论文部分内容阅读
广州市地下铁道总公司
摘要：在岩溶地区进行轨道交通地下线路明挖车站施工，既要防止上部砂层的涌水，又要防止岩溶的坍塌和突涌水，施工风险大，影响范围广，需要在设计、施工中增加相应的措施防范施工风险。
关键词：灰岩；砂层；明挖
1、工程概况：
广州地铁九号线位于广州市花都区，是国内首条在全灰岩地区地下敷设的地铁线路，无论设计还是施工，都没有成熟的经验可循。从初步勘查显示，九号线沿线大部分地段分布的下伏基岩是石灰岩，灰岩岩溶发育强烈，大部分石灰岩岩面与上覆的第四系含水砂层直接接触，水文地质、工程地质条件非异常复杂。九号线共设10座车站，其中，花城路站是所有车站施工风险最大的。花城路站地层主要为人工回填土<1>冲坡积成因的粉细沙<3-1>、中粗沙<3-2>、砾沙<3-3>、软塑粉质粘土<4N-1>、可塑粉质粘土<4N-2>，下伏基岩为石炭系石蹬子组地层，主要岩性为灰岩。车站位于繁华闹市区，周边房屋、管线密集。车站南侧9米处有超过10座5-7层、使用时间较长的浅基础房屋，极易由于地层失水或者岩溶突涌水、砂层流失导致房屋损坏，另外，车站南北两侧密布供水、煤气、高压电等管线，地层的沉降容易发生次生灾害。为确保施工安全，业主部门协同参建单位在勘查设计与施工上，增加保障措施和和提高管理要求，最大限度确保了施工安全。
2、设计
2.1溶洞处理
在详堪阶段，车站进行钻孔79个，揭露有溶洞或土洞的钻孔52个，总见洞率65.8%。对详勘察成果分析，溶洞和土洞多为无充填或半充填状态，充填物多为淤泥质土或淤泥质粘土夹砂、夹岩块等，较松软。溶洞中往往地下水较丰富。溶土洞的处理应遵循岩溶处理、基底处理、围护结构、主体结构、抗浮方案、施工期涌水及运营期风险防治方案、投资控制等多方面综合考虑。根据相同地质车站的设计和试验经验，溶洞处理平面范围确定为车站主体围护结构外3m以内范围发现的无填充或半填充溶（土）洞，深度为底板以下2 m范围内已揭示的溶（土）洞，全部自地面进行加固处理。另外，为防止围护结构施工时出现塌陷，需进一步摸查施工位置的溶洞发育情况，在每幅连续墙位置布置两个超前钻孔，孔径为?100mm，钻孔深度应进入墙底下3m以上，用以探清墙底溶土洞情况并作为溶土洞处理时的注浆孔。
溶、土洞在进行填充处理前，以现有地质钻孔为基准，以按照间隔2m的间距向周围施做注浆钻孔，进行溶洞平面范围的试探测。确定溶、土洞边界后，在周边孔注双液浆控制边界，将注浆范围隔离，再在中间孔注单液浆。周边孔注浆压力控制在0.2～0.7MPa，中间孔注浆压力控制在0.4～1.0MPa；注浆压力逐步提高，达到注浆终压并继续注浆10min以上。
2.2.2 围护结构形式
围护结构采用地下800mm厚的连续墙+3道内支撑的支护型式。第一道为混凝土支撑。第二道仍采用混凝土支撑，这与其他线路的车站主体结构围护结构第二道采用钢支撑不同，加强了围护结构自身的抗变形能力，提高了基坑的安全系数。第三道钢支撑为Φ600，t=16mm的钢管撑，间距3m，在直线段对撑处采用2I45b钢围檩，采用Q235钢。连续墙的嵌固深度为基坑底面以下2m且嵌入基坑底中风化或微风化岩层不少于2m，若连续墙底为溶土洞，则连续墙底应穿透溶洞区域且满足嵌岩要求。考虑到砂层较厚，为增强围护结构的止水效果，在连续墙间设置两根直径600mm的旋喷桩。另外，为防止连续墙施工对房屋及管线的影响，南边连续墙外加设搅拌桩或两排旋喷桩止水帷幕，并在建筑物底步预留注浆管，在施工工程中对建筑物进行监测，建筑物变形达到警戒值时，则马上对建筑物进行跟踪注浆，确保建筑物在施工过程中的安全。
3、施工
由于花城路站受到借地、管线迁改、交通疏解等前期因素影响，开工时间较其他车站晚。而其他在相同地层情况的车站在溶洞处理、围护结构施工、基坑开挖过层中均出现过地面沉陷、围护结构渗漏水、基坑涌水甚至涌砂的险情，使参建各方在该站施工中保持高度警惕，采取各项措施提高安全系数，亦做好了应对险情的准备。
