黃克新

(長春市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督站，長春 220100)

0 前言

近些年，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，我國城市化的進程快速提升，作為城市化建設(shè)的重要組成部分，很多城市進行了軌道交通的建設(shè)。其中暗挖施工技術(shù)由于在地下進行作業(yè)、占地小、對環(huán)境友好、不大范圍開挖地面、不影響交通、無需改移管線、技術(shù)成熟等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于城市軌道交通建設(shè)中，特別是管線復(fù)雜且道路狹窄的老城區(qū)。目前，在長春市城市軌道交通建設(shè)中采用暗挖法建設(shè)的車站就有19座，區(qū)間更是數(shù)不勝數(shù)。但也正是因為暗挖法全部在地下施工，隱蔽工程較多，施工風(fēng)險較大，所以質(zhì)量控制更難。因此，熟知暗挖法的特點，并在城市軌道交通施工中合理應(yīng)用暗挖法，深入分析施工風(fēng)險，做好質(zhì)量控制，才能保證地下工程在挖掘過程中能夠正確使用暗挖法，并發(fā)揮其優(yōu)勢。

1 地下工程應(yīng)用暗挖法施工的風(fēng)險點

地下工程應(yīng)用暗挖法施工的風(fēng)險分為自身風(fēng)險和環(huán)境風(fēng)險。

暗挖法施工的自身風(fēng)險由其自身工藝決定，主要風(fēng)險包括馬頭門開挖風(fēng)險、結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量風(fēng)險、開挖風(fēng)險、盾構(gòu)始發(fā)接收風(fēng)險、塌方風(fēng)險等。對于馬頭門開挖風(fēng)險，由于馬頭門開挖改變了原結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，如施工不當(dāng)容易造成原結(jié)構(gòu)的變形和破壞，增大地表沉陷和塌方的風(fēng)險。對于結(jié)構(gòu)自身質(zhì)量風(fēng)險，初期支護施工質(zhì)量差，強度、剛度不符合設(shè)計要求，開挖時可能會破壞支撐體系或因變形過大引起支撐體系失穩(wěn)。初期支護質(zhì)量差會造成滲漏水，使封底格柵地下水?dāng)y帶砂土顆粒流入坑內(nèi)，造成坑外地表的沉陷或出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重危害周邊環(huán)境及地下工程的自身安全。對于開挖風(fēng)險，由于挖掘土體體積大于隧道所占體積，土體損失會引起沉降，從而對既有建構(gòu)筑物、管線等造成破壞，盾構(gòu)施工過程中的擠壓和擾動還會使土體結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化，發(fā)生固結(jié)，導(dǎo)致地面沉降，引發(fā)事故。對于盾構(gòu)始發(fā)接收風(fēng)險，盾構(gòu)始發(fā)時若發(fā)生栽頭、左右姿態(tài)偏差等，均會導(dǎo)致后續(xù)軸線位置的偏離，對施工精度產(chǎn)生較大影響。盾構(gòu)機到達(dá)空推段前，隨著刀盤前方巖土逐漸減少，盾構(gòu)機對前方巖體及礦山法段與盾構(gòu)段接口位置的擾動也逐漸增加，可能使到達(dá)部位發(fā)生失穩(wěn)。對于塌方風(fēng)險，影響因素較多，如施工過程中監(jiān)測項目不到位、監(jiān)測數(shù)據(jù)沒有及時處理等；施工中設(shè)計變更未得到報告或計算的支持；隧道支護施工不符合要求；超前支護保護不到位；隧道拱部、洞壁、底部上出現(xiàn)巖溶地質(zhì)；巖體中蘊含應(yīng)變能，在開挖過程中釋放產(chǎn)生巖爆，造成開挖面破壞；圍巖面封閉不及時；開挖施工流程不合理；人力機械資源配置不合理等等。

暗挖法施工的環(huán)境風(fēng)險由外部環(huán)境因素決定，主要包括水文地質(zhì)風(fēng)險、復(fù)雜環(huán)境風(fēng)險等。對于水文地質(zhì)風(fēng)險，由于地質(zhì)勘察無法做到絕對連續(xù)，不同地下工程水文地質(zhì)條件不同，同一工程受氣候、季節(jié)等因素影響使水文地質(zhì)條件不斷變化，將對暗挖法施工產(chǎn)生較大影響；對于復(fù)雜環(huán)境風(fēng)險，地下工程一般處于城市中心，沿線不可避免會臨近重要建(構(gòu))筑物、橋涵、道路、鐵路、河流、湖泊、地下空間、管線、空洞等環(huán)境風(fēng)險。

