富水砂層中盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道施工技術(shù)

李治國， 徐海廷， 楊世彥

(1. 中鐵隧道集團有限公司勘測設(shè)計研究院， 廣東 廣州 511455； 2. 中鐵隧道集團三處有限公司， 廣東 深圳 518000)

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富水砂層中盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道施工技術(shù)

李治國1， 徐海廷1， 楊世彥2

(1. 中鐵隧道集團有限公司勘測設(shè)計研究院， 廣東 廣州 511455； 2. 中鐵隧道集團三處有限公司， 廣東 深圳 518000)

在富水砂層中進行聯(lián)絡(luò)通道施工，施工難度和風險很大，為提高圍巖穩(wěn)定性、減小施工對周圍環(huán)境的影響，通過對常用的降水、冷凍、旋噴和注漿等地層加固方法進行技術(shù)和經(jīng)濟方面的對比，最終選擇了注漿和降水相結(jié)合的加固方案。在聯(lián)絡(luò)通道施工中采取了洞內(nèi)超前預(yù)注漿、洞外地表管井降水以及洞內(nèi)輕型井點降水的加固方案，在水倉基坑施工中采取了周邊小導(dǎo)管注漿以及坑內(nèi)輕型井點降水的加固方案。施工過程中對隧道和地表變形進行了監(jiān)測，由監(jiān)測結(jié)果可知，開挖引起的隧道和地表變形均較小，說明采取的超前預(yù)注漿和洞內(nèi)外降水措施是安全可靠的，可以有效降低聯(lián)絡(luò)通道的施工風險。

地鐵盾構(gòu)隧道； 聯(lián)絡(luò)通道； 注漿加固； 降水； 礦山法

0 引言

在富水砂層中進行聯(lián)絡(luò)通道施工，不僅要考慮自身結(jié)構(gòu)和地面建筑物的安全，又要確保主隧道的穩(wěn)定，施工難度和風險很大，只有對隧道軟弱圍巖進行處理，才能提高圍巖穩(wěn)定性，減小施工對周圍環(huán)境的影響[1]。目前，富水砂層聯(lián)絡(luò)通道的輔助施工工法主要有凍結(jié)、旋噴、注漿、降水、攪拌、鉆孔樁和連續(xù)墻等。水平凍結(jié)加固土體的方法存在著凍脹和融沉問題，過量的凍脹或融沉會對地表建筑、地下結(jié)構(gòu)和管線產(chǎn)生極大的影響，甚至破壞[2-3]； 降水方案主要是通過降水井抽排地下水，使區(qū)域地下水降低至基底以下，從而保證隧道的施工安全，這種方法的缺點是地下水降深大，可能引起隧道周邊一定范圍內(nèi)的地層沉降[4-5]； 對于高壓旋噴樁，由于在砂層中漿液易劈裂且擴散困難，容易產(chǎn)生斷樁、縮頸和樁體強度偏低等質(zhì)量缺陷，在含水砂層中使用效果較差，例如： 某城市共同溝盾構(gòu)首次始發(fā)時，對始發(fā)端頭的粉細砂層和粉質(zhì)黏土地層采用旋噴樁加固，由于加固體未能起到止水作用，導(dǎo)致始發(fā)端頭涌水涌砂，造成盾構(gòu)始發(fā)困難，最終采用注漿結(jié)合降水技術(shù)始發(fā)和到達才得以成功[6]。本文針對某聯(lián)絡(luò)通道水頭高、水壓力大和開挖面無自穩(wěn)定能力的特點，經(jīng)過方案對比，采用洞內(nèi)超前預(yù)注漿和洞內(nèi)外降水的方法，通過注漿形成止水帷幕和加固體，提高圍巖的強度和完整性； 通過洞內(nèi)和洞外的降水措施，降低開挖面周圍水頭壓力和掌子面含水量，提高圍巖的穩(wěn)定性； 通過超前大管棚和小導(dǎo)管支護、快速開挖和初期支護封閉成環(huán)，同時利用監(jiān)測信息指導(dǎo)施工，取得了復(fù)雜地質(zhì)和環(huán)境中暗挖法聯(lián)絡(luò)通道施工的成功經(jīng)驗。