3.1 做好房屋鉴定和应急抢险准备
车站南侧的房屋由于基础简单、使用时间较长、距离基坑仅有9米，安全风险极大。在开工前，施工单位按照业主部门要求编制周边房屋基础调查报告、委托有资质的鉴定公司进行房屋鉴定，了解房屋状况。为确保出现险情时能及时疏散居民，施工单位通过联系街道、居委等部门和上门登记的方式，记录住户人数、联络电话等信息。完成基础资料收集后，业主和施工单位联合政府相关部门，编制抢险应急预案。在预案中包含疏散、临时安置、现场警戒、人员分工等内容，并按照方案进行了演练。在日常施工中，监理和施工单位人员定期对周边进行巡视，检查地面、房屋是否出现裂缝，并详细记录。
在基坑开挖阶段，为防止出现连续墙间渗漏水、砂或基底涌水涌砂，施工单位编制了应急预案，定期进行演练，现场准备了充足的抢险物资、机具。
第三方监测单位严格按施工图要求定期对房屋、地面、水位、连续墙变形、支撑轴力进行监测，对确保安全予以帮助。
3.3采用双轮铣进行连续墙成槽施工
车站连续墙成槽中，采用了德国宝峨公司生产的宝峨双轮铣。与传统的冲桩相比，其优点如下：
（1）适应性强，通过更换不同类型的刀具，即可在淤泥、沙、砾石、卵石以及中硬强度的岩石开挖，处理的岩层强度达50～100MPa。花城路站岩层的平均强度为70MPa，最高强度达到90 MPa，深度约20m，通过比选，采用BC40的双轮铣。
（2）钻进效率高，在本站施工中，平均1.5个小时就完成一个槽段三刀的砂层及泥层地层的成槽，铣齿损耗基本为零，在灰岩成槽中铣槽机平均0.76m?/h。一幅宽度为7.2m的槽段，铣槽机平均成槽时间为3天，而九号线其它相同地质的车站，采用冲桩机一幅宽度为6m的槽段成槽时间约7天，部分甚至偏孔需要多次修正，施工时间长达一个月。
开挖过程中垂直度的监测与导正
（3）成槽精度高，墙体垂直度可达0.3%以内。液压双轮铣装备DMS电子系统可时刻监控液压双轮铣的工作参数及位置，专业器械装置可对垂直度的偏差及时进行修正。在本站施工中，成槽施工后浇筑混凝土的方量与施工图相比，扩孔系数约1.17，而其他车站使用冲桩机扩孔系数约1.8，甚至达到2.5。铣槽机成槽既节约了混凝土用量，亦减轻了基坑开挖时处理侵限连续墙的时间和费用，
（4）铣槽机施工时噪音低，震动弱，对周边房屋扰动和居民生活影响小，在施工过程未接到关于房屋震动开裂的投诉。
（5）铣槽机切削渣通过反循环系统并经过泥浆处理系统的分离可重复利用，分离出来的砂可运送至现场指定的渣土存放区或直接运出工地。避免了施工时泥浆横流，工地文明施工较好。
尽管使用铣槽机的成本较高，但其施工时间短、震动小、成槽精度高，与冲桩机相比节约了工期和管理成本，确保了周边房屋的安全，减少对居民的生活影响，在该站中值得使用。
4、施工案例
在溶土洞处理阶段，在其中一处已探明溶洞进行处理时发现一土洞，洞高10米，施工单位发现浆液流失后，马上设立警戒线，对该土洞进行不间断注浆填充，先用双液浆封边，注360.16m?，再采用单液浆对基坑内注浆298.86m?处理完成后，地面稳定，溶洞检测后合格。
2013年某日夜间22：30左右，在基坑南侧中部某槽段进行成槽施工进尺至16.5m时，施工人员发现泥浆液面下降。施工单位快速采取浓泥浆回灌保压，之后泥浆液面保持稳定，再及时用土方回填反压。经测量和现场巡视，周边管线和地面没有发生沉降。应急处理完成后，对该区域的地质进行分析，槽段临近的勘察孔揭示没有溶洞。经过应急处理完成立即对该槽段四周进行钻孔注浆，经现场的钻孔，发现导向孔内侧12.4～13.5m的位置有一个0.9m的溶洞，外侧12.8～13.2m、14.5～14.9m有串珠状的溶洞。对溶洞孔灌注水泥浆，并对四周进行巡查，没有发现异常，测量复核没有发生沉降，后续溶洞检测合格。
