矿山法在隧道下穿匝道桥桩施工中的应用

【摘 要】 南京城际快速轨道南京南站两端区间隧道工程，由于工程大，下穿高铁道匝道桥桩，施工风险非常高。工程施工采用矿山法技术，工程获得了成功。工程地基周围范围，隧道地层未发生变形超限、塌方，周边地层未出现明显变形，也未使匝道桥桥墩发生沉降、位移、起桥下市政道路沉降不均、出现裂缝。本文对本工程地面路上匝道桥桩情况、矿山法隧道施工方案、隧道成功下穿匝道桥桩技术等进行了详细总结。

【关键词】 隧道施工 匝道桥桩 矿山法 下穿

1 工程概况

1.1 工程基本情况

南京至高淳城际快速轨道南京南站至禄口机场段工程南京南站两端区间隧道土建工程，本工程分站前和站后区间隧道，站前5号风井至5A号竖井为两座并行单洞单线隧道，5A号竖井至南京南站为一座单洞双线隧道，长199.53m；站后南京南站至6号竖井为两座并行单洞双线隧道，分别长120m；6号竖井至7号竖井为一座单洞双线隧道，长141m。区间隧道布置示意图见图1所示。

1.2 工程匝道桥桩情况

工程双线隧道分别在江南路、六朝路下面侧穿高铁南京南站北联络道匝道桥桩基，其中南京南站至6号竖井区间的两座并行单洞双线隧道均下穿高铁南京南站北联络道匝道桥。工程下穿匝道桥段落情况如图2所示。

江南路匝道桥桩基下面靠近隧道左侧的两个承台下面分别有4根φ1200钻孔灌注桩，桩底标高为-15m；靠近隧道右侧的两个承台下面分别有2根φ1800钻孔灌注桩，桩底标高为-15m。左侧桩身与隧道净距为4.523m，右侧桩身与隧道净距为3.592m，其桩底比隧底低13.047m。

六朝路匝道桥桩基下面靠近机场线隧道左侧的两个承台下面分别有4根φ1200钻孔灌注桩，桩底标高为-6.4m；两线间的匝道桥的两个承台下分别有2根φ1800钻孔灌注桩，桩底标高为-6.6m；S3线隧道南侧匝道桥的两个承台下分别有4根φ1200钻孔灌注桩，桩底标高为-5.4m。机场线隧道与其北侧桩身净距为5.115m，隧底比桩底高4.384m；两线间的桩身与机场线隧道净距为5.32m，桩底比隧底低4.584m；与S3线隧道净距为3.1m，桩底比隧道底低4.575m；S3线隧道与南侧匝道桥桩身净距为7.873m，隧底比桩底高3.437m。

1.3 隧道下穿匝道桥桩风险

①区间下穿北联络道匝道桥可能引起周边地层变形明显，引起匝道桥桥墩发生沉降、位移等情况，也会引起桥下市政道路沉降不均，出现裂缝等Ⅲ级风险事故。

②暗挖隧道施工。由于施工隧道地层变化大，拱顶部分为粉质粘土、强风化粉细砂。施工中可能由于开挖方法不当、支护不及时、变形超限，仰拱未及时成环，注浆效果差等原因可能引发塌方或结构破坏等Ⅲ级风险事故。

2 矿山法隧道施工方案

2.1 总体方案

①在隧道下穿开挖施工前，在隧道上的地面铺设厚度为30mm的钢板。区间双线隧道下穿北联络道匝道桥期间，采用CRD工法、非爆破方法进行开挖。②区间隧道超前支护采用108洞身大管棚+42单层超前小导管，施工时，按照CRD工法分部开挖步序进行分部打设。③区间隧道下穿北联络匝道桥期间，采取地面根中注浆措施。④侧穿匝道桥桩基时，在隧道拱腰和边墙位置，增加打设42超前小导管、R25注浆径向锚杆。

3 矿山法隧道施工技术

3.1 道路地面上铺设厚钢板

①测量放样钢板铺设区域。技术人员采用全占仪把区间隧道下穿北联络道匝道桥段落隧道洞身侧壁边线并外放2m宽度进行放样。②沿着线路方向，在放样区域铺设30mm厚钢板，铺设区域长度为整个道路，横向宽度不少于放样区域宽度。钢板铺设时，每块钢板长边同车轮行走方向一致，相邻钢板点焊在一起，点焊位置间距50cm。