1 工程概況

某市地鐵盾構(gòu)區(qū)間2#聯(lián)絡(luò)通道長度為9.05 m，位于城市主干道下方，拱頂覆蓋層厚度為18 m。聯(lián)絡(luò)通道為南北走向，西側(cè)臨近湖岸，南側(cè)40 m處有公路大橋橋墩，東側(cè)36 m處有1條平行于聯(lián)絡(luò)通道、埋深1.72 m的DN600雨污合流混凝土管，隧道地表主干道兩側(cè)建筑物密布，地質(zhì)條件和環(huán)境條件十分復(fù)雜。聯(lián)絡(luò)通道施工平面和地質(zhì)縱斷面如圖1所示。地鐵區(qū)間盾構(gòu)隧道開挖斷面的外徑為6 000 mm，內(nèi)徑為5 400 mm； 管片厚度為300 mm，寬度為1 200 mm，分為6塊，拼裝方式為錯縫拼裝。聯(lián)絡(luò)通道軸線與區(qū)間隧道軸線垂直交叉，聯(lián)絡(luò)通道寬3 400 mm、高3 550 mm，采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，初期支護為0.5 m/榀的格柵支架和2層鋼筋網(wǎng)C25噴射混凝土，厚度為300 mm；二次襯砌為C30現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為400 mm；初期支護和二次襯砌之間設(shè)置400 g/m2的短纖土工布和厚度1.5 mm的PVC塑料防水板，采用全包防水形式，防水板幅寬4.0 m，焊接在熱熔墊圈上，2幅防水板之間搭接寬度為100 mm，采用雙焊縫熱熔焊接，焊縫寬度為10 mm。污水泵房設(shè)置在聯(lián)絡(luò)通道底部，長4 900 mm、寬3 400 mm、深4 390 mm，初期支護為0.5 m/榀的格柵支架，雙層鋼筋網(wǎng)噴射C25混凝土，厚度為300 mm；二次襯砌為現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚度為400 mm。

1.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

聯(lián)絡(luò)通道所處地層為第四系地層，該地層層底埋深為15.90～31.50 m，層底標高為-10.09～6.52 m，由西向東層底面標高逐漸變深，成因類型以河流沖積為主，沉積物粗細韻律變化明顯，具有典型的二元結(jié)構(gòu)，總趨勢為： 自老到新，粒度由粗變細。地層巖性具有下部粗(以礫卵石、中粗砂為主)、上部細(以細砂、黏性土為主)的變化特點，上部砂層中夾有黏性土透鏡體；土層自下而上由密實-中密-稍密變化，上部黏性土的性質(zhì)為可塑-硬塑。

聯(lián)絡(luò)通道所在范圍枯水期水位標高為3.98 m，位于洞頂以上3.09 m，豐水期水位受降雨量和湖水上漲的影響，地下水位升高到聯(lián)絡(luò)通道洞頂以上14.5 m左右。地下水類型可分為上層滯水、第四系松散巖類孔隙水和紅色碎屑巖類裂隙水3種類型。抽水試驗表明，礫砂和圓礫地層綜合滲透系數(shù)為0.104 cm/s，中砂層滲透系數(shù)為6.91×10-3cm/s，細砂層地層滲透系數(shù)為4.12×10-3cm/s，預(yù)估該聯(lián)絡(luò)通道正常涌水量為1 186 m3/d。

1.2 聯(lián)絡(luò)通道前期加固情況

由于前期正洞施工過程中盾構(gòu)開艙檢查和更換刀具的需要，在2#聯(lián)絡(luò)通道處進行了咬合樁和旋噴加固，見圖1。具體為： 1)利用旋挖鉆機施工一個長25 m(上下行隧道邊線外各3 m)、寬14 m、深29.8 m的由混凝土樁圍成的閉合體，作為擋土墻穩(wěn)固刀盤前方土體，旋挖樁尺寸為φ1 000@800 mm，其中刀盤前方布置2排旋挖咬合樁，其他方向各布置1排旋挖咬合樁，樁體采用C15混凝土水下灌注。2)開倉前，用高壓旋噴樁對刀盤上方的土體進行加固，旋噴樁尺寸為φ600@400 mm，加固范圍超出隧道邊線左右各1.5 m，樁長17.5 m，其中隧道頂部以上4 m為實樁，以下13.5 m為空樁。

