淺談隧道中砂層開挖端頭封水措施

摘要：為了對項目工程中管片處理段的關(guān)鍵點，也就是吊腳墻底部滲漏通道進行封堵，在圍護結(jié)構(gòu)兩個端頭外側(cè)設(shè)計了兩個獨立的外掛素砼墻，形成兩個端頭加固區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)靠近基坑側(cè)設(shè)置了隧道周邊封閉的冷凍管，以凍結(jié)達到隧道周邊滲漏通道封堵的目的。文章對隧道中砂層開挖端頭封水措施進行了探討。

關(guān)鍵詞：隧道施工；端頭加固；滲漏通道；封水措施；凍結(jié)施工 文獻標(biāo)識碼：A

中圖分類號：U455 文章編號：1009-2374（2015）18-0133-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.18.067

1 工程概況

1.1 工程簡介

本案例工程屬于某線路某區(qū)間左線盾構(gòu)工程，盾構(gòu)始發(fā)后掘進至137環(huán)時，出現(xiàn)了盾構(gòu)姿態(tài)超限現(xiàn)象，由于地質(zhì)突變及盾構(gòu)機操作、設(shè)備的本身不足造成糾偏困難，在糾偏完成后，其超限最大區(qū)域由于糾偏時的應(yīng)力集中造成了管片破損嚴重，以及超限隧道不能滿足設(shè)計使用要求，根據(jù)地鐵施工規(guī)范及設(shè)計要求必須對196～225環(huán)管片及隧道進行重新處理。該段隧道埋深約為15.5m，隧道外徑6m，內(nèi)徑5.4m。在處理過程中經(jīng)過方案比選確定采用地面豎井明挖法對該段隧道管片進行拆除，并重新澆筑箱型混凝土結(jié)構(gòu)。

本段地層隧道斷面內(nèi)主要為砂層，隧道底部為<6>、<7>風(fēng)化泥巖，局部強度可達到40MPa。隧道上部為新建成的城市道路，車流量加大，且位置靠近十字交叉路口，道路一側(cè)為居民3層老式建筑，另一側(cè)為16層商用住宅，處理過程影響范圍較大。

隧道處理段所采用的豎井圍護結(jié)構(gòu)為800mm厚鋼筋混凝土連續(xù)墻，其連續(xù)墻外包尺寸為47.1m*9.2m，連續(xù)墻深度約25.6m，入巖約2.5～3.5m，兩側(cè)連續(xù)墻凈距管片0.8m，兩端墻距離需要拆除的管片邊緣凈距約0.8m，基坑開挖深度約22.2m，至隧道管片下80cm。新建的主體結(jié)構(gòu)外包尺寸45.5m*7.6m，主體結(jié)構(gòu)墻厚90cm，包含兩端隧道管片各20cm。連續(xù)墻接口處設(shè)置半圓型6根旋噴樁進行止水，旋噴樁內(nèi)部可以進行雙液漿注漿補充

封堵。

但隧道兩個端頭的封堵止水成了本工程的關(guān)鍵，因地面施工的連續(xù)墻與隧道交接處不能有效接觸，雖然將端頭的連續(xù)墻底部用鋼板設(shè)置成弧形，但整體的施工空隙仍有約50cm，存在較大的滲漏通道，即使旋噴樁加固也不能保證不會滲漏。為了工程的整體進度及工期，確保萬無一失的基坑安全，本工程采用了端頭局部冷凍，即在隧道管片上部吊腳墻處接口部位實施冷凍凍結(jié)

止水。

1.2 工程地質(zhì)

根據(jù)地質(zhì)勘察資料及補勘結(jié)果顯示，工程范圍內(nèi)的土層從上至下依次為：<1-1>雜填土、<1-2>素填土、<2-1>淤泥質(zhì)土、<2-2>淤泥質(zhì)粉細砂、<3-1>粉細砂層、<3-2>中粗砂層、<4-1>粉質(zhì)黏土、<5-2>硬塑性殘積巖、<7>強風(fēng)化層，土層中含有大量承壓水。

2 端頭加固封堵形式

在本項目工程中管片處理段處理的關(guān)鍵點就是吊腳墻底部滲漏通道的封堵，為此在圍護結(jié)構(gòu)兩個端頭外側(cè)又設(shè)計了獨立的2個外掛素砼墻，形成2個端頭加固區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)靠近基坑側(cè)設(shè)置了隧道周邊封閉的冷凍管，以凍結(jié)達到隧道周邊滲漏通道的封堵。凍結(jié)管布設(shè)分為地面垂直凍結(jié)、隧道內(nèi)盤管輔助凍結(jié)和隧道內(nèi)斜孔凍結(jié)，斜孔設(shè)置在隧道4點～8點位置。根據(jù)地質(zhì)鉆孔顯示，基坑西端頭地質(zhì)較好，所有在西端頭隧道內(nèi)設(shè)置一排斜孔，東端頭2排，地面垂直凍結(jié)孔均設(shè)置2排，采用全長凍結(jié)，冷凍管直貼管片外表面，在垂直凍結(jié)孔對應(yīng)的隧道管片內(nèi)弧面8點～4點位置設(shè)置了3道冷凍盤管，輔助垂直凍結(jié)孔對吊腳墻下部通道的凍結(jié)，以基坑?xùn)|端頭為例。

