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北京地铁隧道穿越密集民房超前预加固地层施工

方案探讨

2008-12-29 17:45:00 来源：中国自动化网 浏览：78 网友评论 0条 点击查看

摘 要：北京地铁5号线崇(文门)一东(单)区间渡线大断面全段穿越明清密集民房区，为确定合适的超前预加固措施，有效控制沉降，分别对水平旋喷和大管棚方案进行计算和分析，并从工期和经济方面进行对比，为决策提供参考。 关键词：地铁；大断面；水平旋喷；超前大管棚 1、工程概况

北京地铁5号线崇文门一东单区间隧道，全长621.063m，隧道出崇文门车站后，沿崇文门大街逐渐向东偏移至长安街后到达5号线东单车站。区间隧道为双线隧道，左右线间距16.5 m。在地铁5号线K7+535.79处设新建5号线与既有1号线的联络线。考虑运营时，地铁1号线与既有5号线之间车辆互通，在区间的左右线间设单边渡线，渡线、联络线与区间正线形成3个交叉口大断面，均在密集民房下穿过。

2、 工程地质与水文地质 根据钻探资料显示，左右线在K7+45.3～K7+342.93段隧道上部为中粗砂层，含砾石；下部为卵石圆砾层，地层自稳能力差，易塌方。在K7+342.93～K7+672.393段隧道从第四纪冲洪积层中通过，顶部为粉土层，中上部为中粗砂层，含砾石，中下部为卵石圆砾层。 渡线段上覆土层最薄处仅有4.5～6 m。

隧道穿越的区域内有3层地下水，从上至下依次为：上层滞水、潜水、承压水。地下水径流方向与地铁5号线近于直交。 3、 隧道断面形式

区间隧道渡线共有7种断面形式，从大到小依次包括：3个交叉口的最大断面H形断面(14.455 m×10.955 m)、G形断面(12.84m×8.8m)、F形断面(11.4m×8.556 m)、E形断面(10.1 m×8.255 m)、D形断面(8.5 m×7.425 m)、C形断面(7.2 m×6.65 m)、B形断面(6.6 m×6.70 m)。 4、施工环境

区间隧道全部位于崇文门内大街下方，右线上方东侧主要为1层～3层密集民房及重要商业区，多为明清时期建筑，墙体为浅基础夹心泥胚墙，且年久失修。根据鉴定，现有施工范围内58座民房(约16000m2)，其中有52座民房(占90％)为危房，约99％墙体已出现不同程度裂缝，其中裂缝宽度最大的达15 cm。左线隧道上方沿纵向分布有上水管、污水管和雨水管3条管线，其中污水管距隧道顶仅1.4m。危房及管线对地层的沉降变形非常敏感，为保证上方民房及管线安全，设计单位要求在开挖中将地表沉降控制在15mm以内。 5、施工方案

5.1 水平旋喷

(1)水平旋喷的特点及参数

由于渡线段拱部位于粉细砂层地段，低压渗透注浆难以形成连续致密的注浆体，不能有效地起到超前支护作用。若加大注浆压力，则会对地表造成不良影响，这种情况下可采用水平旋喷方式加固地层。水平旋喷的特点：①桩体之间能相互

咬合，刚度较大，能有效减少土体位移；②水平旋喷仅对成桩范围内的土体进行加强，对其余部位的土体扰动小；③旋喷桩可以互相搭接咬合形成一个止水帷幕外壳，而避免了其他方法注浆时无法互相搭接，并易造成涌水涌砂。 水平旋喷参数如下：

旋喷桩长15 m，有效长度14m，预留1 m搭接；外插角30～40；桩体直径400mm；桩体中心间距300mm，咬合100mm；注浆压力砂土22MPa，粘土25MPa；注浆材料为水泥浆，配合比为W：C=(0.5～0.6)：1，为缩短浆液的凝胶时间和提高桩体的早期强度，加入一定比例XPM添加剂；注浆流量80～90 L／min；喷嘴个数为1个～2个；桩体抗压强度15 MPa，抗剪强度3～4 MPa；旋喷进钻时注浆压力3～5 MPa，退钻时注浆压力20～25 MPa；喷嘴的旋转速度为16.5 r／min，钻进或退出速度为20cm／min。 水平旋喷每个循环需施作67个。 (2)旋喷桩的施工

施工旋喷桩需要一定的操作空间，在距离工作面4 m范围沿原隧道边墙和拱顶轮廓线外扩60 cm，另外边墙再加高30 cm，以便放置施工钻机。施作旋喷桩之前，对工作面进行封堵，厚度不小于20cm。 旋喷桩施工流程：放样定桩位→安装水平旋喷桩钻机和高压泵→成孔下钻杆带浆至设计位置→第一次高压旋喷至设计位置→第二次高压重喷到设计位置→清洗管道及设备→移至新孔。 每个循环旋喷桩完成后，在拱部及拱腰部位布置3个检查孔，检查孔从两桩之间钻进，长度与桩长相同。根据钻孔情况判明桩体咬合及固结情况，如效果不能满足要求，则在薄弱部位补充旋喷桩，并在其余部位重新钻孔检查。 5.2 超前大管棚