2 加固方案的對比與選擇

根據(jù)國內(nèi)外經(jīng)驗，在富水砂層中進行聯(lián)絡(luò)通道暗挖法施工時，常用的地層加固方法有降水、冷凍、旋噴和注漿等[7]，這些方法各有優(yōu)缺點，因此，從可靠性、適用性和經(jīng)濟性等方面對這些方法進行了對比，最終選擇了注漿和降水方案。在洞內(nèi)和洞外注漿方案的選擇上，由于地面注漿對環(huán)境影響較大，鉆孔深部注漿效果不宜控制，且盾構(gòu)通過時對注漿加固體具有擾動作用，因此選擇了洞內(nèi)注漿方案。

2.1 降水法

降水法雖然比較經(jīng)濟，但造成的不利影響較大，該處地層素填土和粉質(zhì)黏土厚度達6 m左右，降水會引起較大的地面沉降； 此外，砂礫、圓礫地層的滲透系數(shù)為0.104 cm/s，且和湖水存在較強的水力聯(lián)系，抽水量將比較大。為了驗證降水方案的可行性及滿足盾構(gòu)開倉需要，在盾構(gòu)掘進到該位置進行開倉檢查前，進行了地面降水試驗。在矩形旋噴加固區(qū)內(nèi)，共布置7口管井，經(jīng)過1個月的抽水，抽水量很大，但水位只能降低到聯(lián)絡(luò)通道底板14.5 m附近，無法降低到泵房底板以下； 此外，在降水過程中，地面最大沉降為5 mm左右。因此單獨采用降水方案需要增加降水井進行大量抽水，這是不經(jīng)濟的，大量抽水還會給周圍環(huán)境帶來安全隱患，并且降水井停止抽水后，地下水位恢復(fù)，將會導(dǎo)致隧道受力增大，二次襯砌施工縫、變形縫及局部薄弱部位可能會發(fā)生滲漏水[8]。

J1—J8代表降水井位置； S1—S2代表旋噴樁。

(a) 施工平面圖

(b) 地質(zhì)縱斷面圖

圖1 聯(lián)絡(luò)通道施工平面圖和地質(zhì)縱斷面圖

Fig. 1 Plan of layout and geological profile of cross passage

2.2 凍結(jié)法

凍結(jié)法適用于各類淤泥層、砂層和砂礫層，且凍土穩(wěn)定性較好。通過測量地下水溫度變化，便可確認凍土的形成狀態(tài)，施工控制比較精確，凍土的完整性和連續(xù)性比較好。但是，對于地下水豐富、透水性好的砂礫和圓礫地層，由于地下水流速比較大，形成凍土耗能量較多、時間長、質(zhì)量不易保證，一般情況下，需采用注漿法等其他地層加固方法堵塞地下水通道或降低流速，然后進行冷凍，才能保證效果。此外，凍土會產(chǎn)生凍脹和融沉效應(yīng)，控制地面融沉比較困難，且凍結(jié)法投入大、造價較高、工期較長。由參考文獻[9]可知，地層中的地下水流速超過30 m/d時，地層凍結(jié)效果將受到影響，而該工程2#聯(lián)絡(luò)通道位置砂礫、圓礫地層的地下水流速達到90 m/d。因此，從技術(shù)角度考慮，采用冷凍方案風險比較大，并且凍土融化后，容易造成融沉和結(jié)構(gòu)薄弱部位滲漏水。

