1、工程概况
孖雅区间矿山法段隧道在里程DK7+503~DK7+524.6 (21.6m) 范围下穿正在运营中的深圳地铁9号线孖岭站~上梅林站盾构区间隧道。矿山法隧道开挖面洞顶距地铁9号线盾构隧道底高度为3.2m, 隧道洞身穿越土层主要为微风化混合岩, 地表为彩田路与梅林路十字交叉路口, 车流量大。根据既有地铁9号线上孖区间纵断面设计图中显示矿山法隧道下穿9号线盾构区间处地质为强、中风化混合岩, 矿山法区间隧道地质为中、微风化混合岩, 与地铁10号线设计图纸中地质基本相符。该区间地表水不发育。根据其赋存介质的类型, 沿线地下水主要有二种类型:一是松散岩类孔隙水, 主要赋存于第四系松散地层中, 另一类为基岩裂隙 (构造裂隙) 水, 主要赋存于块状强风化、中等风化带及断裂构造裂隙中, 略具承压性。
2、穿越过程的主要施工措施
2.1 超前地质预报
为保证下穿既有地铁9号线盾构区间段隧道开挖安全, 地质超前预报纳入工序管理, 以便探明前方地质状况, 及时调整施工方案采取有效的控制措施, 避免发生塌方、涌水、突沙, 突泥等险情。
2.1.1 超前地质预报方法
根据具体情况, 分别采用长、中、短相结合的方法开展预报工作。综合对多项预测预报手段所得的资料进行综合分析与评判, 相互印证, 并结合掌子面揭示的地质条件、发展规律、趋势及前兆进行预测判断, 根据超前地质预测预报结果, 相应优化施工方案、开挖方法、超前加固手段、泄水释压方案、支护措施, 以确保施工安全及结构安全。
2.1.2 前方地质判别方法及应对措施
在探测孔钻进过程中, 认真观察记录, 记录内容包括以下几个方面:
(1) 钻进速度变化
钻进速度正常说明前进方向岩层与掌子面岩层基本一致;速度快可能是变软层;卡钻可能是破碎或断层;不冲击不转动就推进应是空洞;不冲击只转动推进是泥岩或泥砂土等。
(2) 颜色鉴定
孔口排出的风水岩粉的颜色, 是体现各地质段岩性的主要特征。由于风动冲击锤钻进, 随孔的加深, 岩粉互相混淆, 对岩层很难准确鉴别。为准确鉴别各岩层段, 在钻进一定深度时, 应先放水再开风冲洗净孔内残留岩粉, 多冲洗几次, 把混淆岩粉洗净再钻进, 用这时采获的岩粉进行鉴别。
(3) 钻进过程中的涌水量
在钻进过程中如果探孔打设工程中的涌水量过大, 可能导致隧道围岩土体的流失, 容易造成突泥、突水的险情, 应停止钻进并堵塞孔口, 立即开展注浆工序, 采用双液浆进行堵水固结。待注浆体达到设计强度后方可进入开挖, 深孔钻孔可采用前进式注浆固结, 固结后再前进钻孔。
(4) 成孔后出水量、水颜色变化及泥沙含量
根据成孔后的出水量, 确定前方地层的含水量, 根据含水量的大小来修正围岩等级;同时观察流出水中是否携带泥沙及水中泥沙含量。
从以上几个方面现象对前方地质情况进行综合分析进行地质判别。在围岩较差的情况下, 拱架架设完成后应及时封闭掌子面, 必要时进行超前小导管注浆, 防止发生涌水、突泥、突沙。
2.2 采用深孔注浆进行超前加固
对下穿既有地铁9号线段洞顶强风化混合岩可能出现的富水情况, 通过超前深孔注浆, 充填和堵塞地层中的缝隙, 降低注浆地层的渗水系数, 减少隧道开挖时的渗水量, 并能固结砂层和松散体, 提高围岩的自稳能力, 减少开挖过程中因失水严重造成过大沉降。
深孔注浆总体施工步骤:止浆墙施作——孔位布置——钻孔下管——深孔注浆——破除止浆墙开挖。工艺流程图详见下图2-2-1所示:
浆液采用水泥-水玻璃双液浆, 体积比1:1。注浆前, 对双液浆进行配比试验, 考虑深孔注浆浆液在管中输送时间较长, 为避免堵管, 控制凝胶时间在45s左右。在正式注浆之前, 先选择部分管位进行预注浆加固, 其目的一是将止浆墙与土体间间隙填充密实, 二是通过注浆将前方土体部分裂隙水挤出并用浆液填充, 起到预加固效果, 注浆压力控制在0.4~0.6MPa。正式注浆时, 孔位注浆顺序自下而上, 先两边后中间, 隔孔注浆。注浆终压力控制在2.0~2.5MPa。
