北京某地铁区间风井、风道施工技术

1 工程概况

北京地铁4号线新街口～西直门区间附属结构中设长距离风道及风井，风井深26.1m，采用明挖逆作法施工，结构形式为钢格栅 喷射混凝土 临时支撑；风道长88.4m，标准段拱顶埋深12m，高11.25m，宽7.29m，一衬采用CRD工法（6洞）施工，结构形式为钢格栅 喷射混凝土。永久风井、风道在工程施工期间是正线区间隧道施工出土、进料等的临时通路。风道南端下穿桦皮厂路同西直门内大街交叉处，路口下有多条地下管线。

该风道为长距离、大断面CRD工法施工，穿越地层复杂，拱顶揭露土层为砂砾卵石层，风道南端下穿老城区道路，路面下有多条浅层市政管线。由于该段长度较长，施工时须尽快根据地层特点相应调整施工方法，只有这样才能保证施工安全和质量，保证较快的施工进度。

2 工程施工重点与难点

（1）施工空间狭小；（2）小导管打设；（3）地面沉降控制；（4）风道格栅安装；（5）存在潜水残留水。

3 施工对策

3.1调整施工顺序。为解决风井二衬施工后风井空间狭小，出土能力受限问题，将施工顺序由先施工风井二衬后开风道马头门，调整为风井一衬施工完成后即开洞施工风道。这使风井作为出土、进料的通路的可利用空间每侧增加0.4m，施工效率大大提高，满足了出土、进料的要求。

为规避1～6号上、下3层导洞交叉施工，在风道2、4号洞底部位加设一次临时封底，优先开洞施工1～4号导洞，待施工至风道端头墙后，再向下开挖风井，进行永久封底；最后开洞施做5、6号导洞。该种做法使施工组织难度降低，安全性大大提高。

为规避1～4号导洞交叉施工的安全风险，提高出土、进料效率，在风井底每个导洞配置1个土斗（每个土斗配备2个电葫芦）。在1、3号导洞底用I22工字钢和20cm×20cm方木搭设一托架，将土斗放在上面，两导洞土方可直接倒入土斗内；2、4号洞土斗则放置在临时封底预留的土斗坑内，开挖出的土方在临时托架防护下直接倒入土斗内。

3.2马头门施工。施工顺序调整后，为保障安全，在施工马头门时主要采取了如下措施：

（1）加强辅助施工措施；（2）分部开挖、局部加强；（3）增设加强环梁。

3.3强化1号洞施工管理。1号导洞是风道施工的先导，它的施工速度和质量制约着风道整体的施工速度和施工质量，所以须强化对1号洞施工管理。

3.3.1施工速度保证措施。1号导洞施工主要工序：超前小导管打设‘超前注浆’土方开挖‘格栅榀架安装’锁脚锚管打设‘混凝土喷射’一衬背后充填注浆。其中，超前小导管打设、超前注浆及一衬背后充填注浆是控制地层沉降，保证施工安全的辅助施工措施，须根据实际地质情况实时调整，使其真正起到辅助施工的功能，以免影响施工速度。

通过施工实践发现，土方开挖、钢格栅安装及混凝土喷射是耗时最长的关键工序。为此，从以下几个方面加强管理，以保证施工速度：

（1）土方开挖。a.加大1号洞工力投入，选择精干人员，实行三班倒工作制；b.训练土方开挖作业人员成为多面手，削土、装土、土方洞内运输间轮流倒班，增加工效；c.保证1号洞土方垂直提升优先权，优先使用垂直提升资源。（2）格栅安装。a.利用激光点做到对土方开挖量的精确控制，避免钢架立后重新对欠挖部位和拱脚超挖进行处理；b.分工明确，测量、搬运、组装等人员固定，默契配合；c.保证有2个操作熟练的焊接工人，以缩短格栅安装到位后纵向连接筋焊接时间；d.在保证安装质量基础上，提前通知质量检验人员，做到一次验收通过，以减少中间环节时间，保证工序连接紧凑。（3）混凝土喷射。为提高混凝土喷射工序施工速度，须在钢格栅安装到位，验收过程中，立即抽调人手进行喷射混凝土的搅拌和运输，安排专人检查喷射机管路，防止喷射过程中堵管等意外事件的发生。