2.3 高壓旋噴樁法

[10]可知，高壓噴射注漿法主要適用于處理淤泥、淤泥質(zhì)土，流塑、軟塑或可塑黏性土，粉土，砂土，黃土，素填土等地層； 一般情況下，對于N<15的砂土、N<10的黏性土及素填土，不含或含少量礫石時比較適合采用高壓噴射注漿法； 對于軟巖、密實的砂土以及N>10的黏性土、雜填土等則需要慎重考慮。對于含有卵石的礫砂層，因噴射壓力對地層擾動范圍有限，且漿液擴散不均勻，很難將卵石背后完全充滿，并且地下水流速較大會對樁徑有影響。根據(jù)地勘資料，該聯(lián)絡(luò)通道砂礫、圓礫的標準貫入度錘擊數(shù)大于20，密實度比較大，旋噴比較困難。由參考文獻[11]可知，對于富水砂層，如旋噴深度超過20 m，下部成樁效果難以達到樁徑、強度及抗?jié)B性等要求，如該處采用地面垂直旋噴，加固深度需超過泵房底板下3.0 m，則整個旋噴深度將超過30 m，因此采用旋噴樁加固風險比較大。

2.4 注漿法

注漿法是通過一定的壓力，使?jié){液通過滲透、填充、劈裂等形式注入到巖土的孔隙、裂隙或空洞中，漿液固結(jié)后，地層的強度和完整性增加，滲透系數(shù)和含水量減小，從而達到加固地層和堵水的目的。該方法適用性強，可處理各類軟弱破碎圍巖，例如斷層破碎帶、碎石土、砂層、黏土和人工填土等。該工程需要加固的地層為砂層，滲透系數(shù)為1×10-1～7×10-3cm/s，且地下水流速比較大，所以比較適合采用注漿法。注漿法的優(yōu)點在于： 安全性好、成本比較低、占地面積小、工期短、見效快、施工噪聲和震動小、注漿材料和參數(shù)可靈活選用。由文獻[12]可知，注漿法在砂礫、圓礫地層中的加固效果比較好。

2.5 4種方法的技術(shù)、經(jīng)濟對比分析

4種方法的技術(shù)、經(jīng)濟對比分析見表1。

由地面現(xiàn)場抽水試驗表明，由于圓礫地層中地層滲透系數(shù)比較大，隧道掌子面來水量比較豐富，僅僅依靠地面降水，很難將水位降到泵房基礎(chǔ)底面以下0.5 m，且會引起比較大的地面沉降。經(jīng)過對技術(shù)、經(jīng)濟方面的綜合對比，結(jié)合現(xiàn)場條件分析，為保證聯(lián)絡(luò)通道的施工安全和質(zhì)量，最終選用的聯(lián)絡(luò)通道加固和止水方案以洞內(nèi)全斷面預(yù)注漿加固為主，輔以地面管井和洞內(nèi)輕型井點降水，加固和降水達到要求后，采用礦山法進行聯(lián)絡(luò)通道施工。

3 聯(lián)絡(luò)通道施工

3.1 總體施工方法

聯(lián)絡(luò)通道總體施工步驟為： 洞內(nèi)超前預(yù)注漿—洞外地表降水—聯(lián)絡(luò)通道礦山法施工—洞內(nèi)輕型井點降水—聯(lián)絡(luò)通道水倉施工。洞內(nèi)注漿孔布置縱斷面見圖2，現(xiàn)場注漿孔和管棚布置見圖3。

表1 4種加固方法的技術(shù)、經(jīng)濟對比

圖2 注漿孔布置縱斷面圖(單位： mm)