2.3 静态爆破
下穿隧道位置前后12m范围的开挖采取静态爆破, 严格控制一次开挖进尺不超过1m, 及时封闭成环, 降低隧道开挖对既有盾构隧道的影响。
(1) 采用底部分区爆破, 上部静态破碎施工方案。底部分3个区域爆破, 先逐孔逐段在隧道底部中间掘进一个高2.4m宽1.8m的小断面, 再在底部左右两侧分别刷炮逐孔逐段起爆;上部采用静态破碎方式开挖。
(2) 为保证爆破效果和降低噪声, 所有炮孔都堵塞炮泥。炮泥的湿度不能过大, 以炮泥机制作能成型, 但又不会出现塑性变形为准。
(3) 全部采用导爆管簇联起爆网路, 采用激发针起爆。
(4) 钻孔与堵塞。平行于隧道形成的临空面布水平孔, 孔径φ40~φ50, 布孔5排左右, 排距0.25m, 间距约0.3m。堵塞用木塞或炮泥, 堵塞长度0.2m左右。
(5) 选用K系列快速膨胀剂, 配合热敏剂膨胀药卷一起使用。
(6) 注入药剂3~10h后, 岩石便可开裂。对于大片岩层, 开裂后的岩层还不能用普通挖掘机直接装运, 还要用液压炮机对开裂后的岩层进行再破碎, 直到能用挖掘机顺利地挖掘为止。
2.4 爆破时间控制
下穿既有地铁9号线区间, 矿山法区间隧道爆破作业时, 避开既有地铁9号线地铁车辆进站时间, 爆破作业前安排专人与孖岭站运营公司工作人员在9号线孖岭站站台层关注车辆进出站情况, 地铁车辆停靠站台时不允许爆破, 待地铁车辆走出车站1~2分钟后, 方可通知现场爆破人员进行起爆。爆破前应对车站等候车辆乘客做好相关解释、告知工作, 避免爆破震动造成乘客恐慌, 发生不安全事故。
2.5 施工监测措施
(1) 监测方法及监测系统构成
自动化监测系统由数据采集单元、数据传输单元、监测控制单元、数据分析处理单元及监测信息发布单元这几部分构成。自动化监测系统保证长期在线连续运行, 其软件系统具有实时监测数据报警能力, 其监测项目数据及报警信息能进行无线方式传输, 以便有关方随时掌握工程的安全动态情况。
(2) 监测区段定义和分区管理
根据施工工法进行分类, 将既有线监测阶段划分如下:
A、施工危险区:指正在施工的隧道掌子面与既有运营地铁隧道最近距离≤10m;或对既有线注浆加固施工。
B、施工风险区:指正在施工的隧道掌子面与既有运营地铁隧道最近距离10m~20 m;
C、施工影响区:指正在施工的隧道掌子面与既有运营地铁隧道最近距离20m~30 m;
D、一般施工状态区:即施工影响区之外的范围。
(3) 布点原则
1) 监测断面布置遵循左右线对称原则, 在受施工影响的既有隧道工法变化的部位、车站与区间结合部位、车站与风道结合部位以及马头门处等部位均设置变形监测断面, 监测点数按工程结构、地层状况和周边环境确定。
2) 在施工隧道与既有线正交区段监测断面按5m布置一个, 其余区段按10m布置一个, 在特殊地质地段和周围存在重要建 (构) 筑物时, 监测断面适当加密。布点范围:矿山法下穿区段最外端应位于下穿区域外延伸不少于50米。
3) 监测点布置:隧道区间范围内每个断面布置4~5个监测点, 横断面上各监测点的布置应遵循近密远疏的原则, 同时对各监测点采取保护措施。
(4) 监测内容
主要监测内容包括如下几点:1) 既有线路道床变形监测;2) 既有线隧道主体结构沉降、水平位移监测。
(5) 监测周期及频率
监测周期从施工开始至影响地铁设施的分部工程结束后三个月, 直到监测数据变化稳定时止;一般施工状态区的监测数据变化速率小于0.01-0.04mm/d时可认为已进入稳定阶段, 方可停止监测。具体监测频率如下表所示。
(6) 监测控制指标
影响既有线路的控制指标应按既有线隧道的目前状态确定, 应在施工前对既有线隧道进行三维激光扫描和现状调查, 根据扫描和现状调查结果确定控制指标。
