深覆土复杂地层联络通道明挖法研究及施工

吴鹏

中铁二局第四工程有限公司 四川成都 61030

1 概述

随着我国城市都市化发展，作为城市轨道交通主要运输工具，地铁因运量大，速度快，节省土地，噪音小，污染小等优点，全国各大城市陆续开始建设地铁，截至2018年10月，中国已开通的城市地铁已有36个。地铁联络通一般设置在区段中部，承担着连接，防火，集、排水等作用，因施工的特殊环境要求，通常会采用比较成熟完善的设计施工方法，尤其会根据地面条件以及地层等进行比选，一般采用矿山法+注浆加固法，矿山法+冻结加固法施工，本文以北京地铁7号线东延高施区间联络通道及泵房矿山法+冻结加固法改明挖法+局部矿山法施工方法，介绍在深覆土复杂地层中及地面条件较好的联络通道施工的非常规方法和技术，结合施工中可遇到的风险进行设计施工方案优化，并用来指导相同或类似其他联络通道施工。

2 高施区间及联络通道情况

2.1 区间及联络通道结构尺寸

高楼金站-施园站区间线路起于高楼金站，出高楼金站后沿群芳南街向东铺设，下穿颐瑞东路，随后右线线路以351.5m半经、左线线路以375m半径向南偏转，下穿张家湾车辆段后，到达施园站。本区间在高楼金站后设置盾构接收井，在施园站前设置盾构始发井。

区间采用明挖法+盾构法施工，区间设联络通道兼泵房一座。

联络通道及泵房结构断面为拱顶直墙断面，初支结构开挖尺寸为高4.87m，宽3.9m，初支结构厚度0.25m，二衬结构净宽2.8m，净高2.8m，顶板及侧墙厚度为300mm，底板厚度为350mm。泵房位置初支结构开挖尺寸为高7.60m，宽3.4m，初支结构厚度0.25m，通道线间距为22.08m。覆土约为23.9m，上方无现状管线。

图1 联络通道及泵房结构断面图

2.2 工程地质及水文情况

联络通道及泵房拱顶位于黏质粉土⑧层，侧部主要为粉质粘土⑧层、细砂⑨层，围岩稳定性很差，施工过程中容易发生坍塌，需要及时支护。

根据详勘报告，联络通道及泵房大部分位于含水细砂层，地层水文情况为潜水（二）含水层为细砂⑤，水位标高9.21m，承压水（一）含水层为细砂⑦，水头标高8.26m，承压水（二）含水层为细砂⑨，水头标高3.66m。

2.3 周边环境

联络通道位于新城乐居小区对面，场地目前为闲置空地，施工影响较小，施工周边环境条件较好。

3 方案优化

3.1 原设计方案情况

联络通道及泵房采用矿山法+冻结法加固方案施工。

高施区间盾构右线隧道贯通之后，开始进行联络通道的冻结孔、冻结站安装、积极冻结等工序施工。最后进行联络通道开挖及二衬施工。

3.2 方案优化

联络通道采用矿山法+冻结法加固施工方案，需高施区间盾构隧道单线贯通后方可实施加固，从冻结孔施工开始至二衬施工完毕，需工期110天。该方案优点是：适用地层含水丰富，可行性较强，工艺成熟，安全性教高，无污染，对地面环境无任何影响；缺点：需在单线隧道贯通后，方可实施，周期长，每道工序均在工期关键线路，如果工期紧，存在交叉施工，甚至影响铺轨。预算费用约660万元。

联络通道采用明挖法+局部矿山法施工方案，需临时占地，解决地下水的问题，并在高施区间盾构推进至联络通道前10天完成结构。该方案优点是：适用地层含水较小，可提前施作联络通道兼泵房竖井范围内结构；较原方案节约工期89天。缺点：开挖过程中风险较高，水文地质复杂的情况下，需配合降水施工。预算费用350万元

综合地表施工环境，工期，工程费用，安全质量可以保证等因素，采用明挖法+局部矿山法施工方案，即可节约工程费用，又可缩减工期，是优选方案。

3.3 施工方法

联络通道采用明挖法倒挂井壁法施工，竖井开挖尺寸15.5m×4.8m，竖井深31.53m。竖井与盾构区间隧道之间部分采用矿山法施工，初支开挖宽度4.1m，高度5.67m。首先施做竖井锁口圈梁，待锁口圈达到设计强度后，向下开挖竖井，并施做初期支护；在竖井开挖过程中同步进行两侧竖井与隧道之间土体深孔注浆加固；待区间正线盾构推过竖井后，分区、分段凿除马头门范围井壁混凝土；并同步架设通道格栅钢架，然后采用台阶法开挖剩余部分联络通道。

竖井两端均为区间正线隧道，盾构管片中部距竖井初支结构预留距离为0.344m，拱部距竖井初支结构2.122m，底部距竖井初支结构距离为2.699m。

为保证施工安全，先开挖竖井并做好深孔注浆，然后施做竖井范围内的联络通道及泵房二衬结构，待区间右线盾构掘进侧向穿越竖井后，开始台阶法开挖右线端头剩余部分联络通道，同理，待区间左线盾构掘进侧向穿越竖井后，开始开挖左线端头剩余部分联络通道，开挖完成后开始进行联络通道环梁二衬施工。