2 地下工程應(yīng)用暗挖法施工的質(zhì)量控制

除前述風(fēng)險要點，由于施工質(zhì)量、監(jiān)控量測等原因，又給地下工程暗挖法施工增加了不穩(wěn)定因素，這些問題嚴(yán)重影響施工的安全和質(zhì)量，因此，加強地下工程暗挖法施工質(zhì)量控制是十分必要的。針對地下工程暗挖法施工中的風(fēng)險點，結(jié)合既有施工經(jīng)驗，總結(jié)了質(zhì)量控制的要點。

2.1 加強環(huán)境風(fēng)險調(diào)查，掌握數(shù)據(jù)信息

提高沿線重要建(構(gòu))筑物資料調(diào)查的深度，為設(shè)計施工提供確切可靠的依據(jù)。對于房屋建筑、塔型物，除核查建筑物性質(zhì)、結(jié)構(gòu)形式等，重點核查其基礎(chǔ)形式、地下結(jié)構(gòu)參數(shù)、地下結(jié)構(gòu)圍護參數(shù)等；對于橋涵：除核查橋梁結(jié)構(gòu)形式等，重點核查墩臺基礎(chǔ)、橋樁參數(shù)；對于公路和鐵路等路面交通系統(tǒng)，除核查寬度、設(shè)計荷載等，重點核查其基礎(chǔ)形式、地基處理措施等；對于河、湖等，除核查河道、湖泊幾何參數(shù)、水里要素等，重點核查底部標(biāo)高、沖刷線等。對于市政管線，除核查管線走向、埋深等，重點核查管線資料與現(xiàn)場是否匹配。

2.2 加強自身風(fēng)險管控，保證工程質(zhì)量

2.2.1 采用降水或止水措施，保證在無水情況下施工作業(yè)

降水或止水措施是暗挖法施工的前提，是施工作業(yè)和支護結(jié)構(gòu)不受地下水影響的保證。除需保證降水效果外，重點保證降水在開工前進行，且施工期間要密切注意滲透系數(shù)差異較大的土層、砂層，防止出現(xiàn)流沙、流土或管涌等不良現(xiàn)象。

2.2.2 超前探測

超前探測是了解開挖圍巖情況的重要手段，是安全施工的有效保證，也是暗挖作業(yè)的重要依據(jù)，常用的超前探測有現(xiàn)代物探、洞內(nèi)鉆探等(圖1)。除探查前方水文地質(zhì)參數(shù)是否與設(shè)計內(nèi)容一致外，重點探查掌子面前方空洞、層間水及地下構(gòu)筑物的情況。

圖1 常規(guī)超前探測方法

2.2.3 施工過程嚴(yán)格執(zhí)行“十八字方針”

管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測“十八字方針”，是經(jīng)驗教訓(xùn)的高度總結(jié)，必須認(rèn)真執(zhí)行。

對于“管超前”“嚴(yán)注漿”，除嚴(yán)格按照設(shè)計要求施作超前支護措施并注漿外，重點保證超前支護數(shù)量、長度、角度滿足要求(圖2)。

對于“短開挖”，一般在地層不良地段每次開挖進尺0.5～0.8 m，減少坍塌的情況發(fā)生。除嚴(yán)格按照設(shè)計要求不超挖、欠挖外，重點核查是否存在擅自變更工法和簡化工藝的情況。圖3為土方開挖。

圖2 超前支護

圖3 土方開挖

對于“強支護”“早封閉”，初支格柵采用洞外加工，洞內(nèi)拼裝。除嚴(yán)格按設(shè)計要求精度、間距等參數(shù)進行拼裝外，重點核查格柵節(jié)點的連接情況和噴混情況，混凝土噴射時要保證其密實平整無空洞、厚度滿足要求、養(yǎng)護到位、無滲漏，特別是連接板周邊不易噴實的部位。圖4為初支格柵制作、拼裝與噴混。

圖4 初支格柵制作、拼裝與噴混

對于“勤量測”，要嚴(yán)格按照國家和地方標(biāo)準(zhǔn)要求，對應(yīng)測項目堅持監(jiān)控測量，重點保證數(shù)據(jù)真實有效，對于施工過程出現(xiàn)的失效測點要及時進行補充測量。

