南京市某人行地下过街通道工程, 主通道长度为95m, 采用5m×7m双通道结构形式, 每条通道长95m, 共190m, 采用矩形顶管施工工艺。主通道每隔约20m设置1道联络通道, 联络通道净空尺寸为5 000mm×3 350mm×1 500mm, 两条通道间距50cm, 共设置3处, 如图1所示。联络通道施工前, 通道管节已经完成泥浆置换^[1,2]。

1) 双排通道管节间距小, 作业空间小, 施工难度大, 出渣进料路径曲折。

2) 联络通道间及其上部土体较为松软, 开挖过程中, 需对上方土体进行加固, 操作难度大。

3) 特殊管节开洞, 易形成应力集中, 导致管节受力不均^[3]。

4) 联络通道顶板混凝土浇筑采用地泵从下而上进行浇筑, 施工工艺难度大。

主要施工工艺流程:土体注浆加固→花管管棚注浆二次加固→型钢钢架支撑加固→测量定位左线管节侧墙开洞范围界限→左线弹墨线分块→左线洞口界限范围四角钻取垂直贯穿孔定位右侧管节位置→测量定位右线管节侧墙开洞范围界限→右线弹墨线分块→绳锯切割第i区混凝土→第i区土方开挖→第i区喷射30mm厚混凝土封闭开挖面→第i区挂设钢筋网片→第i区型钢骨架架设 (焊接) →第i区初支结构与管节间施工缝背贴式止水带施工→分多次喷射第i区初支混凝土→初支混凝土背后注浆→铺1层400g/m²无纺布缓冲层→粘贴1层1.5mm厚PVC防水板→膨胀橡胶止水条施工→底板钢筋绑扎→底板混凝土浇筑→侧墙钢筋绑扎→侧墙支模→浇筑侧墙混凝土→顶板钢筋绑扎→浇筑顶板混凝土→二衬背后注浆。

联络通道施工前, 先通过管节侧墙上预埋的DN50注浆管对左右两侧通道间土体进行二次注浆, 以达到封闭水流及加固土体的目的。注浆浆液采用水泥水玻璃双浆液, 水泥∶水玻璃为1∶0.3~1∶1, 注浆压力≥0.3MPa。纵向 (通道长度方向) 加固范围为洞口两侧各延伸1.5m, 总长8.0m (见图2) ^[4]。

施工过程中实时监测管节及地表沉降情况, 通过管节及地表预埋注浆孔以跟踪注浆的方式及时对地层进行补偿注浆, 防止沉降过大。

联络通道注浆加固完成后, 在管节顶部和底部预埋注浆孔处打设50花管, 长度为2.0m, 间距为0.5m, 沿管节预埋孔对称打设, 形成管棚 (见图2) 。花管打设后再对顶部和底部土体进行二次注浆加固, 保证注浆体加固半径达到R=1.5m, 同时增强土体加固效果, 纵向 (通道长度方向) 加固范围为洞口两侧各延伸1.5m, 总长8.0m, 花管注浆后拔出。

开洞处周围土体注浆加固施工完成后, 采用探孔检测土体加固效果。若加固效果良好, 则开始施工H型钢钢架支撑;否则, 就需对土体再次加固, 直至达到预期加固效果。

如图3所示, H型钢钢架支撑横向距离管节侧墙净距1.0m, 纵向沿洞门所在管节全长范围内按照0.5m间距设置。每根H型钢高度3.9m, 支撑采用H型钢支架与垫木结合, 支顶后采用木楔将支撑与顶底板之间间隙顶实确保支撑稳固。施工过程中对开洞管节严密监测, 每天不少于2次, 若发现沉降过大, 则相应增加支撑数量。

首先, 在左线通道拟开洞管节侧壁上进行洞口测量定位并弹墨线分块 (见图4) , 后在该侧洞口界限范围的四角钻取直径50mm的孔垂直贯穿两通道, 以此定位右线通道开洞范围的界限位置。钻孔前, 应事先准备好木塞及其他应急措施。

此外, 正式开洞前还应进行探水作业, 开洞时实时监测工作面漏水情况。若有漏水应及时通过周边预留注浆孔补充注浆, 如不能止水可在侧墙上新增注浆孔注浆。

为减少对管节外土体扰动和对管节间承插接口变形的不利影响, 采用LP32/TS32喜利得液压墙锯进行混凝土切割开洞。将拟开洞区域划分为如图5所示的3个区域, 1, 2, 3区域混凝土切割依次进行, 其中每个1, 2区域又细分为4个小块, 便于混凝土切割破碎。切割作业沿切割线先水平后垂直, 左右线同时进行。

