摘要：针对下穿高架桥区间隧道明挖施工，结合现场高富水砂卵石地层、低净空、管线多、缓和曲线结构等多种影响因素，经多方案比选论证，最终研究采取管线迁改和保护、隔离桩加固、钢筋笼分节地下连续墙施工、伸缩臂+拉槽+台阶土方开挖、侧墙大型钢模板、监控量测等施工关键技术，成果解决了高架桥下施工困难、安全风险高、施工成本高、渗漏水风险大等问题。
关键词：高架桥；高富水砂卵石地层；区间隧道明挖法；管线迁改和保护；伸缩臂+拉槽+台阶土方开挖；分节和凹楔形钢筋笼；大型钢模板；监控量测
0 引言
地下铁道工程，已成为城市基础设施建设工程的重要组成部分，可以有效提高城市公共交通服务水平，而下穿高架桥、高层建筑等复杂建（构）筑物成为趋势，其施工方法不仅要从经济性、有效性、可靠性、可实施性等具体条件考虑，而且还要考虑安全性。基于呼和浩特一号线三间房车辆段出入段线区间（一）四线并行明挖区间，下穿高架桥，低净空、近桥墩、高水位高流速砂卵石复杂地层、管线多、位于缓和曲线上，选择有效的施工工艺以及合理的施工机械是本工程的重难点。因此研究一种下穿高架桥高富水砂卵石地层隧道明挖施工关键技术具有重要工程指导意义。
1 工程概况
1.1工程简介
三间房车辆段出入段线明挖区间（一）最大坡度为26‰，有45m结构下穿西二环鄂尔多斯高架桥，区间与高架桥成60°夹角，桥下净空约6m，区间与桥桩承台净距约3.59m、4.9m、5.55m、6.10m，结构位于缓和曲线上。围护结构采用钢筋笼分节地下连续墙，基坑内设一道砼支撑和两道钢管支撑，中间设置格构柱，基坑安全等级为一级。主体采用地下两层箱体框架的结构形式，在满足限界要求下，设置内隔墙。明挖区间段宽度约20m~38m，结构底板埋深约18m~23m。采用明挖顺做法施工。
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区间与高架桥关系图
1.2 工程地质及水文地质概况
1.2.1、地层岩性
拟建工程场地位于第四系上更新统～全新统冲洪积层（Q3-4al+pl），该大层厚度为15.9~23.7m，经过对基坑内的地质土层进行取样分析，发现地面向下 4.3-15.8m的实际地质和设计地质存在偏差，其中卵石、中（粗）砂和圆砾分部区域不均匀、局部层厚变化较大，其它地层地质和设计地质基本吻合，无较大差异。
经过现场实际地质取样，发现 7-14m 区域范围内含有粒径为20cm左右的漂石，粒径较大的漂石占总体积的 0.3%。
1.2.2 水文地质
经现场钻孔实测，地下水类型为潜水（二），历史最高水位高程为1045.6m，地下水位埋深约10m。
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明挖区间（一）纵断面图
2 区间隧道明挖施工关键技术
2.1 地下管线保护关键技术
2.1.1 主要控制管线
DN300给水管，DN1200砼雨水管，DN800砼污水管，TR300、TR450天然气管，10kv供电管线，监控、信号、移动、联通、电信等弱电。
2.1.2 施工关键技术
（1）管线保护流程
收集管线资料—实地堪踏—情况报告—人工开挖—管线迁改（管线保护）
（2）给水、雨水、污水、天然气管道保护
明挖区间东侧存在2条DN300/DN450的燃气管道和1条DN300的给水管道，施工前需将其改至已经完成的西二环路站结构顶板上；明挖区间南北两侧的污水、雨水、给水及热力管道，施工前徐将其改至已完的西二环一期明挖区间顶板上，雨污水设计为永久改迁，给水和热力为临时改迁，待二期主体结构施工完成后需回迁至原有位置。
（3）强弱电管线保护
根据现场管线实际情况，主要采取以下3种保护方案。①当管线束较少，在冠梁施工时预埋钢环，当冠梁强度达到要求后，用钢丝绳、花篮螺栓、卡扣进行悬吊；②对于10kv高压电缆，余量足够摆放在混凝土支撑上时，为了安全起见，混凝土支撑施工时，在混凝土原有设计高度的基础上加高二十公分，留槽15cm（宽）*20cm（高），铺设橡胶隔离板，把电缆放入槽内，在槽口上面整体安装10mm钢板，宽度20cm，用膨胀螺丝固定。③当电缆管束较多，跨度较大，重量较重，无法用钢丝绳悬吊，采用非加强型贝雷梁进行管线悬吊，满足挠度要求。