(7) 监测点布置
对下穿9号线孖岭-上梅林盾构区间左、右线轨道道床进行自动化监测, 监测长度55m, 监测断面间距5m。每个断面布置5个监测点, 道床2个, 侧壁2个, 拱顶1个。
(8) 监测信息反馈
穿越过程中, 严格按既定施工方案作业, 自动采集到的监测数据都未达到报警值, 比较好地控制了既有线路的安全运行。
2.6 应急措施
2.6.1 对地表沉降的预防及处理措施
在开挖过程中及时对地面沉降观测结果进行整理, 以获得开挖参数与沉降点的关系, 一旦发生变化及时调整各项参数;并对地面紧邻建筑物进行加固, 运用优化施工参数的方法, 进一步控制地面沉降曲线的特性指标, 满足环境保护要求。当地面沉降变化值较大时, 加密观测点, 加强主要人员现场值班。建立严格的沉降量测控制网络, 及时定期进行监测, 以备必要时采取措施来确保安全运行和减少对周围环境的影响。
2.6.2 隧道结构变形、轨面下沉、地面沉降过大的应急措施
当结构变形、轨面下沉、地面沉降超警戒值时或速率过大时, 立即采取如下措施:
(1) 及时通报地铁部门, 并配合地铁运营部门采取相应措施, 必要时可提请运营单位采取限速措施。
(2) 正确判断引起沉降的原因, 如遇断层土质过软、水量较大, 停止开挖、加急对开挖面注浆加固, 避免沉降的进一步恶化。
(3) 如地层情况良好, 沉降可能由围岩应力释放变形引起, 加强对初支背后的注浆填充。
(4) 加大注浆力度, 提高浆液注入量弥补岩体损失, 以减缓继续下沉的速率, 控制轨面进一步沉降。
(5) 增加沉降区域施工监测频率与观测期, 及时反馈沉降速率与沉降值, 建立沉降时程曲线以便对比分析。
3、穿越后主要措施
初期支护施作完毕后, 为加固初支背后由于开挖受扰动的围岩及填充喷射混凝土可能有的空隙, 以最大限度地减少围岩松动和地表沉降及结构渗水, 在初期结构封闭成环3天后即进行初期支护背后回填注浆。同时, 继续关注监测数据, 根据数据反馈及时采取相应的措施保证既有线路的安全和新建隧道的稳定。
4、结语
穿越既有线路是目前地铁施工中常见的情况, 本工程在以上施工措施的严格执行下, 较为顺利地穿越了既有九号线区间隧道。但在穿越过程中, 需动态地根据超前地质预报、注浆效果以及监测数据及时灵活调整施工方法和步骤, 方可较安全地穿越;同时应收集施工过程的各项信息以便指导后续其他线路的施工。其他类似穿越工程由于地质、水文及环境等方面的差异, 以上措施仅供参考, 应因地制宜调整相关施工工法, 利用信息化施工手段确保施工质量和安全。
摘要：随着各大城市轨道交通网络建设的不断深入推进, 在城区核心地段新建线路穿越既有线路的情况不可避免。穿越过程中一般既有线路都处于营运中, 因此作为线路施工重难点和最大的风险源, 必须采用超前地质预报等措施探明线路实际地质情况, 提前对线路土层进行预处理, 并做好相关应急措施和储备应急物资;在穿越过程中, 根据施工监测数据反馈随时评估施工方案的适用性, 最终安全地穿越既有线路。本文结合深圳十号线孖雅矿山法隧道穿越既有九号线施工实例, 总结矿山法隧道穿越既有线路的重难点, 根据项目实际情况如何合理地施工组织并选择相应工法进行穿越, 供相类似的工程施工借鉴。
关键词：超前地质预报,注浆,施工监测,应急措施
参考文献
[1] 《城市地铁矿山法隧道下穿既有线深孔注浆技术》城市建设理论研究2015, 5 (24) 作者张潇
[2] 《零距离下穿既有运营车站浅埋暗挖矿山法双线隧道施工关键技术》水利水电施工2016 (5) :34-40作者陈克强陈嘉龙
[3] 《隧道施工超前地质预报研究现状及发展趋势》岩石力学与工程学报2014, 33 (6) :1090-1113作者李术才刘斌孙怀凤聂利超钟世航
[4] 《自动化监测在盾构下穿地铁既有线中的应用》中国城市轨道交通勘测技术发展学术交流大会2013作者谭雪