土方开挖紧随混凝土切割作业之后分区域开展。联络通道施工除需挖除其洞口净空尺寸5 000mm×3 350mm范围内土方外, 其顶底部、左右侧还需分别向洞口边缘内侧延伸开挖750, 850, 800, 800mm距离。

每个区域开挖完成后, 对开挖轮廓面进行检查, 先将超欠挖控制在规定允许范围内, 然后对开挖表面进行清理, 清除松动土块。在此基础上, 尽快喷射30mm厚C25 P6混凝土封闭开挖面。

初支钢筋网纵向、横向均采用6钢筋, 间距均为200mm×200mm。钢筋网通过与垂直预埋在土体内部的钢筋头焊接固定, 靠近开挖面单层铺设, 钢筋网混凝土保护层为20mm。

联络通道每个区域混凝土分块切割、土方开挖、钢筋网片挂设完成后, 架设型钢骨架, 型钢骨架与通道轴线垂直。按照施工区域划分, 整个型钢骨架由12根I 200×200×6焊接拼装而成, 各段工字钢长度如图6a所示, 整个型钢骨架需事先在地面试拼装合格后方可洞内安装。

其中, 为便于与3区域内型钢连接, 1, 2区域顶、底部以及侧面型钢骨架均事先预留10cm伸入3区域内。1号接头采用拼接连接方式, 连接接头如图6b, 6c所示;2号接头采用对接焊连接两侧型钢;3号接头采用周圈角焊缝 (焊缝高度6mm) 将竖向型钢横断面与水平向型钢翼缘外边缘连接。

型钢骨架安装时, 要认真定位, 确保不偏、不斜, 轮廓要符合设计要求。每节型钢安装到位后均与40螺栓钢棒 (螺栓钢棒为事先钻孔安装, 连接左右管节) 焊接, 焊接时焊缝应饱满, 确保钢棒与型钢之间焊接牢固 (见图7) 。

喷射混凝土采用湿喷法, 联络通道初衬为200mm厚的C25 P6混凝土。喷射混凝土时多次分层喷射, 一次喷射厚度20~40mm。

喷射混凝土施工完成后, 为确保初支与管节上方土体填充密实, 在喷射混凝土施工之前预埋25注浆管, 间距0.5m, 紧贴管节外壁布设。

在喷射作业完成后, 对初支和管节上方土体间隙进行填充。加固注浆材料种类及配合比、注浆压力等均与3.1.1节中相同。注浆时严格控制注浆压力, 确保填充密实, 并加强地表监控量测, 防止地表隆起。

初期支护结构趋于基本稳定, 并经隐检合格后方可铺设通道全断面防水层, 先铺1层400g/m²无纺布缓冲层, 然后粘贴1层1.5mm厚PVC防水板。通道底板与边墙间的施工缝采用背贴式止水带和缓膨型遇水膨胀止水条防水。先施工底部防水层, 底部防水层做好后, 再施工洞身防水层。在施工防水板之前, 加强防水板外侧引、排水措施, 防止侧壁渗水局部鼓包造成防水板破坏。

由于喷射混凝土面粗糙, 凹凸不平以及钢筋、铁丝头外露等对防水层质量有很大影响, 为此, 在喷射混凝土强度达到设计强度后, 对喷射混凝土表面进行处理。喷射混凝土表面处理使用水泥砂浆找平。

无纺布铺设采用射钉配HDPE垫机械固定办法, 洞口顶部射钉间距0.4m, 侧墙部分1.0~1.2m, 梅花形排列。顶部铺设:先在洞口顶部弹出通道纵向中心墨线, 再将已剪裁好的无纺布中心线与这一标志相重合, 从顶部开始向两侧下垂铺设。侧墙部位的铺设:顺通道纵向竖向垂铺铺设。

防水板铺设洞口顶部时, 先在无纺布上用射钉布设热塑性塑料圆垫片, 每隔40~50cm间距梅花形布设。在洞口顶部无纺布上弹出通道纵向中心墨线, 使防水板的纵向中心线与墨线重合, 先将拱顶的防水板与塑料圆垫片热熔焊接, 再从顶部开始向两侧下垂铺设, 边铺设边与热片热熔焊接。环向铺设时, 先顶后墙, 下部防水板应压住上部防水板, 防水板全部铺设完后施作二衬, 并设临时挡板防止机械损伤和电火花灼伤防水板 (见图8) 。