2.2 低净空地下连续墙施工关键技术
2.2.1 总体方案
收集国内外低净空围护结构施工资料，通过对钻孔桩+止水帷幕、咬合桩、传统地下连续墙、双轮铣槽机、低净空地下连续墙等工艺从地质、成本、止水效果、净高、工期方面，结合止水帷幕施工在有限空间区域内采用小型潜孔冲击高压旋喷钻机现场试桩检测结果综合优选，最终确定采用最经济、最有效、最合理的低净空地下连续墙施工，采用800mm厚地连墙，墙幅标准宽度5m、6m，局部根据情况调整。
2.2.2 关键技术
（1）高架桥下地下连续墙施工机械选择
高架桥下地连墙按幅段划分，共有17幅，每幅宽度均为5m，为“一”字型，据实地量测，高架桥离地面6米左右，受净高限制，一般地连墙成槽液压抓斗无法施工，项目部通过类似工程调研，技术创新，现场施工过程论证，及施工监测等一系列研究方法，创新采用改装型SGL-40液压抓斗成槽机，满足桥下施工。
（2）分节钢筋笼100%同截面连接及吊装技术
分节过多，钢筋笼整体的刚度削弱，会同设计采用100%同截面一级钢套筒连接，共27m，分6小节，在钢筋笼吊装工艺上，项目部定制一台净高7m，净宽6m的30t小跨径龙门吊，满足桥下行走，性能指标符合国家要求。
（3）管线处凹楔型钢筋笼拼幅及平移技术
由于桥下有3束10KV高压管线无法迁改，分节钢筋笼无法入槽，创新采用凹楔型钢筋笼施工，成槽前对管线进行保护，以管线为界，钢筋笼一边作成楔形，一边做成凹型，两小幅钢筋笼入槽后进行平移拼接，既满足了幅宽，又保证了质量、安全。
（4）接头防绕流及砂袋替换接头箱技术
分节钢筋笼H型钢两侧设两道止浆铁皮；接头箱无法使用，创新采用砂袋替换，根据现场试验，采用0.018m³的砂袋填充密实，防止钢筋笼偏移和绕流。
2.3 深基坑施工关键技术
2.3.1 总体方案
围护结构采用地下连续墙+支撑的形式，方案比选采用管井潜水泵对基坑内的水量进行疏干，基坑土方开挖采用伸缩臂+拉槽+台阶施工。
2.3.2 关键技术
（1）深基坑端头土方履带式伸缩臂提升施工技术
为解决端头土方开挖效率问题，经过方案优化，引进了一台履带式伸缩臂抓斗，斗容量1.7m3，提升速度1.7m3/min，适用于深度不大于25m（深度可以根据伸缩臂可伸长长度调整）、出土工作面小、操作空间小的各种土质的地铁区间深基坑端头土方开挖施工。
（2）掏槽检缝制度
呼市土砂结合的地层特点，避免基坑开挖过程中发生涌水、涌砂等现象，在基坑开挖前应遵循 “掏槽检缝”制度；在每一层地连墙接缝处掏槽开挖深度2m，宽度为1.5m，确保无渗水后再进行开挖。
（3）拉槽反压土留设
土方开挖总体开挖顺序是：从明挖区间由西端向东端开挖，横向分段、竖向分层，台阶式后退挖土，分台阶配合安装钢支撑，马道从东边端头拉槽，设置坡度不大于25%的坡道供自卸汽车直接开至基坑第一道钢支撑深度处运输基坑内土，拉槽马道宽度为12m左右，围护结构两侧预留反压土宽各4m，并留置坡度，保证围护结构稳定。
2.4 侧墙大型钢模板施工关键技术
2.4.1 总体方案
明挖区间段宽度约20m~38m，属于超过一定规模的大跨度框架结构，侧墙施工模板多采用木胶板，模板背后需要间隔设置背楞、横撑、斜撑及对撑，支撑密集，操作较小，资源投入多，且为人工施工，施工缓慢，影响了机械及人工作业效率。通过方案优化，结合实际将区间侧墙模板材料调整为大型钢模板，充分利用钢材材质的强度高、刚度大、不易变形、拼缝严密、表面平整光滑的优点。
2.4.2 关键技术
（1）底板侧墙倒角模板
由于主体结构位于缓和曲线上，侧墙呈曲线，底板上翻侧墙部分定位是关健，施工时在底板钢筋上放出侧墙的边线，5m测放一个点，同时测设出板面的标高，并做好标记，模板安装就位好之后，在模板上钻眼穿φ14拉筋，拉筋靠结构内侧和侧墙或底板主筋焊接，外侧利用蝴蝶扣和钢管横肋连接固定。
（2）大型钢模板选择
经过专业验算建模计算后，侧墙模板采用大型钢模，由专业厂家订做，单块钢模板尺寸为4.5m（高）×2.0m（宽），单块调节模板尺寸为1m（高）×2.0m（宽）。钢模面板厚6mm，次楞采用双12#工字钢，间距自下而上依次为250、1000×5、500、1000、1000mm；支架竖向背楞采用单22b#工字钢，支架斜撑为Φ102×12mm无缝钢管，丝杠为Φ60mm圆钢。
