韓靈靈

(中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100124)

地鐵豎井、橫通道轉(zhuǎn)入大斷面正線隧道施工安全控制技術(shù)

韓靈靈

(中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100124)

針對(duì)城市地鐵豎井、橫通道轉(zhuǎn)入大斷面正洞施工難度大、工序轉(zhuǎn)換繁雜、安全風(fēng)險(xiǎn)高的特點(diǎn)，本文以中國(guó)美術(shù)館站站后折返線豎井、橫通道轉(zhuǎn)入左、右線正洞施工為例，闡述了豎井、橫通道轉(zhuǎn)入大斷面正洞時(shí)支護(hù)框架結(jié)構(gòu)受力轉(zhuǎn)換體系和超前支護(hù)加固技術(shù)，并通過對(duì)沉降監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析研判，驗(yàn)證了此種安全控制技術(shù)在確保結(jié)構(gòu)自身和周邊構(gòu)筑物安全方面是合理可靠的，可供類似工程參考。

豎井橫通道；大斷面隧道；框架結(jié)構(gòu)；受力轉(zhuǎn)換；沉降；施工安全

城市地鐵暗挖區(qū)間正線隧道施工時(shí)，絕大多數(shù)是通過豎井和橫通道轉(zhuǎn)入正洞施工，且多數(shù)切入點(diǎn)是區(qū)間岔線、渡線或停車線大斷面隧道。豎井與橫通道、橫通道與區(qū)間正洞交叉口存在破壁進(jìn)洞的不利工況，邊墻開口部位較多，破除“馬頭門”處應(yīng)力較為集中，施工難度大、安全風(fēng)險(xiǎn)高[1]。

1 工程概況

北京地鐵八號(hào)線中國(guó)美術(shù)館站站后折返線區(qū)間隧道施工豎井為矩形斷面，長(zhǎng)×寬為7.1m×5.2m，深30m，采用倒掛井壁法施工；橫通道為拱頂直墻結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)×寬為27.8m×6.3m，高13.42m，采用逐臺(tái)階、架設(shè)臨時(shí)水平橫撐的三臺(tái)階開挖法；橫通道處正洞右線為單線單跨馬蹄形標(biāo)準(zhǔn)斷面，寬×高為6.2m×6.73m，采用臺(tái)階法施工；左線為雙線單跨斷面，寬×高為14.3m×10m，采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法。豎井橫通道支護(hù)體系為格柵鋼架與噴錨結(jié)構(gòu)，正洞為復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)。

豎井橫通道處工程地質(zhì)比較復(fù)雜，結(jié)構(gòu)主要位于中砂細(xì)砂層、礫砂層、卵石圓礫層內(nèi)；地下水豐富，以層間潛水為主。豎井、橫通道與區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)平面見圖1，豎井、橫通道與區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)剖面見圖2。

2 風(fēng)險(xiǎn)分析

一是豎井轉(zhuǎn)入橫通道及橫通道轉(zhuǎn)入正洞施工，需先后破除9個(gè)“馬頭門”， “馬頭門”處應(yīng)力較集中，成為施工中保障生產(chǎn)安全的薄弱環(huán)節(jié)[2]。二是本工程橫通道及正洞大斷面拱部主要位于礫砂層，穩(wěn)定性差，易坍塌，且豎井橫通道處區(qū)間正洞左線與右線間距為3.25m，左線與豎井井壁間距為2.5m，土體薄弱，并多次擾動(dòng)。地表和洞內(nèi)拱頂沉降控制標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)，結(jié)構(gòu)施工難度大，安全風(fēng)險(xiǎn)高。因此，豎井橫通道轉(zhuǎn)入?yún)^(qū)間大斷面隧道破除“馬頭門”前需進(jìn)行初期支護(hù)受力體系的轉(zhuǎn)換，確保施工中隧道結(jié)構(gòu)安全、圍巖穩(wěn)定及地表周圍構(gòu)筑物安全成為控制的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3 安全控制技術(shù)措施

根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)而知，橫通道及其與豎井、正洞的交叉部位施工時(shí)結(jié)構(gòu)變形和地表沉降量大，且正洞施工時(shí)變形量最大。為有效控制結(jié)構(gòu)變形和地表沉降，經(jīng)理論分析和專家論證，采取以下技術(shù)措施，以保障結(jié)構(gòu)和周邊構(gòu)筑物安全。

圖1 豎井、橫通道與區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)平面圖(單位：m)

圖2 豎井、橫通道與區(qū)間隧道結(jié)構(gòu)1-1剖面(單位：m)

3.1 降水作業(yè)

豎井、橫通道及區(qū)間正洞隧道施工前進(jìn)行降水作業(yè)，確保地下水位降至結(jié)構(gòu)底板以下，創(chuàng)造無水作業(yè)條件。