圖3 現(xiàn)場注漿孔和管棚布置圖

3.2 聯(lián)絡(luò)通道超前注漿加固和堵水

3.2.1 注漿參數(shù)及工藝

在聯(lián)絡(luò)通道兩端開口位置的管片上分別進行鉆孔，進行全斷面超前預(yù)注漿。注漿加固范圍為開挖輪廓線外3.0 m，注漿孔深度為3.9～11.5 m，鉆孔直徑為90 mm，漿液擴散半徑為0.6～1.2 m，注漿終壓力為0.5～1.5 MPa； 注漿孔數(shù)為： 上行73個，下行72個。注漿材料為水泥-水玻璃雙液漿、單液水泥漿(摻外加劑)和聚氨酯漿液。聚氨酯漿液用于隧道周邊注漿孔，以彌補水泥漿膠結(jié)體之間的薄弱環(huán)節(jié)，進一步降低地層的滲透系數(shù)。注漿材料的配比和性能見表2，聚氨酯材料性能見表3，不同鉆孔涌水量條件下注漿材料和主要參數(shù)的選擇見表4。注漿方式為前進式、后退式和全孔一次性注漿3種方式相結(jié)合，水泥-水玻璃注漿主要采用前進式注漿工藝，單液水泥漿主要采用鉆桿分段后退式注漿工藝，聚氨酯注漿主要采用全孔一次性注漿工藝。注漿設(shè)備主要為KBY50/70雙液注漿泵及小型單液灌漿泵。

為提高掌子面的穩(wěn)定性，注漿完成后，對掌子面中部的注漿孔重新掃孔，安裝塑料管并進行注漿。塑料管主要布置在上半斷面，管間距為1.0 m×1.0 m，塑料管外壁不開孔，注漿時，漿液沿管內(nèi)流到孔底排出，在注漿壓力作用下，再沿著管外壁和鉆孔內(nèi)壁之間的空隙流到孔口，保證管外壁和土體的全長度粘結(jié)。注漿材料為單液水泥漿，水灰質(zhì)量比為(0.6～0.8)∶1，注漿壓力一般為1.0～1.5 MPa，減小水灰質(zhì)量比和提高注漿壓力是為了提高管體和土體的黏結(jié)力及掌子面土體的強度，從而保證掌子面的穩(wěn)定。涌水量與地層注漿速度的關(guān)系： 隨著注漿量的加大，地層空隙率越來越小，水泥系漿液注入越來越困難，需要調(diào)整漿液類型、注漿壓力、擴散半徑和注漿速度等注漿參數(shù)。聚氨酯漿液主要用在開挖輪廓線外的鉆孔處，目的是注入到更小的空隙處，彌補注漿區(qū)域，降低地層滲透系數(shù)，減小隧道涌水量。

超前預(yù)注漿完成后，為了防止聯(lián)絡(luò)通道開挖過程中出現(xiàn)局部坍塌和整體失穩(wěn)破壞，在隧道周邊安裝管棚。管棚長度為10 m，直徑為76 mm，環(huán)向間距為40 cm，外插角為2° ～3°，注漿采用水灰質(zhì)量比為0.8∶1的單液水泥漿。對于管棚孔，應(yīng)盡量在原注漿孔位置重新鉆孔，如無鉆孔位置，則將原注漿孔掃開。對于管片開孔部位，將管棚外露端頭割除，采用和混凝土管片同標號的高強度水泥砂漿涂抹。

表2 注漿材料的配比和性能

表3 聚氨酯注漿材料的性能

表4 不同鉆孔涌水量條件下注漿材料和主要參數(shù)的選擇

3.2.2 注漿效果的檢驗和評價

聯(lián)絡(luò)通道鉆孔注漿于2014年4月28日開始、2014年6月25日完工，單孔注漿量為0.4～2.0 m3。注漿施工結(jié)束后，按鉆孔數(shù)量的10%施作檢查孔，然后進行鉆孔取芯檢查和出水量測試，既有鉆孔涌水量均小于0.2 L/(m·min)，且無泥沙涌出。芯樣取出后進行送檢，無側(cè)限抗壓強度達到5～20 MPa。

在掌子面上、中、下3個部位，分別選擇3個檢查孔進行壓水試驗。根據(jù)文獻[13]，地層滲透系數(shù)的計算公式為

(1)

式中：k為滲透系數(shù)，cm/s；Q為壓入流量，m3/d；H為試驗水頭，m；l為注水試驗段長，m；r0為鉆孔半徑，m。

壓水試驗時，試驗段長度l=5.0 m，試驗最大水頭H=100 m，鉆孔半徑r0=45 mm。流量觀測間隔為每2分鐘1次，當流量無持續(xù)增大趨勢，且連續(xù)5次流量讀數(shù)中最大值和最小值之差小于最終值的10%或最大值與最小值之差小于1 L/min時，本段試驗即可結(jié)束，取最終值為計算值。試驗結(jié)果表明，地層滲透系數(shù)為