在冷凍管鉆孔過程中，經(jīng)過對所有凍結(jié)鉆孔的傾斜率復(fù)測，發(fā)現(xiàn)最大的偏斜率為8‰，其他孔位均小于4‰，對凍結(jié)壁的擴展影響不大。

3 冷凍凍結(jié)施工溫度監(jiān)測

本工程管片處理段從3月27日開始分批凍結(jié)，4月17日開始基坑開挖，5月31日完成主體結(jié)構(gòu)施工，在冷凍施工過程中，去路鹽水溫度控制在-30℃～-28℃之間。2個端頭4個工作面共布置五個測溫孔，其中地面三個，隧道內(nèi)兩個，各測溫孔布置4～8個不等測點，以監(jiān)測不同深度和不同土層中凍土發(fā)展情況。經(jīng)過冷凍期間的連續(xù)監(jiān)測，獲得了大量的地層溫度變化數(shù)據(jù)。

以基坑西端頭C1測溫孔為例，C1孔距離凍結(jié)管0.35m。2010年3月27日開始通鹽水凍結(jié)，測點原始地面溫度為27℃～28.81℃之間。經(jīng)過7天的積極凍結(jié)（4月2日），鹽水溫度平均-29℃，C1孔內(nèi)全部測點都達到零度以下，凍土發(fā)展速度較快。至4月17日基坑開始開挖前，各測點溫度均達到了-20℃以下，在基坑開挖過程中，由于連續(xù)墻大面積暴露，在連續(xù)墻未貼保溫板前測孔內(nèi)溫度有所回升，后期已趨于平穩(wěn)。

4 凍土帷幕發(fā)展推算示意圖

根據(jù)現(xiàn)場實際情況，選擇隧道頂部（埋深15.31m）、東端頭隧道底部管片與土體交界面特征截面，根據(jù)凍土的發(fā)展速度和凍結(jié)時間推算出凍土的發(fā)展厚度，截至基坑開挖前4月17日，凍土帷幕的發(fā)展情況見圖1、圖2、圖3。

5 管片凍結(jié)凍脹壓力監(jiān)測分析

經(jīng)過對隧道內(nèi)管片后凍結(jié)凍脹壓力監(jiān)測（其變化見圖4）。在4月12日，管片后壓力發(fā)生突變，迅速增加，4月18日壓力達到最大值，分析得出的結(jié)論是：突變期內(nèi)大量的未凍水發(fā)生相變，引起土體體積的急劇增長，但土體的變形受到限制，從而引起應(yīng)力的劇增，是一個交圈的過程。在交圈完成后，凍脹壓力逐漸減小并趨于穩(wěn)定。

6 凍結(jié)效果探孔檢查

4月13日，對隧道內(nèi)頂部管片的凍結(jié)情況進行鉆孔檢查，每個端頭在10點～2點鉆孔6個，孔位設(shè)置在管片對應(yīng)的地面垂直鉆孔中間，深度平均430mm，經(jīng)過連續(xù)多天的溫度監(jiān)測，各點溫度變化不大。

7 結(jié)語

由于工期的原因，經(jīng)過比較，選擇了冷凍凍結(jié)施工，在施工過程中，又根據(jù)實際地質(zhì)情況進行了凍結(jié)方案調(diào)整，地面凍結(jié)管由原設(shè)計的Φ89改為Φ127，加大了鹽水流量，同時縮小孔間距；地面東端頭凍結(jié)孔打設(shè)完成后立即投入凍結(jié)運轉(zhuǎn)，西端頭排間距由700mm改為400mm，并采用錯位布孔，使凍結(jié)壁的交圈時間上基本與東端頭同步；隧道內(nèi)采用100槽鋼和鋼板焊接的冷凍盤板布置在隧道8點～4點位置，以補充、加強隧道頂部和側(cè)面的凍結(jié)效果；增大了冷凍鹽水的供應(yīng)能力，地面和隧道分開供冷；隧道內(nèi)鹽水干管以通過透孔的方式進行供冷，減少了管路鋪設(shè)距離，有效減少鹽水冷量的損失。

本工程的關(guān)鍵是隧道頂部管片與吊腳墻下部的通道處土層的凍結(jié)效果，直接影響工程的成敗。因管片相對于地層傳熱較快，且地面垂直凍結(jié)管實際位置與設(shè)計位置會有偏差，使得隧道上部凍土區(qū)域容易形成駝峰狀導(dǎo)水通道，此外工期緊迫留給的有效凍結(jié)時間非常有限，故在施工中加強了對其的保溫，并采用100槽鋼和鋼板焊接的冷凍盤板布置在隧道內(nèi)部以補充、加強隧道頂部和側(cè)面的凍結(jié)，效果明顯。

基坑土方開挖后，迅速將暴露的冷凍面進行了封閉，在開挖到管片頂部后，及時在管片與吊腳墻交接處又進行了植筋澆筑混凝土封閉，并加快施工兩端頭主體結(jié)構(gòu)，保證了基坑及隧道的安全。

參考文獻

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[3] 裴書鋒.下穿河流電力盾構(gòu)隧道端頭加固機理及施工參數(shù)優(yōu)化[D].北京交通大學(xué)，2012.

作者簡介：趙亞黨，廣東省長大公路工程有限公司揭博項目T9、T22標(biāo)項目副經(jīng)理，研究方向：高速公路技術(shù)管理。

（責(zé)任編輯：陳 倩）