二衬施工时, 首先施工二衬底部, 底部施工完成并达到一定强度后, 在底板上搭设支架, 并安装侧墙及顶部模板, 然后施工洞身二衬, 最后通过注浆进行孔隙填充。

初支施工结束后, 清除顶底板及侧墙表面浮渣、垃圾、积水等, 全段铺设防水板, 铺设完成后经检查合格后平铺40mm的砂浆保护层, 待砂浆达到设计强度后绑扎钢筋。绑扎钢筋时主筋必须与管节预埋钢筋通过套筒连接, 使得联络通道与管节成为一个整体。钢筋施工前, 应对原有和新设受力钢筋进行除锈处理。其他受力钢筋搭接采用搭接焊, 在绑扎双层钢筋时, 钢筋骨架以梅花状点焊, 并设足够数量及强度的限位筋, 保证钢筋位置准确。

二衬混凝土强度等级为C50, 抗渗等级为P8。对于新老混凝土交接面, 应事先将接触面表面凿毛, 同时除去浮渣、尘土, 冲洗干净, 并在浇筑混凝土前涂刷水泥浆等界面剂进行处理。施工时使用插入式振捣棒振捣, 振捣密实后收面平整, 并洒水养护。

模板支架搭设浇筑混凝土前检查防水板铺设、钢筋预埋件、注浆管、端头模板安放等是否满足设计及规范要求以及支架是否稳固、牢固, 模板内杂物清除等, 模板支架安装完成并报验合格后, 立即进行通道侧墙及顶板二衬施工。

考虑到50cm间隙混凝土浇筑困难, 侧墙混凝土采用人工从侧面灌注。顶板采用DN100预埋管下端头连接一止回阀, 使用地泵进行浇筑, 同时顶板里预埋DN25 PVC管, 接近顶部位置。待顶板浇筑完毕 (预埋的PVC管有混凝土浆液流出) , 移除地泵 (见图9) 。

洞身二次衬砌养护采用混凝土养护液。混凝土灌注至墙顶交界处, 需间歇1~1.5h, 混凝土必须振捣密实。拱顶混凝土振捣采用附着式振捣器, 确保顶部混凝土的密实程度。

在联络通道50cm间隙结构施工完毕后, 结构背后可能存在空隙。为防止出现渗漏, 保证结构耐久性, 对结构背后间隙进行二次注浆填充加固。

注浆孔道采用25注浆管, 预埋于于隧道二衬钢筋上, 采用25注浆管, 间距50cm, 沿管节前进方向布置, 布置时必须将注浆管顶面与初支顶面持平, 安装如图5所示。浆液采用与二衬混凝土同水灰比水泥浆, 注浆压力≥0.3MPa, 水泥为42.5级普通水泥。

混凝土结构施工完毕后, 在施工缝下方施作接水槽, 接水槽尺寸为100mm×70mm, 厚度15mm。通过打设膨胀螺栓与主体混凝土连接牢固。接水槽施工时, 中线必须与施工缝保持一致。通过接水槽施工, 将上端漏出的水引入排水系统中。

为确保施工安全, 并为施工提供信息指导, 在联络通道施工全过程中对开洞处上方道路进行全程监测。原则上每日监测4次, 若发现道路沉降超限则加密监测频次并采取有关措施。

联络通道测点布置如图10所示:测点由北向南共布置3排, 每排5个测点, 分别为JD1~JD15。3排测点分别布置在左线通道轴线、联络通道轴线、右线通道轴线, 每排测点间距为3.5m。同排测点之间的间距为2.5m。

选取联络通道开洞后地表沉降稳定后, 各监测点同一时期监测成果绘制如图11所示的沉降曲线。3条曲线水平轴分别代表JD1~JD5, JD6~JD10和JD11~JD15监测点, 竖向轴代表路面相应监测点位沉降值。

由图11可以看出, 路面变形整体呈现凹槽型, JD1~JD5, JD6~JD10和JD11~JD153个监测断面上沉降最大值点均为每排中间监测点:JD3、JD8和JD13 (即为洞口中心位置) , 相应的沉降值分别为2.8, 4.3mm和2.6mm。沉降值均<5mm, 说明施工过程中土体加固以及型钢支撑等加固措施效果良好, 很小的路面沉降量对路面的交通几乎没有影响, 符合工程要求。

本工程联络通道施工作业空间小, 联络通道洞口防水、钢筋混凝土衬砌 (特别是顶部) 施工难度大、施工质量难以保证、施工安全风险高。工程在联络通道施工前用管节DN50预埋管进行注浆加固。在开挖之前完成通道管节背后土体的二次双液注浆, 以达到封闭水流及加固土体的目的;然后施作型钢钢架支撑, 对管节进行加固;开洞时分开开洞, 对于已经开挖到初支位置的地方及时架设钢架, 挂钢筋网并及时喷混凝土;待初期支护全部封闭成环后, 施作防水, 并及时施工二次衬砌。结合监测结果, 很小的路面沉降值说明施工过程中土体加固以及型钢支撑等措施效果良好, 符合工程要求。