關(guān)鍵施工技術(shù)

3.1 地質(zhì)雷達(dá)掃描技術(shù)

由于地下河道年久失修，通道上方近百米范圍內(nèi)無(wú)井蓋進(jìn)入河道內(nèi)檢查定位，施工范圍內(nèi)地下管線錯(cuò)綜復(fù)雜，故采用美國(guó)GSSI公司的SIR型地質(zhì)雷達(dá)探測(cè)系統(tǒng)，以查明本工程區(qū)域地下管道分布狀況、地下河道的分布狀況，地質(zhì)異常區(qū)的分布狀況等。

探測(cè)工作以400MHz和80MHz天線為主干天線進(jìn)行，以工程場(chǎng)地為中心，網(wǎng)格狀布置測(cè)線，測(cè)線長(zhǎng)度分別為80米和60米，測(cè)線間距5米，測(cè)線總長(zhǎng)度4120米。探地雷達(dá)方法是向地下介質(zhì)發(fā)射一定強(qiáng)度的高頻電磁脈沖（幾十兆赫茲至上千兆赫茲），電磁脈沖遇到不同電性介質(zhì)的分界面時(shí)即產(chǎn)生反射或散射，地質(zhì)雷達(dá)接收并記錄這些信號(hào)，再通過(guò)進(jìn)一步的信號(hào)處理和解釋即可了解地下介質(zhì)的情況。

現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)專用軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與綜合分析，并通過(guò)物探地質(zhì)綜合解釋，得到該場(chǎng)地地質(zhì)異常區(qū)的分布狀況，其中西南河河道雷達(dá)圖像如圖2。

圖2 河道的雷達(dá)圖像

由雷達(dá)圖可以看出，河道位于距離測(cè)線起點(diǎn)東25米～45米的范圍內(nèi)，（測(cè)線起點(diǎn)位于十字路口西側(cè)人行道外15米處）河道區(qū)底部填筑體的底部在距地表面約4米處，估計(jì)底部約有1米厚的填筑層。這為后期加固處理提供了依據(jù)，取得了預(yù)期效果。

3.2 河道導(dǎo)流防水處理方案

西南河河道一直是本工程的安全隱患，河道水流量大，河底漏滲水極易引起坍塌等重大安全事故，河底可能存在淤泥、流砂及滲流引起的空洞，必須采取處理措施。采用2根Φ600排水管架立在河道內(nèi)導(dǎo)流，具體導(dǎo)流方案如圖3所示。因河道底部為亂石灌漿基礎(chǔ)，極不穩(wěn)固，滲漏點(diǎn)太多，進(jìn)入河道的地下水也交豐富，導(dǎo)流措施無(wú)法完全解決問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)流的同時(shí)還要對(duì)河道底部及側(cè)墻進(jìn)行防水處理，處理后效果見(jiàn)圖4。

3.3 下穿河道時(shí)暗挖通道內(nèi)施工方案

根據(jù)近距離下穿蓋板河河道的總體施工思路，洞內(nèi)具體施工措施如下：（1）大管棚超前支護(hù)，嚴(yán)注漿加固地層；（2）加密小導(dǎo)管，嚴(yán)防土體坍塌；（3）土方開(kāi)挖時(shí)輔以超前地質(zhì)探測(cè)、及時(shí)封閉掌子面等措施，保證開(kāi)挖面的穩(wěn)定；（4）密排拱架，控制河道基礎(chǔ)及側(cè)墻沉降；（5）增設(shè)鎖腳錨管，嚴(yán)禁超挖，實(shí)時(shí)回填注漿等補(bǔ)強(qiáng)加固措施；（6）加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，堅(jiān)持信息化施工；（7）制定應(yīng)急預(yù)案，儲(chǔ)備應(yīng)急物資，確保環(huán)境安全。

3.3.1 超前支護(hù)