4 主要施工工艺及要点

4.1 施工工艺流程图

图2 联络通道及泵房施工工艺流程图

4.2 施工控制重点

明挖法倒挂井壁法施工的施工重点有三个方面：

（1）地下水丰富且情况复杂，开挖范围共存在存在三层地下水，其中有两层为承压水，开挖过程易出现流砂、管涌等现象，造成周边地表沉降过大。必须保证降水效果，确保无水作业、确保开挖安全。

应对措施：

开挖前打设降水井将周边地层水位降到结构线以下；

根据设计图纸及地勘报告中对于地层情况的描述，对于砂层地质开挖前，应打设超前小导管注浆，确保开挖面施工安全；

当基坑开挖至承压水标高上1-2m时，进行试开挖，探查承压水对基坑开挖的影响后再继续往下开挖；

（2）联络通道及泵房竖井开挖深度大，达到31.534m，重点要确保基坑开挖支护过程中的安全质量。

应对措施：

施工前进行地质补勘，查清竖井范围内具体地质情况分布，在施工过程中要针对实际地质情况采取相应的施工应对措施；

施工过程中做好测量控制，防止井位偏斜；开挖是严格控制进尺量，并及时架设格栅钢架并挂网喷射混凝土，确保土体稳定；

施工期间，做好临边防护及提升设备的运行管理，避免出现安全事故。

加强监控量测，做到信息化施工。

（3）待区间正线盾构机侧向通过竖井后，需从竖井内向区间隧道方向开马头门施工剩余部分联络通道。作业时需将原有竖井初支结构拆除并支立联络通道初支结构，必须保证破除过程中结构顺利的进行受力转换。

应对措施：

破除马头门前对前方土体进行深孔注浆加固，并取芯试验满足设计要求；

破除过程中按顺序分区、逐段破除，出现异常情况立即停止作业并恢复初支结构；

破除后立即支立联络通道格栅钢架并将之与竖井初支结构紧密连接，形成共同受力；

作业过程中加强竖井收敛及地面沉降监测，及时反馈信息用于指导现场施工。

4.3 施工要点

（1）倒挂井壁格栅及支撑施工。土方开挖后及时架立格栅，格栅钢架在场外加工成品。格栅钢架间距750mm/500mm，误差不大于±50mm，安装前将格栅下浮土及其他杂物清理干净，格栅架立时，要求全断面内每一循环步长的格栅，应架设在同一平面内，步距差-5至+5cm，格栅纵向通过连接筋连接成一体，连接筋间距1m，内外双层梅花形布置，连接筋与连接筋采用直螺纹机械连接，在格栅内外侧设置Φ6@150×150mm钢筋网片，网片搭接长度不小于一个网格，格栅架设完成后，及时喷射混凝土进行封闭。

竖井中部设置两道工22a工字钢对撑，四个角部设置工16角撑，型钢支撑端头与钢板焊接，格栅连接点采用角钢、螺栓连接，格栅与型钢支撑间采用钢板焊接连接。安装型钢支撑时将型钢端头的钢板与格栅钢架中对应部位的钢板焊接牢固，焊接施工符合有关设计及规范要求。边开挖边支护，每次进尺一榀格栅距离，型钢横撑同格栅拱架一同架设，确保结构不受偏压。

图3 竖井初支格栅钢架总装图

（2）二衬混凝土施工。联络通道及泵房二衬施工依照先下后上、先中间后两边的顺序进行施工。

纵向共分为4个步骤依次进行二衬施工，首先进行竖井范围内的二衬结构施工，待两侧矿山法段初支开挖完成后进行剩余部分二衬施工，将联络通道及泵房与区间隧道接驳，结构施工顺序如下图所示。其中步骤①为泵房结构范围，无需拆除竖井支撑；步骤②需拆除竖井部分对撑，步骤③、④需拆除竖井部分角撑。

图4 二衬施工纵向、竖向步序图

竖直方向需按照底板、侧墙、拱顶的顺序依次进行二衬结构施工，且施工时仅拆除结构范围内的竖井型钢支撑，严禁超拆。即在施工底板时，仅拆除底板结构范围内的角撑或对撑，待底板结构完成后方可拆除侧墙结构范围内的型钢支撑，拱顶部分也需在侧墙二衬结构施工完成后方可拆除对撑或角撑。

5 结语

采用明挖法+局部矿山法施工，结合施工过程中的地表监测、水平收敛等监测数据分析，均处于控制值内，该工法不仅缩短了施工工期，节约预算成本，避免了对铺轨施工干扰，施工过程安全、质量也得到了有效的保证。同时根据后期效果来看，对深覆土地下水较发育的复杂地层和地面条件较好的联络通道施工，具有较大的借鉴意义。