2.3 提高人員安全素質(zhì)

控制施工安全風(fēng)險最關(guān)鍵的是要提高各級人員的安全素質(zhì)，包括各級管理人員的安全素質(zhì)，也包括一線施工作業(yè)人員的安全素質(zhì)，進行安全宣傳、教育和培訓(xùn)是提高安全素質(zhì)最為直接且有效的方法。對于管理層，培訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)以法律法規(guī)、安全風(fēng)險要點、崗位安全生產(chǎn)責(zé)任等內(nèi)容為主，對于一線施工人員，培訓(xùn)內(nèi)容應(yīng)以危險源知識，安全技能和應(yīng)急處置措施等為主。所有建設(shè)者均應(yīng)認(rèn)真參加培訓(xùn)，提高安全素質(zhì)，才能具備更強的防范技能和風(fēng)險意識。

3 案例分析

3.1 區(qū)間概況

長春地鐵2號線建設(shè)街站—文化廣場站區(qū)間采用盾構(gòu)法+暗挖法施工，區(qū)間長度581.069 m，盾構(gòu)區(qū)間隧道在K30+241.775～K30+391.905下穿和部分側(cè)穿吉林大學(xué)地質(zhì)科學(xué)學(xué)院(原長春地質(zhì)學(xué)院)學(xué)生三宿舍(后文簡稱“吉大宿舍”)樓體及一處居民樓(圖5)。區(qū)間側(cè)穿右線距吉大宿舍樓最小距離僅為0.3 m，最大距離16.17 m；區(qū)間左線下穿吉大宿舍樓，側(cè)穿左線距離居民樓的最小距離為3.31 m，最大距離為7.89 m(圖6)。區(qū)間隧道距離吉大宿舍樓基礎(chǔ)為8.6～9.3 m，距離居民樓約11 m。盾構(gòu)區(qū)間采用襯砌環(huán)預(yù)制鋼筋混凝土管片，隧道管片內(nèi)凈空為5 400 mm，環(huán)寬1 200 mm，環(huán)向分6塊，管片厚度為300 mm，混凝土強度等級為C50，抗?jié)B等級≥P10。

圖5 區(qū)間與下穿樓房平面位置關(guān)系

圖6 區(qū)間與西配樓、宿舍樓剖面位置關(guān)系

3.2 周邊建筑物概況

3.2.1 吉大西配樓與宿舍樓

經(jīng)多次深入調(diào)查，吉大宿舍樓與西配樓設(shè)計建造于20世紀(jì)40年代，吉大宿舍樓為地下1層、地上主體4層，局部5層的磚混結(jié)構(gòu)房屋，建筑平面布局為L型，采用毛石基礎(chǔ)；西配樓為兩層磚混結(jié)構(gòu)房屋，采用毛石基礎(chǔ)。吉大宿舍樓抹灰層脫落嚴(yán)重，部分墻體存在裂縫，地下室滲水，4層走廊頂板存在過火現(xiàn)象、木質(zhì)板損毀嚴(yán)重；西配樓為日偽時期建造，實際使用年限約70 a，由于經(jīng)歷過改造，內(nèi)部承重墻出現(xiàn)了較大開洞，內(nèi)隔墻被部分拆除，存在自由墻肢的現(xiàn)象，造成墻體在平面布置上不閉合(圖7)。門窗老化嚴(yán)重，局部漏水。

圖7 吉大西配樓與宿舍樓風(fēng)險源現(xiàn)狀

3.2.2 樓房附近管線情況

該工程位于老城區(qū)，管線錯綜復(fù)雜，結(jié)合既有管線資料和先查踏勘，該區(qū)域存在燃?xì)狻⑴潘?、給水等重要管線，如圖8。

圖8 現(xiàn)狀管線資料圖

3.2.3 工程地質(zhì)情況

根據(jù)地勘資料，區(qū)間下穿風(fēng)險源段主要穿越②3層粉質(zhì)黏土和②4層粉質(zhì)黏土。本區(qū)間存在兩層地下水，第一層為表層潛水，第二層為泥巖裂隙水(圖9)。本區(qū)間未見砂層，淺層承壓水缺失。