摘要：在岩溶地区进行轨道交通地下线路明挖车站施工，既要防止上部砂层的涌水，又要防止岩溶的坍塌和突涌水，施工风险大，影响范围广，需要在设计、施工中增加相应的措施防范施工风险。
关键词：灰岩；砂层；明挖
1、工程概况：
广州地铁九号线位于广州市花都区，是国内首条在全灰岩地区地下敷设的地铁线路，无论设计还是施工，都没有成熟的经验可循。从初步勘查显示，九号线沿线大部分地段分布的下伏基岩是石灰岩，灰岩岩溶发育强烈，大部分石灰岩岩面与上覆的第四系含水砂层直接接触，水文地质、工程地质条件非异常复杂。九号线共设10座车站，其中，花城路站是所有车站施工风险最大的。花城路站地层主要为人工回填土<1>冲坡积成因的粉细沙<3-1>、中粗沙<3-2>、砾沙<3-3>、软塑粉质粘土<4N-1>、可塑粉质粘土<4N-2>，下伏基岩为石炭系石蹬子组地层，主要岩性为灰岩。车站位于繁华闹市区，周边房屋、管线密集。车站南侧9米处有超过10座5-7层、使用时间较长的浅基础房屋，极易由于地层失水或者岩溶突涌水、砂层流失导致房屋损坏，另外，车站南北两侧密布供水、煤气、高压电等管线，地层的沉降容易发生次生灾害。为确保施工安全，业主部门协同参建单位在勘查设计与施工上，增加保障措施和和提高管理要求，最大限度确保了施工安全。
2、设计
2.1溶洞处理
在详堪阶段，车站进行钻孔79个，揭露有溶洞或土洞的钻孔52个，总见洞率65.8%。对详勘察成果分析，溶洞和土洞多为无充填或半充填状态，充填物多为淤泥质土或淤泥质粘土夹砂、夹岩块等，较松软。溶洞中往往地下水较丰富。溶土洞的处理应遵循岩溶处理、基底处理、围护结构、主体结构、抗浮方案、施工期涌水及运营期风险防治方案、投资控制等多方面综合考虑。根据相同地质车站的设计和试验经验，溶洞处理平面范围确定为车站主体围护结构外3m以内范围发现的无填充或半填充溶（土）洞，深度为底板以下2 m范围内已揭示的溶（土）洞，全部自地面进行加固处理。另外，为防止围护结构施工时出现塌陷，需进一步摸查施工位置的溶洞发育情况，在每幅连续墙位置布置两个超前钻孔，孔径为?100mm，钻孔深度应进入墙底下3m以上，用以探清墙底溶土洞情况并作为溶土洞处理时的注浆孔。
溶、土洞在进行填充处理前，以现有地质钻孔为基准，以按照间隔2m的间距向周围施做注浆钻孔，进行溶洞平面范围的试探测。确定溶、土洞边界后，在周边孔注双液浆控制边界，将注浆范围隔离，再在中间孔注单液浆。周边孔注浆压力控制在0.2～0.7MPa，中间孔注浆压力控制在0.4～1.0MPa；注浆压力逐步提高，达到注浆终压并继续注浆10min以上。
2.2.2 围护结构形式
围护结构采用地下800mm厚的连续墙+3道内支撑的支护型式。第一道为混凝土支撑。第二道仍采用混凝土支撑，这与其他线路的车站主体结构围护结构第二道采用钢支撑不同，加强了围护结构自身的抗变形能力，提高了基坑的安全系数。第三道钢支撑为Φ600，t=16mm的钢管撑，间距3m，在直线段对撑处采用2I45b钢围檩，采用Q235钢。连续墙的嵌固深度为基坑底面以下2m且嵌入基坑底中风化或微风化岩层不少于2m，若连续墙底为溶土洞，则连续墙底应穿透溶洞区域且满足嵌岩要求。考虑到砂层较厚，为增强围护结构的止水效果，在连续墙间设置两根直径600mm的旋喷桩。另外，为防止连续墙施工对房屋及管线的影响，南边连续墙外加设搅拌桩或两排旋喷桩止水帷幕，并在建筑物底步预留注浆管，在施工工程中对建筑物进行监测，建筑物变形达到警戒值时，则马上对建筑物进行跟踪注浆，确保建筑物在施工过程中的安全。
3、施工
由于花城路站受到借地、管线迁改、交通疏解等前期因素影响，开工时间较其他车站晚。而其他在相同地层情况的车站在溶洞处理、围护结构施工、基坑开挖过层中均出现过地面沉陷、围护结构渗漏水、基坑涌水甚至涌砂的险情，使参建各方在该站施工中保持高度警惕，采取各项措施提高安全系数，亦做好了应对险情的准备。