3.2 超前支护

3.2.1 长管棚施工

①区间双线隧道下穿北联络道匝道桥段落均采用长管棚超前预支护，管棚采用φ108×6的无缝钢管，长度可以根据实际情况确定，每节长4～6m，以丝扣连接而成。钢管与钢花管交叉布置，施工时先打设钢花管并注浆，然后打设钢管，以便检查钢花管的注浆质量。管棚设置在拱部150°范围内，其环向间距40cm。钢花管上钻注浆孔，呈梅花形布置。钢筋笼由四根主筋和固定环组成，主筋直径为Φ18，固定环采用φ42短管节，节长3～5cm，将其与主筋焊接，间距按1.5m设置。②钻孔采用宜化双联凿岩机CL-140型干成孔。粘土层采用水成孔方式。③管棚施工工序：施作导向墙、制作钢花管安装钻机钻孔清孔、验孔顶进管棚钢管注浆。④管棚施工工艺：本项目双线隧道下穿北联络道匝道桥和市政道路采用CRD工法分部开挖，超前支护为108长管棚。

3.2.2 超前小导管施工

超前小导管均采用φ42×3.5无缝钢管，长4.5m，环向间距0.4m，外插角10°设于拱部150°范围，注水泥浆加固。施工工艺流程如下：

施工准备注浆孔位布置钻孔清孔导入小导管安止浆塞浆液配制注浆焊上钢管未端挡圈结束。

为防止注浆漏浆，在小导管的尾部用胶泥麻筋缠箍成楔形，以便钢管顶进孔内后其外壁与岩壁间隙堵塞严密。钢管尾端外露足够长度，并与格栅钢架焊接在一起，但顶入长度不小于钢管长度的90%。

小导管注浆采用活塞式电动注浆机压注浆，注浆压力为0.5～1.0MPa，一般按单管达到设计注浆量作为结束标准。当注浆压力达到设计终压不少于20分钟，进浆量仍达不到注浆终量时，亦可结束注浆。

3.3 袖阀管注浆施工

袖阀管布置在北联络道匝道桥承台两侧，间距1m，袖阀管直径98。打设时袖阀管与地面夹角为45°，管口与匝道桥承台具有一定距离，管底在承台下。

3.3.1 工艺原理

采用袖阀管注浆预防渗漏水和袖阀管注浆处理渗漏水原理，该处理方案实施时，可预先注入水泥浆，待渗漏水处可见水泥浆时，表明浆液已进入渗水路径，即可注入双液浆。尤其需注意合理调整双液浆配合比，使其凝胶固化时间适当，以便能充分堵塞渗水路径。

3.3.2 施工工艺特点

①袖阀管是一种只能向管外出浆，不能向管内返浆的单向闭合装置。灌浆时，压力将塑料阀管小孔外的橡皮套冲开，浆液进入地层，如管外压力大于管内时，小孔外的橡皮套自动闭合阻断浆液进入管内。②为防止承台受力不均，采用隔孔注浆、在承台两侧对称注浆。③在被加固的地层中，进行多点、定量、均衡的注浆，使得注浆体在地层中分布较为均匀，大大提高被加固地层段的整体稳定性。

3.3.3 质量控制要点

⑴造孔质量控制。注浆孔因为是45°斜向孔，孔与孔之间能否可靠地搭接是质量控制的关键，故造孔轴线形成的注浆斜面控制应严格要求。可采取以下措施保证造孔轴线45°：①钻机底座必须固定牢靠，使钻机在钻进时确保平稳。②每个孔在钻进前用水平尺测量钻机的水平度，利用垂球测量钻杆的倾斜角度，及时进行校正。③加强施工监测，在钻进过程中随时利用锤球对钻杆的倾斜度进行监控和调整。④当钻至设计深度后，必须通过钻杆注入封闭泥浆，直到孔口溢出泥浆时方可提杆。当提杆至中间深度时，应再次注入封闭泥浆，最后完全提出钻杆。封闭泥浆7d无侧限抗压强度宜为0.3～0.5MPa。

⑵注浆压力的控制。注浆压力一般与加固深度的覆盖压力、建筑物的荷载、浆液黏度、灌浆速度和灌浆量等因素有关。注浆过程中压力是变化的，一般情况下初始压力小，最终压力高，注浆压力一般应控制在0.2～0.5MPa之间。