2.32×10-5～3.46×10-6cm/s。

通過以上注漿效果分析，說明注漿效果比較好，注漿加固后，圍巖自穩(wěn)能力將有較大的提高，地層涌水量將大大減小。注漿效果如圖4所示。

圖4 現(xiàn)場注漿效果

3.3 地表管井降水

采用8口管井進行地表降水、11 kW水泵進行抽水，單泵流量為30～50 m3/h，并設(shè)置2個水位觀測孔觀測水位的變化。降水井布置見圖1，地表管井降水井參數(shù)見表5。

表5 地表管井降水井參數(shù)

2014年6月30日通過水位觀測孔進行井水位監(jiān)測，啟動全部降水井水泵進行抽水。降水15 d后，水位下降6.98 m，水位降低到聯(lián)絡(luò)通道底板以下0.52 m，滿足開挖要求。

3.4 聯(lián)絡(luò)通道開挖和支護

聯(lián)絡(luò)通道采用小導(dǎo)管超前支護、臺階法開挖、錨噴網(wǎng)聯(lián)合支護和鋼筋混凝土二次襯砌。小導(dǎo)管外徑為42 mm，壁厚3.5 mm，長3.0 m，外插角為10°，環(huán)向間距為0.4 m，縱向間距為1.0～1.5 m。采用水泥-水玻璃雙液注漿，注漿壓力為0.5～1.0 MPa。隧道采用2臺階施工，臺階長度為3.0 m，上臺階每循環(huán)開挖0.5～1.0 m。初期支護采用格柵拱架和網(wǎng)噴C25混凝土。為了實現(xiàn)快速開挖和支護，一般情況下，每循環(huán)開挖和施工時間控制在6 h以內(nèi)，下臺階每開挖1.0 m進行仰拱初期支護封閉成環(huán)。為了防止?jié)B水對掌子面穩(wěn)定的影響，下臺階后方2.0～3.0 m設(shè)置集水坑，以匯集掌子面的滲水，集水坑底部標高一般比底板低1.0 m左右。聯(lián)絡(luò)通道施工中，實際涌水量控制在3 m3/(m·d)以內(nèi)。根據(jù)監(jiān)測信息，初期支護全部施作完成且變形基本穩(wěn)定后，施作防水層和鋼筋混凝土二次襯砌。聯(lián)絡(luò)通道具體開挖方法見圖5，初期支護結(jié)構(gòu)見圖6。

圖5 聯(lián)絡(luò)通道開挖支護方法示意圖

Fig. 5 Sketch diagram of excavation and support method for cross passage

圖6 聯(lián)絡(luò)通道初期支護示意圖(單位: mm)

4 水倉基坑施工

水倉底板埋深比較大，水壓力比較高，同時由于洞內(nèi)超前注漿時底部的鉆孔外插角比較大，注漿盲區(qū)較大，造成水倉范圍內(nèi)注漿效果不理想?；娱_挖到1.0 m時，基底涌水量比較大，水量達到3.0～5.0 m3/h，影響了施工安全和開挖支護質(zhì)量，為此增加了周邊小導(dǎo)管注漿和輕型井點降水。開挖之前，先施作第1循環(huán)小導(dǎo)管，在安設(shè)第1循環(huán)小導(dǎo)管和注漿結(jié)束后，施作輕型井點管，邊降水、邊開挖、邊施作初期支護； 待開挖2.5 m后，施作第2循環(huán)小導(dǎo)管和輕型井點管，再進行降水、開挖和初期支護，待開挖、初期支護全部完成后，進行底板和側(cè)墻內(nèi)襯鋼筋混凝土施工。

