地铁区间重叠隧道施工与监测
2015-06-15
1.概述
某地铁为平行换乘站，所处路段为商业街，两侧建筑物密集，地下管线错综复杂，往来车辆速度快、密度大，人流密集。本场地地下水按赋存条件主要为基岩裂隙水。基岩裂隙水主要赋存于基岩裂隙中，区间隧道洞身处于地下水水位以下，叠落区间围岩拱顶、边墙、隧底均为：中风化钙质板岩、中风化辉绿岩，岩体较破碎，围岩级别为Ⅳ级。
进站区间隧道采用上下重叠的方式与车站相连。上层隧道采用矿山法施工，下层隧道采用盾构法施工，目前下洞盾构区间已经贯通，上洞隧道后行施工，重叠隧道近接距离为上、下行区间外侧轮廓线净距变化范围左线从2.83m渐变至4.46m；右线从0.71m渐变至3.43m。如图1、图2所示、图3、图4所示。
2 施工风险及对策研究
2.1 施工风险分析
隧道叠落段埋深20m，隧道顶部覆盖层较厚，根据已有施工经验，上导洞施工不会对地面产生较大影响。主要是由于重叠隧道上下洞之间大部分外轮廓间距较小，钻爆法暗挖施工过程中可能由于爆破震动、土压卸载等原因造成对下行既有盾构隧道的结构破坏、管片脱落及裂缝、隧道漏水、不均匀沉降等不良影响，因此，研究的对策主要是针对既有结构超小净距（最小净距0.7m）近接施工的情况下，通过优化施工工序、减少爆破振动、对下洞盾构区间采取保护措施以及加强监控量测等方面入手，最大限度地减小爆破施工对既有盾构区间的影响。
2.2 对策研究
地铁区间重叠隧道近接施工国内已有先例，但采用爆破施工尚属首次，本工程现状工程下洞采用盾构法已经现行施工完成，后行爆破施工的区间隧道在已施工完成的盾构区间的上方，属近接上穿既有结构物的暗挖施工，钻爆法施工间距逐渐接近已完的盾构区间，必须提前界定不同影响程度的里程桩号，分别给出相应的控制措施。
研究正确的施工工序和开挖方法、加强监控量测、严格控制爆破振速、以及采取有效措施对下导洞进行加固保护等是本项目研究的重点。
3 施工技术方案
3.1 施工工序及开挖方法
标准地铁区间外轮廓为6.3X6.5m马蹄形隧道，施工中采用台阶法开挖，因此左右线上台阶距盾构区间结构净距约4～8m，这个施工净距接近于正常状态下的隧道暗挖净距，因此，在严格控制爆破程序情况下，按照“管超前，严注浆；短进尺，弱爆破，强支护；快封闭，勤测量”的十八字方针正常施工，完全可以满足结构安全要求。
下台阶的施工根据情况划分段落，由于下台阶与盾构结构相距太近，按照萨道夫斯基公式计算爆破振速来评价对近接结构影响已不适用，根据实践经验确定净距大于2.5m的下台阶作为一个处理措施单元；净距在0.7～2.5m的下台阶作为另一个处理措施单元。对于下台阶净距大于2.5m的段落，属于小净距开挖，需要采取特殊爆破措施，施工过程中加强对既有盾构区间的加固与保护；对于净距在0.7～2.5m的下台阶，爆破振速呈几何级数增长，不宜采用爆破法施工。根据以上原则，该段落各段施工方案如下：
1、左、右线上台阶爆源（掏槽孔位置）距盾构区间结构净距均大于4m，在严格按照十八字方针条件下正常施工。
2、左线下台阶，爆源（掏槽孔位置）距盾构区间结构净距为2.83m～4.45m，可进行爆破作业，但必须采用特殊处理措施，降低爆破振速，减轻爆破震动对既有盾构区间的影响，同时对既有盾构区间采用有效的保护措施。
3、右线下台阶，爆源（掏槽孔位置）距盾构区间结构净距为0.71m～3.43m，距离过近，不适宜爆破施工作业，建议用非爆破法开挖。目前非爆破法开挖主要有人工开挖、静态爆破和单臂掘进机等，目前这三种方法本工程中均有使用，技术比较成熟，实际采用时刻根据工期、造价、施工人员准备等方面综合考虑进行比选。
3.2 叠落区间爆破方案
根据已确定叠落段施工工序，上行区间隧道采取台阶法分部开挖，台阶的长度在1～1.5洞径左右。上台阶爆破总体采取光面爆破的施工工艺，导爆管段位依掏槽眼、辅助眼、周边眼的次序由低到高，确保爆破的充分性及有效性，这样爆破后有利于形成光洁圆滑的岩面。上台阶爆破采用常规爆破方案，这里不再赘述。