（3）侧墙大型钢模板施工要点
①施工流程：施工准备—埋件位置放样—埋件系统埋设—侧墙防水、钢筋施工—模板位置放样—模板吊装安放—检查验收
②地脚螺栓角度：人工埋设间距控制要精确，角度合理，一般与底板面或腋脚成45度夹角，焊接牢固，浇筑混凝土时避免碰触防止预埋件位置偏移。
③模板密封：墙体模板以与墙体平行的方式，拼装时根据定位点控制垂直度，并将模板与模板侧面的拼缝采用密封条密封，先期施工缝边缘整体弹线切槽，模板下口固定在底板混凝土面上，并用双面胶条粘贴。
④板面调节：调节单侧支架上的斜向支撑丝杠，使墙体模板上口略向墙内倾斜，混凝土浇筑利用侧压力向外侧推模板达到浇筑后混凝土表面垂直平整的目的。
3.安全保证措施
3.1 高架桥加固措施
区间地连墙外皮与桥桩净距约3.59m、4.90m、5.55m、6.10m，在基坑与每个桥桩之间设置Φ钢管隔离桩共144根，用高压旋喷机成孔，成孔压力始终控制在0.8-1.0Mpa之内，吊装Φ219钢管，壁厚8mm，检查分节钢管焊接质量。焊接长度为10-15mm，高度为8mm，均超过管壁厚的2/3，满足要求，M20 砂浆配制采用搅拌站统一拌制，运送现场，用溜槽灌注即可，同时留做同条件试块。
3.2 止水措施
（1）地下连续墙接头处理措施
依据周边环境特点，地下连续墙接头采用H型钢接头，地连墙接缝处不施做附加止水措施，根据钢筋笼分节长度，型钢连接采用坡口焊接。
（2）基坑开挖止水措施
在基坑开挖前对存在安全隐患的地下连续墙接缝，应进行背后注浆或旋喷止水等加强措施。
若在基坑开挖过程中发生渗水、漏水等现象，迅速进行堵漏，避免基坑内外形成水位差，桥桩下沉，发生安全事故；堵漏方法根据涌水情况用水不漏、堵漏王、速凝水泥以及背后注浆等措施。
（3）主体结构完成后止水措施
主体结构渗漏水治理主要采用注浆法，效果明显，注浆材料一般用无溶剂柔弹聚氨酯树脂灌浆料和改性环氧灌浆料等。
4.监测信息化技术
4.1基坑监测
为确保施工期间安全及正常使用，必须加强管线、围护结构、基坑、周边建筑物以及道路等设施的监控量测，做到信息化施工。
4.2 监测对象
本区间施工期间着重做好高架桥监测工作，主要监测对象为地下连续墙、钢筋混凝土/钢支撑、周围地表土体、地下水、建（构）筑物、地下管线、城市道路及其他市政基础设施。
4.3监测信息反馈
根据施工监测技术规范要求，对现场巡视未发现异常，通过监测数据可知基坑结构变形在安全可控范围内。
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5.结语
呼市地铁车站和明挖区间地层多为高富水砂卵石地层、地下水位约10m，且呼市地区明文要求限制开采地下水，禁止降水。立足工程本身，结合高架桥下低净空、近桥桩、管线多、缓和曲线结构、周边建（构）筑物、工艺参数等条件，研究出以下多种施工方案：（1）对桥下横跨基坑管线进行迁改和保护，一方面管线得到了有效保护，另一方面加快了施工进度；（2）低净空钢筋笼分节地下连续墙施工，既论证了方案可操作性，又保证了施工质量；（3）基坑土方开挖采用伸缩臂+拉槽+台阶结合施工，工效得到了提升，同时对高架桥影响降到最低；（4）侧墙大型钢模板施工，作业方便、工序循环时间短、费用节省，且提高机械利用效率、加快施工进度、减少资源投入、确保施工安全、提高混凝土外观质量；（5）高架桥钢管隔离桩加固措施，桥桩的竖向及水平累计最大沉降/位移得到了控制，保障了施工安全；（6）止水措施的应用，减少了施工风险，提高了施工质量。
通过现场施工，论证了该下穿高架桥高富水砂卵石地层隧道明挖施工研究具有指导作用，为同类工程施工积累了宝贵的经验，推广应用前景良好。
参考文献：
［1］姜玉松，地下工程施工技术研究，武汉理工大学出版社.
［2］李生梅，兰州地铁在富水砂卵石地层条件下区间隧道施工方法研究，科技创业家，2018年10月下。
［3］杜峰.近距离低净空下地下连续墙成槽技术研究与探讨[J].隧道建设，2015（2）：160-166
论文作者:郭晓峰
论文发表刊物:《基层建设》2019年第31期
论文发表时间:2020/4/2
标签：基坑论文; 管线论文; 区间论文; 高架桥论文; 地层论文; 钢筋论文; 结构论文; 《基层建设》2019年第31期论文;