4.1 水倉基坑周邊小導(dǎo)管注漿

為保證開挖穩(wěn)定，在水倉周邊采用小導(dǎo)管進行注漿，小導(dǎo)管直徑為42 mm，環(huán)向間距為20 cm，梅花形布置，外插角度為10°； 從上到下，小導(dǎo)管分2循環(huán)施工，每循環(huán)2排，每排62根，排距20 cm，每根長3.5 m； 注漿材料主要為聚氨酯漿，注漿壓力控制在1.0 MPa以內(nèi)。為了減少注漿對輕型井點降水的影響，控制聚氨酯漿液的凝結(jié)時間在30 s以內(nèi)。水倉基坑周邊小導(dǎo)管注漿見圖7。

圖7 水倉基坑周邊小導(dǎo)管注漿(單位: mm)

4.2 坑內(nèi)輕型井點降水

水倉周邊進行小導(dǎo)管注漿后，為了保證開挖效果，在基坑中間位置先開挖深度和直徑均為1.0 m的集水坑，然后在坑內(nèi)放置抽水泵進行抽排水； 同時，在基坑周邊采用輕型井點進行真空降水，輕型井點降水井沿水倉周邊布置，采用φ32 mm的PVC管，長度為5.0 m，外插角為60°，間距為0.5 m，其中濾管長2.0 m； 在濾管管壁鉆直徑為10 mm、間距為50 mm的小孔，呈梅花形布置，在濾管周圍填充粗砂，粗砂直徑為2～4 mm，管壁外包2層100～200的目濾網(wǎng)，用繩子包扎，濾網(wǎng)搭接20 cm，采用黏土將濾管上方2.0 m處的孔壁間隙填充密實，防止漏氣?，F(xiàn)場輕型井點布置見圖8。

圖8 現(xiàn)場輕型井點布置圖

4.2.1 井點管安設(shè)

安裝井點管應(yīng)先采用風鉆引孔，再用高壓風成孔法和高壓水沖孔，沖孔完成后，安裝井點管。沖孔管采用直徑為20 mm的鋼管，沖孔深度應(yīng)比濾管底部深0.5～1 m，以保證濾管安裝到位。

4.2.2 管路連接

抽水總管懸掛在邊墻位置，總管采用φ75 mm的PVC管，并根據(jù)井點管的間距在總管和井點上用φ32 mm的PVC管引出接頭。井點管與總管的引出接頭用φ32 mm的塑料軟管相連，再用鐵絲箍緊并纏繞膠帶。為防止漏氣，在管箍絲扣處涂以黃油。

4.2.3 降水效果

采用井點降水系統(tǒng)抽水12 h后進行開挖。開挖過程中，涌水量減少到3.0 m3/h以內(nèi)，側(cè)墻和底部自穩(wěn)能力大大提高。

4.2.4 水倉基坑開挖

主要采用風鎬進行基坑開挖，豎向分層、橫向分塊，分層厚度為0.5～1.0 m，分塊面積一般不超過2.0 m2。開挖后，及時安裝格柵鋼架和鋼筋網(wǎng)，并噴射混凝土。開挖過程中揭示，水倉位置地層為砂礫層和圓礫層，一般情況下，地下水位被控制在開挖面以下1.0 m。水倉基坑開挖現(xiàn)場見圖9。

圖9 水倉基坑開挖圖

雖然采用了小導(dǎo)管注漿堵水和坑內(nèi)井點降水，但開挖時出現(xiàn)了局部涌水和坍塌等問題，針對這些問題采取的主要措施如下。

1)水倉西側(cè)(靠近湖岸的一側(cè))出現(xiàn)了2處局部涌水。原因可能是在聯(lián)絡(luò)通道開挖時，西側(cè)前期施作的旋噴樁體咬合部位受到開挖的擾動，使得地下水沿樁體搭接部位流入聯(lián)絡(luò)通道。為了保證施工的安全，現(xiàn)場對出水部位快速封堵和噴漿后，采用φ32 mm的小導(dǎo)管進行頂水注漿，將水頂至旋噴樁體以外，并采用聚氨酯漿液對咬合部位進行補充注漿加固，最終2處涌水被完全封住。出水點封堵現(xiàn)場見圖10。