3.3 風(fēng)險要點

該工程位于老城區(qū)，環(huán)境風(fēng)險中建構(gòu)筑物老、破、舊，管線錯綜復(fù)雜，存在燃?xì)?、排水、給水等重要管線，建構(gòu)筑物及管線距離區(qū)間較近，本地可借鑒經(jīng)驗較少。本工程涉及的主要風(fēng)險點有：由于盾構(gòu)始發(fā)時發(fā)生栽頭、左右姿態(tài)偏差造成的風(fēng)險；盾構(gòu)機到達(dá)空推段前，隨著刀盤前方巖土逐漸減少，盾構(gòu)機對前方巖體的擾動也逐漸增加，到達(dá)部位有失穩(wěn)風(fēng)險；在盾構(gòu)施工過程中，擠壓、擾動還會使土體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生固結(jié)，導(dǎo)致地面沉陷、地面建構(gòu)筑物傾覆、管線滲漏以及管線滲漏引發(fā)的次生風(fēng)險；施工過程中因監(jiān)測項目不到位、監(jiān)測數(shù)據(jù)沒有及時處理而造成的塌方風(fēng)險、建構(gòu)筑物傾覆和管線被破壞風(fēng)險等。

圖9 文化廣場站—建設(shè)街站區(qū)間地質(zhì)剖面圖

3.4 盾構(gòu)下穿樓房施工方案及控制要點

開工前深入調(diào)查建構(gòu)筑物信息，重點核查其地下室、基礎(chǔ)形式，建構(gòu)筑物基礎(chǔ)形式為毛石基礎(chǔ)，地下室無支護結(jié)構(gòu)；復(fù)核現(xiàn)場管線與調(diào)查資料相符的情況，匯總至圖8中；結(jié)合勘察數(shù)據(jù)，確定應(yīng)對風(fēng)險措施為對下穿和部分側(cè)穿的吉大西配樓與宿舍樓下方隧道穿越區(qū)域斜向下和正下方進行深孔注漿加固，加固形式如圖10所示；并對既有建筑物基礎(chǔ)進行袖閥管加固，加固方式如圖11所示。

圖10 區(qū)間下穿吉大西配樓與宿舍樓風(fēng)險源關(guān)系圖

風(fēng)險控制要點：施工前詳細(xì)核查周邊環(huán)境風(fēng)險信息是否與現(xiàn)場一致，并對建筑物基礎(chǔ)及上部結(jié)構(gòu)建立嚴(yán)密的監(jiān)測網(wǎng)，實施連續(xù)監(jiān)測；工程周邊地下管線密集，施工前應(yīng)對附近地下管線做充分細(xì)致的調(diào)查，查明既有各種管線及相互關(guān)系，尤其是燃?xì)?、熱力、污水、上水等主要管線，施工期間應(yīng)加強對市政管線(尤其是污水管、燃?xì)夤?等重要設(shè)施的安全監(jiān)測。要求參建各方認(rèn)真按管理規(guī)定完成建設(shè)程序，設(shè)計按要求完成規(guī)定的審查，施工按要求完成專家評審、崗前培訓(xùn)、交底、會審、條件驗收等工作。施工時，嚴(yán)格按照施工方案進行，不得任意省略，最大限度地保證工程質(zhì)量安全。根據(jù)目前的實施結(jié)果，該區(qū)間已順利完成施工，工程質(zhì)量控制措施有效。

圖11 吉大西配樓與宿舍樓基礎(chǔ)加固形式

4 結(jié)語

暗挖法施工法作為目前地下工程的主要施工方法正在被廣泛應(yīng)用，但是本施工法也面臨著較大的施工風(fēng)險和施工難度。質(zhì)量安全控制是工程建設(shè)質(zhì)量管理的重中之重。暗挖法施工質(zhì)量安全的控制要點有：

1)保證水文地質(zhì)資料、環(huán)境風(fēng)險等資料詳盡有效；

2)保證施工質(zhì)量，加強施工風(fēng)險控制，認(rèn)真做好降水及超前探測工作，施工時嚴(yán)格執(zhí)行“十八字方針”；

3)提高工作人員和管理人員的安全意識和素質(zhì)。

本文通過對地下工程暗挖法施工所面臨的風(fēng)險點進行了梳理分析，總結(jié)出了地下工程暗挖法施工質(zhì)量的控制要點，最大限度地對風(fēng)險進行防控，提高工程質(zhì)量，保障人身財產(chǎn)安全，并為同業(yè)人員提供技術(shù)參考。