根据“早成环”的原则，下台阶应及时跟进，如前所述，左线下台阶需采用特殊控制的爆破方法进行分层爆破开挖，即将下导分为两层进行开挖。层1按正常爆破开挖，一次性爆破面积较小，降低一次爆破用药量。层2可视围岩情况采取人工开挖或再次弱爆破施工。这项措施虽然实施较复杂，但理论上延长了爆破作用距离，减少了一次爆破总装药量，这就有利于降低爆破质点振速，减低上行区间爆破作业对下行区间不良影响，起到了一定的保护作用。下台阶孔网及装药参数如表1所示。炮孔布置如图5所示。
为了最大程度的降低爆破震动对下层围岩的不良影响，对常规爆破参数采用以下改良措施。
1）改良炸药性质。现行爆破施工采用的是Φ32mm的粉质乳化药卷，单卷质量为0.15kg，考虑到小净距、弱爆破的要求，可以采用更小直径的药卷，降低单卷药量。
2）优化孔网参数。适当合理的加密炮孔布置，同样能达到减少用药量的目的。将上导掏槽孔上移，延长爆破作用距离，降低爆破作用影响。
3）增加导爆管段位。导爆管数量的增加有利于孔外微差、分段起爆，降低一次性同时起爆的炸药量，同样达到预期的爆破效果。
4）下导周边眼进行预裂爆破，采取的是隔孔装药，留出空孔，由于存在爆破层裂效应，空孔可以泄出爆破产生的高能气体，减轻对围岩的振动；实行多段位单孔起爆，，降低单段药量，有利于减弱不良爆破振动、保护下行区间围岩稳定。 5）周边眼装药后不必进行填塞，辅助眼需填塞。
3.3 既有盾构区间的处理措施
在矿山法施工上行洞之前，对下行既有盾构区间结构采取如下加固及保护措施：
1）应从下层盾构隧道对上行隧道为开挖的仰拱进行注浆加固，保证管片背后的密实度，对松散岩体要及早进行预注浆加固。
2）在下层隧道设置临时内支撑系统，临时内支撑至少在下洞影响范围24m长度内连续设置，超前上洞掌子面6m，内支撑系统宜采用洞内临时支撑台车，采用液压油缸顶推，橡胶轮作为管片支点，满足300m半径曲线段施工要求，保证每环管片均有至少7个支点支撑
3）下行盾构区间施工时，应调整好盾构机的施工姿态，控制掘进土压力和出土量，严格控制盾尾同步注浆和二次补注浆，加密监测频率，对监测数据及时分析并反馈，必要时根据监测结果及时调整设计参数，叠落段影响范围内不停机，且开挖过程中上下区间掌子面最小距离20m
4）上行隧道在开挖过程中对下行盾构隧道造成的扰动，在盾构隧道相应位置应及时进行背后注浆工作，对盾构隧道管片进行补强。
5）施工过程中根据各段落施工的渐进性以及监控数据及时调整施工参数及控制措施，最大限度地减小对既有盾构区间管片结构的危害，如施工中对已完盾构管片形成损害，宜进行评估，形成专家处理意见后由盾构施工单位在上行区间初期支护完成后进行修补。
3.4 控量测
结合本工程的实际情况，拟将爆破振动检测、洞内外及支护状况观察、水平净空收敛、拱顶下沉、地表下沉、建筑物沉降、地下管线沉降等项目作为施工监测必测项目，对必测项目进行加密，对地面沉降及建筑物内沉降实行每日一次监测；将建筑物倾斜、锚杆轴力及抗拨力、围岩内部位移、支护和衬砌内应力及裂缝、钢支撑内力及外力作为选测项目，同时配备选测项目所需的设备，必要时实施选测项目。
地面量测断面间距平均7m，地面沉降点布设根据施工情况特殊断面可加密。各测点布置在同一个断面内，每个断面应包括1个拱顶沉降点、2组水平收敛测点、8组应力监测点和4～5个地表沉降观测点，爆破震动测试根据现场实际情况布点。
4 结语
本区段施工必须按照不同处理措施单元采用的成套措施严格控制，精心组织、精心施工，实施过程中采取PDCA管理模式对施工技术采取动态化管理，缩短开挖进尺，开挖后及时支护并做好回填注浆工作，加强监控量测，根据现场地质条件及监测数据反馈及时进行技术调整，确保下行既有盾构区间结构的安全。