大管棚是保证施工过程中地层的安全稳定、控制施工引起的地表沉降的常用措施。对钢管注水泥砂浆及水泥浆，以增加钢管的刚度并加固钢管之间的土体；为防止管棚间及管棚下土体塌落，造成大面积超挖，在大管棚钢管的间隙中，施作小管棚支护，使大管棚、小导管与初期支护形成棚架结构体系，共同承受管棚上部荷载。

(1)设计参数与施工流程

大管棚采用管径108 mm、壁厚7.5 mm的无缝钢管，管长15 m，布设在拱部1800范围内，环向间距25cm，纵向搭接2 m，外插角10～50。钢管为有孔(?6)花管，管内注水泥砂浆及水泥浆，注浆压力0.3～0.4MPa。 大管棚施工工艺流程：施工准备→测量定位→安设导向架→钻机进场就位→钻孔→插入管棚钢管→孔口密封处理→管棚注浆→效果检查→结束。 (2)大管棚施工

长管棚采用3 m的管节，管节之间用丝扣连接。为保证同一截面上管接头数小于50％，顺序相连3根管棚的第一个管长分别为2、3、4m，之后均为3 m。 施作大管棚前，施作钻机操作空间，操作空间的尺寸与旋喷桩的要求相同。因大管棚施作时间较长，为避免工作面长时间暴露造成坍塌，先用20 cm厚的网喷混凝土封闭工作面，并在工作室上半断面施作10 m临时仰拱，以减少结构下沉。

在管棚工作面前搭设钻机操作平台，由测量放出隧道开挖轮廓线，沿隧道开挖轮廓线外扩20 cm画出钻孔的位置。移动钻机至钻孔部位，调整钻机位置，使钻机转轴、钻杆与设计的管棚孔在一条直线上，并用仪器量测这一直线的角度。

管棚注浆分两步完成，第一步注入M20水泥砂浆，等浆液充分收缩后，第二次注入水泥浆，以使管棚填充密实，水泥浆的水灰比为W：C=0.8：1。 6、开挖及支护

渡线段大断面采用“双侧壁导坑法”施工，每一部开挖完成后，均立即施工初支形成封闭环。封闭后及时进行初支背后回填注浆，控制拱顶及地表沉降。 超前支护后，开挖①部，预留核心土，及时架立格栅、中隔墙、仰拱，①部尽快成环。

预留合适的台阶长度，开挖②部，及时架立格栅、中隔墙、仰拱，②部尽快成环。

与左侧断面错开合理的距离后，右部开挖③部，预留核心土，及时架立格栅、中隔墙、仰拱，③部尽快成环。

于③部预留合适的台阶长度，开挖④部，及时架立格栅、中隔墙、仰拱，④部尽快成环。

预留合适的台阶长度，开挖⑤部，及时架立格栅、仰拱，使⑤部尽快成环。 于⑤部预留合适的台阶长度，开挖⑥部，及时架立格栅仰拱，使⑥部尽快成环。 7、施工监测

为确保施工中隧道上方建筑物安全，应制定严密的地表沉降监测方案，根据监测结果对施工进行管理。

监测测点布置于建筑物墙体，距地面20～50 cm。沉降监测仪器采用精密水准仪。

监测采用三级管理，将允许值的三分之二作为警告值，允许值的三分之一作为基准值，警告值和允许值之间称为警告范围。实测值落在此范围，即提出警告，采取施工对策，预防最终位移值超限；实测值落在基准值以下，说明隧道和围岩是稳定的。

8、施工进度及经济对比 (1)施工循环时间 采用旋喷桩，用2台钻机施工，完成渡线段超前加固需要4 550h。采用管棚，用2台钻机施工，完成渡线段超前加固需要6400h。 (2)经济对比

根据渡线粉细砂及粘土段长度，分别对采用旋喷桩和长管棚的施工方案作出施工预算，利用旋喷桩时预算价为792．61万元，利用长管棚时预算价为479.77万元。 9、结论

对于水平旋喷桩，桩体之间能相互咬合，形成连续的壳体，整体承受荷载，施工工艺比管棚操作简单，预算造价比管棚的超前支护要高，但所用工期较短；对于管棚，是单梁组合受力，且管棚要制管、钻孔、注浆，工序较繁杂，预算造价比水平旋喷要低，但所用工期较长，综合现场操作、工期、造价等因素，选用水平旋喷的方式更优