超前支護(hù)措施的原則是充分固結(jié)初襯頂與河道基礎(chǔ)間的土層，加固河道基礎(chǔ)，力爭(zhēng)使土層達(dá)到較高強(qiáng)度和較低滲透性，防止塌方。采取大管棚結(jié)合小導(dǎo)管注漿超前支護(hù)加固地層，并與初期支護(hù)形成棚架結(jié)構(gòu)體系，共同承受管棚上部荷載。

采用？覫108熱扎無(wú)縫鋼管，壁厚6.0mm，L=18m，30m，環(huán)向間距0.4m，設(shè)于隧道正洞拱部范圍內(nèi)，每環(huán)25根，注漿液為水泥+水玻璃雙液漿。超前注漿小導(dǎo)管：Φ42熱扎無(wú)縫鋼管，壁厚3.25mm，L=3.0m，縱間距為每?jī)砷撝危h(huán)向間距0.4m，設(shè)于拱部范圍內(nèi)，注漿液為水泥+水玻璃雙液漿。通過(guò)河道底部時(shí)，加密小導(dǎo)管，實(shí)時(shí)調(diào)控施打角度與長(zhǎng)度，形成長(zhǎng)短結(jié)合，相互補(bǔ)充，較傳統(tǒng)超前小導(dǎo)管注漿加固地層的范圍大，更好保證土體穩(wěn)定。管棚設(shè)置如圖5所示。

圖5 管棚加固地層示意圖

3.3.2 超前注漿

為了防止超量沉降，必須進(jìn)行超前注漿，長(zhǎng)短管棚注漿均采用水泥-水玻璃雙液漿，遇到河道底部局部淤泥特殊地質(zhì)，改為超細(xì)水泥漿液。該種漿液具有止水效果好、凝結(jié)時(shí)間可調(diào)的特點(diǎn)，水泥水玻璃的體積比為1：0.5～1：1.0，注漿壓力0.8～1.0MPa，施工時(shí)注漿壓力需嚴(yán)格控制，防止出現(xiàn)壓力過(guò)大造成地面隆起危及管線。

注漿之前，清理注漿孔，安裝好注漿管，保證其暢通。注漿必須連續(xù)作業(yè)，不得任意停泵，以防漿液沉淀，堵塞管路，影響注漿效果。注漿順序由外向內(nèi)，由上而下，注漿順序采取由外向內(nèi)，這樣有效地形成擠壓、密實(shí)作用，防止?jié){液過(guò)遠(yuǎn)擴(kuò)散造成漿液浪費(fèi)增加成本，同時(shí)也避免對(duì)地表建筑物造成危害。

3.3.3 短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù)

綜合工程造價(jià)、施工速度、施工安全各方面因素考慮，本工程采用CD工法開(kāi)挖。斷面分兩層四室開(kāi)挖，工藝流程為：左導(dǎo)洞開(kāi)挖上臺(tái)階、留核心土；左導(dǎo)洞上臺(tái)階拱架及臨時(shí)仰拱、網(wǎng)噴混凝土、架設(shè)臨時(shí)豎向支撐；左導(dǎo)洞下臺(tái)階開(kāi)挖；左導(dǎo)洞下臺(tái)階拱架及臨時(shí)支撐、網(wǎng)噴混凝土；右導(dǎo)洞開(kāi)挖上臺(tái)階、留核心土；右導(dǎo)洞上臺(tái)階拱架及臨時(shí)仰拱、網(wǎng)噴混凝土；右導(dǎo)洞下臺(tái)階開(kāi)挖；右導(dǎo)洞下臺(tái)階拱架、網(wǎng)噴混凝土。

采用“一掘一支”制，上下臺(tái)階每次架立格柵鋼拱架一榀，格柵鋼拱架間距0.5m，嚴(yán)格控制開(kāi)挖進(jìn)尺，通過(guò)河道底部時(shí)密排拱架，將設(shè)計(jì)方案間距50cm縮短為30cm，快封閉早成環(huán)，保證初襯的足夠強(qiáng)度。