3.1 做好房屋鉴定和应急抢险准备
车站南侧的房屋由于基础简单、使用时间较长、距离基坑仅有9米，安全风险极大。在开工前，施工单位按照业主部门要求编制周边房屋基础调查报告、委托有资质的鉴定公司进行房屋鉴定，了解房屋状况。为确保出现险情时能及时疏散居民，施工单位通过联系街道、居委等部门和上门登记的方式，记录住户人数、联络电话等信息。完成基础资料收集后，业主和施工单位联合政府相关部门，编制抢险应急预案。在预案中包含疏散、临时安置、现场警戒、人员分工等内容，并按照方案进行了演练。在日常施工中，监理和施工单位人员定期对周边进行巡视，检查地面、房屋是否出现裂缝，并详细记录。
在基坑开挖阶段，为防止出现连续墙间渗漏水、砂或基底涌水涌砂，施工单位编制了应急预案，定期进行演练，现场准备了充足的抢险物资、机具。
第三方监测单位严格按施工图要求定期对房屋、地面、水位、连续墙变形、支撑轴力进行监测，对确保安全予以帮助。
3.3采用双轮铣进行连续墙成槽施工
车站连续墙成槽中，采用了德国宝峨公司生产的宝峨双轮铣。与传统的冲桩相比，其优点如下：
（1）适应性强，通过更换不同类型的刀具，即可在淤泥、沙、砾石、卵石以及中硬强度的岩石开挖，处理的岩层强度达50～100MPa。花城路站岩层的平均强度为70MPa，最高强度达到90 MPa，深度约20m，通过比选，采用BC40的双轮铣。
（2）钻进效率高，在本站施工中，平均1.5个小时就完成一个槽段三刀的砂层及泥层地层的成槽，铣齿损耗基本为零，在灰岩成槽中铣槽机平均0.76m?/h。一幅宽度为7.2m的槽段，铣槽机平均成槽时间为3天，而九号线其它相同地质的车站，采用冲桩机一幅宽度为6m的槽段成槽时间约7天，部分甚至偏孔需要多次修正，施工时间长达一个月。
开挖过程中垂直度的监测与导正
（3）成槽精度高，墙体垂直度可达0.3%以内。液压双轮铣装备DMS电子系统可时刻监控液压双轮铣的工作参数及位置，专业器械装置可对垂直度的偏差及时进行修正。在本站施工中，成槽施工后浇筑混凝土的方量与施工图相比，扩孔系数约1.17，而其他车站使用冲桩机扩孔系数约1.8，甚至达到2.5。铣槽机成槽既节约了混凝土用量，亦减轻了基坑开挖时处理侵限连续墙的时间和费用，
（4）铣槽机施工时噪音低，震动弱，对周边房屋扰动和居民生活影响小，在施工过程未接到关于房屋震动开裂的投诉。
（5）铣槽机切削渣通过反循环系统并经过泥浆处理系统的分离可重复利用，分离出来的砂可运送至现场指定的渣土存放区或直接运出工地。避免了施工时泥浆横流，工地文明施工较好。
尽管使用铣槽机的成本较高，但其施工时间短、震动小、成槽精度高，与冲桩机相比节约了工期和管理成本，确保了周边房屋的安全，减少对居民的生活影响，在该站中值得使用。
4、施工案例
在溶土洞处理阶段，在其中一处已探明溶洞进行处理时发现一土洞，洞高10米，施工单位发现浆液流失后，马上设立警戒线，对该土洞进行不间断注浆填充，先用双液浆封边，注360.16m?，再采用单液浆对基坑内注浆298.86m?处理完成后，地面稳定，溶洞检测后合格。
2013年某日夜间22：30左右，在基坑南侧中部某槽段进行成槽施工进尺至16.5m时，施工人员发现泥浆液面下降。施工单位快速采取浓泥浆回灌保压，之后泥浆液面保持稳定，再及时用土方回填反压。经测量和现场巡视，周边管线和地面没有发生沉降。应急处理完成后，对该区域的地质进行分析，槽段临近的勘察孔揭示没有溶洞。经过应急处理完成立即对该槽段四周进行钻孔注浆，经现场的钻孔，发现导向孔内侧12.4～13.5m的位置有一个0.9m的溶洞，外侧12.8～13.2m、14.5～14.9m有串珠状的溶洞。对溶洞孔灌注水泥浆，并对四周进行巡查，没有发现异常，测量复核没有发生沉降，后续溶洞检测合格。