3.2 橫通道“馬頭門”加固措施

按照設(shè)計(jì)要求，橫通道“馬頭門”范圍內(nèi)采用加密豎井格柵鋼架和橫通道拱部設(shè)置水平超前小導(dǎo)管的技術(shù)措施，格柵鋼架由0.5m加密至0.4m一榀，拱部120°范圍內(nèi)設(shè)置一環(huán)長(zhǎng)5m、環(huán)向間距300mm的超前小導(dǎo)管，在“馬頭門”初支破除前進(jìn)行注漿加固地層；與豎井井壁相交界面處密排兩榀橫通道格柵鋼架，與豎井格柵鋼架焊接牢固，加強(qiáng)交界面初期支護(hù)。

3.3 橫通道支護(hù)加強(qiáng)措施

本工程采用橫通道直接轉(zhuǎn)入?yún)^(qū)間隧道正洞的施工方案，為橫通道轉(zhuǎn)入正洞時(shí)能夠在直邊墻上破口完成正洞施工條件，橫通道直邊墻的設(shè)計(jì)高度大于隧道正洞的開挖高度[3]。

為有效控制大斷面正洞開口施工時(shí)對(duì)橫通道支護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不安全因素，確保橫通道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全，橫通道端頭堵頭墻和開口處橫通道初期支護(hù)封閉成環(huán)后，再進(jìn)行隧道正洞破口施工；并依據(jù)理論分析結(jié)論，在左線大斷面正洞橫通道段設(shè)置框架結(jié)構(gòu)，在正洞破口處形成門架，完成橫通道支護(hù)受力轉(zhuǎn)換體系，保證破口時(shí)受力結(jié)構(gòu)的整體性和安全性。

為方便后續(xù)橫通道內(nèi)隧道正洞襯砌結(jié)構(gòu)施工，快速拆除受力轉(zhuǎn)換構(gòu)件，受力轉(zhuǎn)換體系采用型鋼框架結(jié)構(gòu)?？蚣芙Y(jié)構(gòu)采用8個(gè)雙拼I25工字鋼立柱，橫通道底層初支結(jié)構(gòu)施工時(shí)預(yù)埋立柱基礎(chǔ)，其中兩端4個(gè)立柱與橫通道直邊墻緊密連接，中間4個(gè)立柱設(shè)置在正洞雙側(cè)壁導(dǎo)坑臨時(shí)豎撐處，并與后續(xù)施工的豎撐連接牢固；立柱在橫通道拱腳處設(shè)置頂梁，頂梁上用5根型鋼與拱部初支密貼，支頂拱部初支結(jié)構(gòu)；立柱底部和中部設(shè)置橫縱水平連接件，中部縱向水平連接件設(shè)在橫通道水平臨時(shí)支撐下方，與其緊密連接，在隧道正洞破口時(shí)起到支托橫通道水平臨時(shí)支撐的作用；立柱與橫縱水平連接件采用螺栓和焊接的方式連接，在節(jié)點(diǎn)處采用焊接型鋼角撐加固，構(gòu)建一套完整的框架結(jié)構(gòu)受力體系?？蚣芙Y(jié)構(gòu)平面示意圖見圖3、框架結(jié)構(gòu)縱剖面示意圖見圖4、框架結(jié)構(gòu)橫剖面示意圖見圖5。

圖3 框架結(jié)構(gòu)平面示意圖(單位：m)

圖4 框架結(jié)構(gòu)1-1剖面示意圖(單位：m)

圖5 框架結(jié)構(gòu)2-2剖面示意圖(單位：m)

3.4 隧道正洞施工加固措施

3.4.1 超前支護(hù)措施

按照設(shè)計(jì)文件要求，在橫通道第2層封端墻施工完成后，即在左線大斷面隧道拱部120°范圍施工直徑121mm、環(huán)向間距300mm、L=10m的大管棚，在右線標(biāo)準(zhǔn)斷面拱部120°范圍打設(shè)環(huán)向間距300mm、L=3m的雙排小導(dǎo)管，在正洞開挖前進(jìn)行注漿加固地層。同時(shí)施做型鋼框架結(jié)構(gòu)，完成正洞開口前預(yù)加固措施。