3.3.4 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

地下工程開(kāi)挖過(guò)程中，地層中的應(yīng)力撓動(dòng)必然對(duì)周圍土層產(chǎn)生影響。為及時(shí)掌握施工沉降情況，防止在施工過(guò)程中因土體開(kāi)挖撓動(dòng)而產(chǎn)生管線破損等不利情況。在過(guò)河道段地下通道施工時(shí)需對(duì)管線及其上方地表進(jìn)行監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)信息化施工。地表沉降或水平位移均不得超過(guò)30mm，每天發(fā)展不得超過(guò)5mm。委托專業(yè)監(jiān)控量測(cè)機(jī)構(gòu)，加強(qiáng)量測(cè)，每天出具監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)報(bào)表，指導(dǎo)施工。

3.4 控制沉降施工措施

通過(guò)增加淺埋暗挖法輔助性施工措施，控制地層沉降在極小的范圍內(nèi)。采取的措施如下：

（1）掌子面注漿加固。西南河河道基礎(chǔ)下部地層存在砂層、淤泥層及少量空洞，地層自穩(wěn)定性差，為保證開(kāi)挖過(guò)程中掌子面穩(wěn)定，開(kāi)挖前在掌子面打設(shè)注漿管，注漿管采用Φ42×3.25mm鋼管，L=2m，間距0.8m梅花形布設(shè)，注水泥-水玻璃雙液漿。

（2）開(kāi)挖支護(hù)。采用人工開(kāi)挖，掌子面留核心土，施工中嚴(yán)格遵循“管超前，嚴(yán)注漿，短進(jìn)尺，強(qiáng)支護(hù)，快封閉，勤量測(cè)”的方針。

（3）增設(shè)注漿鎖腳錨管。格柵鋼拱架架立完成后在拱腳處打設(shè)鎖腳錨管。采用Φ42×3.25mm鋼管，L=3m，每拱腳2根，每榀拱架均設(shè)置，注水泥-水玻璃雙液漿擴(kuò)大拱腳控制拱架下沉。

（4）初襯背后注漿。拱頂及邊墻預(yù)埋設(shè)回填注漿管，為保證回填注漿效果，回填注漿管采用注漿管采用42×3.25mm鋼管，L=0.8m，縱向間距2m，每環(huán)設(shè)置3根，底部成環(huán)3m后開(kāi)始回填注漿，注入水泥漿，以填充噴射混凝土之間及初支與圍巖間空隙。

（5）拱頂及邊墻徑向跟蹤注漿。為了減小圍巖松弛引起的施工后地層沉降，回填注漿完成后，在拱頂、邊墻埋設(shè)注漿管注漿，以彌補(bǔ)開(kāi)挖對(duì)圍巖的擾動(dòng)引起的地層松弛。

（6）保證交通安全。在通道上方及左右兩側(cè)8米范圍內(nèi)鋪設(shè)2 cm 厚鋼板，分布荷載，防止地表局部下沉過(guò)大，能保證車輛通過(guò)時(shí)的安全。聯(lián)系交警部門，對(duì)原本限行的超重超載大貨車進(jìn)行交通管制。

4 結(jié)束語(yǔ)

煙臺(tái)文化中心南大街地下人行通道公司是我公司承建的地質(zhì)條件最為復(fù)雜，施工難度最高的地下工程，目前該工程已經(jīng)順利貫通，整個(gè)施工過(guò)程嚴(yán)格按照文章的技術(shù)方案組織施工，累計(jì)最大沉降6.34mm，蓋板河河道及周邊管線均未受影響，證明文章技術(shù)措施行之有效。它的順利建成將豐富煙臺(tái)市地下工程的施工技術(shù)，為隨后的二期工程及其他類似工程提供了成功的經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：馬科（1983-），男，湖南常德人，地下結(jié)構(gòu)工程專業(yè)碩士研究生畢業(yè)，從事地下工程施工相關(guān)工作。