⑶浆液比重控制。每20min测量1次浆液比重指标值，质检员应加大抽检频率。发现浆液比重不符合要求，应立即采取处理措施。

⑷拔管控制。注浆完毕后即拔管，若不及时拔管，浆液会把管子凝固住而增加拔管困难。拔管时宜采用拔管机。用塑料阀管注浆时，注浆芯管每次上拔高度应为330mm。拔出管后，应及时涮洗注浆管等，拔出管后在土中留下的孔洞，应用水泥砂浆予以填塞。

⑸流量控制。灌浆流量一般为20～45L/min。

⑹外加剂控制。为改善浆液性能，在水泥浆液拌制时加入外加剂，掺量通过试验确定。

⑺冒浆处理。土层上部自重压力小，下部自重压力大，注浆过程中浆液有可能在上层自重压力较小部分部位产生上拉现象，出现“冒浆”，此时可采用间歇注浆法。

3.4 洞身开挖

3.4.1 CRD法施工步骤

下穿北联络道匝道桥段落，区间隧道洞身开挖采用CRD工法分部开挖。CRD法施工时，隧道分成四部分分步开挖，施工步骤如图3所示。

⑴①部支护开挖：先做①部超前管棚，注浆加固地层，开挖洞室①部。然后做初期支护及中隔壁、临时仰拱、临时挂网喷砼，施工径向锚杆和锁脚锚管。

⑵②部支护开挖：先开挖洞室②部（①②部纵向错开20米），施做初期支护及下部中隔壁。

⑶③部支护开挖：先做剩余部位小导管并注浆，开挖洞室③部（③①部掌子面纵向错开20米）。再做初期支护、临时仰拱、临时挂网喷砼，施工径向锚杆和锁脚锚管；

⑷④部支护开挖：开挖洞室④部（④③部纵向错开20米），架设底部钢格栅并喷混凝土。

3.4.2 双线隧道CRD工法开挖支护技术措施

⑴快速进行挂网、架立格栅钢架、喷混凝土工艺，及时封闭初期支护，以减少地层松弛，最重要的是及时封闭仰拱。

⑵台阶长度按规范要求设置3～5m，根据实际情况适当缩短开挖台阶和各开挖分部的施工间隔，使初期支护尽快闭合，以控制围岩变形。

⑶严格格栅钢架安设标准。在格栅安装架设其间，钢筋格栅应垂直线路中线，控制标准：允许偏差为横向±30mm，纵向±50mm，高程±30mm，垂直度5‰。

⑷混凝土喷射应分片依次自下而上进行并先喷钢筋格栅与壁面间混凝土，然后再喷两钢筋格栅之间混凝土；每次喷射厚度为：边墙70～100mm；拱顶50～60mm。

⑸喷射混凝土2h后应养护，养护时间不应少于14d。

⑹为拱脚避免积水软化，开挖时，临时排水沟位置离拱脚不少于30cm；立拱架时，拱脚支垫在水泥块上，下台阶支护时及时拆除水泥块并连接下台阶拱架。

⑺初支完成后，背后及时填充注浆。

4 施工监测

现场监控量测必须贯穿整个施工过程的始终，下穿匝道桥段落，桥墩位移、地面沉降监测必须落实到位，严格按照审批后的监测方案进行实施，施工过程做到信息化指导施工。

5 结语

本工程采用矿山法隧道下穿匝道桥施工技术，由于实施了超前支护、袖阀管注浆、CRD分部洞身开挖等施工技术，顺利地下穿了匝道桥桥桩，施工过程中无任何施工安全事故，各项监测指标均满足要求。本次施工积累了地铁隧道下穿桥体的成功经验，对以后类似隧道下穿桥体等构筑物有一定的借鉴价值。

参考文献：

[1]袁竹.矿山法隧道下穿铁路沉降影响分区研究.西南交通大学，2010-05-01.

[2]赵巧兰，邬泽.莞惠城际铁路大断面矿山法隧道下穿高层建筑的影响分析.铁道标准设计，2012-12-20.

[3]蔺云宏，李冀伟，刘砚鹏，李岳.地铁隧道下穿既有建筑物的矿山法研究工业安全与环保.2013-05-10.