3.4.2 正洞破口施工步序

由于正洞右線與橫通道相交處為標(biāo)準(zhǔn)斷面，結(jié)構(gòu)尺寸相對(duì)較小，破口施工時(shí)采用短臺(tái)階法，左線大斷面正洞破口施工采用雙側(cè)壁6部導(dǎo)坑法。在預(yù)加固措施做好的前提下，施工隧道正洞，橫通道直邊墻內(nèi)架設(shè)正洞第一榀格柵鋼架，與橫通道形成完整的受力結(jié)構(gòu)；同時(shí)按照左右線相對(duì)交錯(cuò)的施工順序破除正洞“馬頭門”處初支結(jié)構(gòu)，先施工右線標(biāo)準(zhǔn)斷面往南方向，開挖完15m后，接著施工大斷面正洞往北方向(按照雙側(cè)壁導(dǎo)坑常規(guī)方法施工)。同樣，依次施工右線往北方向和左線往南方向正洞。

3.5 正洞間地層加固

左右線隧道正洞間最小土體厚度為3.2m，待先施工一側(cè)正洞初支結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)后，即進(jìn)行徑向注漿加固洞間土體，減小另一側(cè)正洞施工時(shí)對(duì)該土體的擾動(dòng)，有效控制坍塌。

4 監(jiān)控量測(cè)分析

地面構(gòu)筑物和隧道結(jié)構(gòu)安全主要通過觀測(cè)地表和洞內(nèi)拱頂沉降量來分析預(yù)判。地表沉降觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)在降水作業(yè)施工前完成埋設(shè)，橫通道拱頂沉降觀測(cè)點(diǎn)在初支結(jié)構(gòu)施做時(shí)埋設(shè)，及時(shí)讀取初始值。地表沉降采用電子水準(zhǔn)儀觀測(cè)，洞內(nèi)拱頂沉降采用全站儀觀測(cè)。本工程以大斷面正洞部位多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的各施工階段最大沉降數(shù)值進(jìn)行分析。沉降變化曲線見圖6。

圖6 沉降變化曲線圖

通過沉降變化曲線數(shù)值分析可知，地表最大沉降為28mm，洞內(nèi)拱頂下沉值為7mm，均滿足地表最大沉降30mm和拱頂最大沉降10mm的設(shè)計(jì)要求，地表和洞內(nèi)拱頂沉降得到了很好的控制。因此，本工程在一定程度上克服了同類工程沉降控制的難題。

5 結(jié)語

本工程采取以上安全技術(shù)措施后，各施工部位破除“馬頭門”前初支結(jié)構(gòu)得到了加強(qiáng)，在大斷面正洞破口處形成了門架，構(gòu)建了橫通道轉(zhuǎn)入?yún)^(qū)間隧道正洞施工時(shí)受力轉(zhuǎn)換體系的整體性，保證了“馬頭門”破口時(shí)的施工安全，保障了隧道正洞破除“馬頭門”施工時(shí)橫通道結(jié)構(gòu)安全、地面構(gòu)筑物安全和圍巖穩(wěn)定。通過沉降變化曲線分析，地表及洞內(nèi)拱頂沉降雖大大減小，但正洞施工時(shí)沉降速率快的特點(diǎn)仍未有效控制，若橫通道采取復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，復(fù)合襯砌完成再進(jìn)行正洞施工，更能有效的控制地表沉降和洞內(nèi)拱頂沉降。該工法在一定程度上能夠確保橫通道轉(zhuǎn)入?yún)^(qū)間隧道正洞施工時(shí)地表周邊環(huán)境和施工過程中結(jié)構(gòu)自身的安全，為類似工程提供參考依據(jù)。

[1] 刁志剛.橫通道與大斷面隧道交叉口施工方法探討[J].鐵道建筑，2007,26(10)：35-37.

[2] 李靜.豎井橫通道轉(zhuǎn)正洞施工方案比選[J].隧道建設(shè)，2008,28(4)：476-478.

[3] 吳波.地鐵豎井橫通道轉(zhuǎn)正洞快速施工技術(shù)研究[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2008(9)：74-76.

Safety Control Technology During the Construction of Subway Main Shaft Cross Channel into Large Cross Section Tunnel

HAN Lingling

(ChinaRailway16thBureauGroupMetroEngineeringCo.,Ltd.,Beijing100124,China)

There exist the difficulties during the construction in cities of subway shaft and cross passage into big cross section, the complexity of working procedure conversion and the high risks. Based on these characteristics, special techniques were described with the construction of subway station at National Art Museum of China as an example. These techniques include the stress conversion system of the supporting frame structure and the reinforcing technique of the supporting structure, during the construction subway main shaft cross channel into large cross section tunnel. By analyzing the data from subsidence monitoring, we also assessed the rationales and reliability of these safety control techniques in ensuring the safety of the structures themselves and the surrounding structures, which could provide a reference for similar projects.

shaft cross channel； large cross section tunnel； frame structure； stress conversion； settlement； construction safety

2016-08-09；

2016-09-09

韓靈靈(1989—)，女，山西原平人，助理工程師，從事地鐵工程施工管理工作。

2095-1671(2016)05-0251-05

X924.4

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