3.3.2保证格栅安装质量措施。1号洞格栅安装误差会在其他导洞放大，为保证格栅安装质量，在1号洞布设2套测量控制系统：（1）在1号洞安装了2道激光点，（拱顶1道，上台阶拱脚处1道），每开挖5m对激光的坡度及指向进行复核；施工过程中，通过量测2道激光点同格栅分片连接板中点距离，控制格栅在规定平面内的竖向及横向偏移和在平面内的旋转，限定实测值同计算值平均差值在10mm以内；（2）沿风道侧墙每5m环向测设3个点，三点形成的平面同风道纵向垂直。通过绝对控制方式，使格栅同风道纵向严格垂直，限定实测3点到安装格栅距离差值在10mm以内。

实践证明，以该控制1号洞上台阶格栅安装质量后，其余导洞各片格栅安装质量均可得到有效控制，安装方便程度大大改善。

3.4超前小导管打设。土方开挖发现，拱顶松散的砂卵石地层虽容易塌方，但掌子面砂卵石地层竖向开挖面直立性较好。根据砂卵石地层这一特点，为提高小导管打设速度并保证超前注浆地层加固效果，将小导管由直径42mm、长度3m调整为直径32mm、长度1.5m，坚持每榀打设，打入土体深度控制在80cm（格栅水平间距50cm）。

实践证明，通过该种小导管打设方法可以大大提高施工速度，较好地控制了卵石地层在打设小导管过程中的塌方。

3.5洞内残留水处理。（1）施工1、3号洞临时仰供土方开挖前，先通过预埋超前花管引排方式引排残留水，超前花管打入深度一直保持在2m以上，引出水由侧面排水沟自流至集水坑。（2）临时仰供土方开挖时，设置专人处理临时仰拱凹槽积水，降低渗出水对临时仰拱钢格栅的焊接和对喷射混凝土的影响。（3）临时仰供格栅焊接完成后，喷射混凝土前，在侧墙埋设引流软管，以便将侧墙残留水经引流管外排，减少对喷射混凝土的洗刷。（4）喷射混凝土完成后，用仰拱处开挖出的粘土在侧墙部位形成排水沟，将侧墙引流软管及超前引流管内的水排到沟内，并自流到集水坑。在集水坑内设置水泵将水泵送到风道口集水池内，再经一级水泵抽排到地面排水系统。

3.6地层沉降控制。地层沉降控制主要从两个方面考虑，一方面尽量减小1、3号洞土方开挖时在风道洞顶形成的塌落拱范围，避免塌方；另一方面限制风道一衬整体下沉。

对上述第一方面因素，施工中采取的措施主要是通过在土方开挖前，超前注浆加固土体和一衬施做完成后及时进行背后充填注浆；超前注浆加固地层形成的加固圈减小了塌落拱范围，降低了拱顶塌方的机率；一衬背后及时充填注浆挤密了较为松散的塌落拱土体，减小了地层逐渐压缩下沉的空间。

对第二方面因素主要是采取分片格栅安装时，及时打设锁脚锚管并注浆，及时封闭成环和避免对格栅地基超挖或扰动等措施解决。施工发现，精确控制格栅根部土方开挖，减小对格栅地基扰动最为关键。

实践证明，按上述思路。可以有效控制地面沉降。从风井锁口圈、风道标准段、风道挑高段沉降典型监测点沉降历时曲线，可以看出，风道施工完成后、地面沉降稳定后，最大值小于20mm，（控制在极限值范围（允许值30mm内）。施工对周边环境的影响也控制在允许范围内。

结语：通过在砂卵石地层中开挖风井及CRD工法施工风道的实践，得出如下认识：（1）在风井加设1次临时封底，先施工风道1＃～4＃导洞，可避开风道三层导洞交叉施工的局面，避开了风道6个导洞同时施工的局面；在临时封底底板上设置托架，满足了上下层交叉施工作业安全防护要求，提高了施工速度及安全性。（2）在松散的砂卵石地层中打设超前注浆小导管时，直径32mm优于42mm，其对地层扰动减小，注浆效果可以保证，施工速度大大提高。（3）采用CRD工法，须高度重视1号导洞施工。通过加大对1号洞的管理力度，优先保证施工资源投入，其余导洞服从于1号的资源需求，从而有效地解决了风道口瓶颈问题。（4）严格控制1号导洞的格栅安装误差，可以保证后续导洞的格栅安装质量，提高风道整体施工速度。（5）从减小塌落拱范围和控制一衬整体沉降两方面考虑，采取综合措施可对地层沉降进行有效控制。（6）通过采取及时、有效的施工措施，风道单洞施工平均速率可达1.5～3m/d，1＃洞施工速率最慢，平均可达1.5m/d，6＃洞速率最快，平均可达3m/d。