圖10 出水點封堵圖

2)隨著基坑向下開挖，水土壓力越來越大，已開挖的初期支護開始出現(xiàn)較大的變形。為了防止基坑失穩(wěn)，每次循環(huán)開挖后，在初期支護上設(shè)置型鋼對撐來控制變形。

3)水倉東側(cè)和北側(cè)局部出現(xiàn)了涌水、涌砂，現(xiàn)場采用棉紗、木塞封堵和砂袋反壓，并快速噴射混凝土進行封閉，然后補充注漿，并適當?shù)乜s小開挖的分層高度和分塊面積。進行快速支護和封閉成環(huán)的方法保證了施工安全和質(zhì)量。

4)為了防止水倉底部隆起和發(fā)生管涌，現(xiàn)場準備了錨固劑、砂袋、注漿泵、水泵和小型挖機等搶險材料和機具。一旦出現(xiàn)險情，當封堵困難時，則先采用砂袋反壓，再向基坑灌水以平衡外部水壓力的方法進行處理。

5 監(jiān)測結(jié)果分析

5.1 拱頂下沉和周邊位移監(jiān)測

開挖時，聯(lián)絡(luò)通道從小里程到大里程每4.0 m設(shè)置1個監(jiān)測斷面，分別為k0+0、k0+4和k0+8，每個監(jiān)測斷面設(shè)置1個拱頂下沉測點和1對周邊收斂測點。拱頂下沉和周邊收斂監(jiān)測結(jié)果見圖11，S101、S102和S103分別代表3個斷面的邊墻收斂點，Gd01、Gd102和Gd103分別代表3個斷面的拱頂下沉點。由圖11可知，拱頂下沉最大累計值為10 mm，周邊收斂最大累計值為12 mm，均小于20 mm的控制值； 最大變形速率為3.0 mm/d，小于5.0 mm/d預(yù)警值。

5.2 地表監(jiān)測

在聯(lián)絡(luò)通道中線上方地表布置沉降測點進行位移監(jiān)測，地表沉降監(jiān)測點布置和監(jiān)測結(jié)果見圖12。由圖12(b)可知，地面累計最大沉降值為7.56 mm，小于30 mm的控制值; 最大沉降速率為2.0 mm/d，小于3 mm/d的預(yù)警值。

圖11 聯(lián)絡(luò)通道拱頂下沉和周邊收斂變化曲線(2014年)

Fig. 11 Variation curves of crown top settlement and surrounding rock convergence of cross passage (in 2014)

(a) 地表沉降測點布置

(b) 地表沉降變化曲線

圖12 聯(lián)絡(luò)通道中線上方地表沉降測點布置圖和監(jiān)測結(jié)果(2014年)

Fig. 12 Layout of settlement monitoring points on ground surface and monitoring results (in 2014)

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果可以分析得出，開挖過程中圍巖比較穩(wěn)定，開挖引起的隧道和地表變形較小，對環(huán)境的影響較小，這說明聯(lián)絡(luò)通道施工過程中所采取的超前預(yù)注漿和洞內(nèi)外降水措施及開挖支護方式是安全可靠的。

6 結(jié)論與分析

1)在聯(lián)絡(luò)通道礦山法施工過程中，采用超前預(yù)注漿、地面管井降水和洞內(nèi)輕型井點降水技術(shù)相結(jié)合的方法，既可以起到加固堵水的作用，又可以起到減壓限排的作用，且保證了聯(lián)絡(luò)通道在少水條件下的開挖。另外，在地面降水難以滿足施工要求的情況下，將周邊小導(dǎo)管注漿與洞內(nèi)輕型井點真空降水相結(jié)合，可有效降低水倉基坑施工中涌水流砂的風險，該方案比較合理，技術(shù)措施比較有效，施工效果較好。

2)礫砂、圓礫地層局部往往夾雜中砂及粉細砂，如果采用普通水泥漿和普通水泥-水玻璃注漿，由于普通水泥漿顆粒較大，易導(dǎo)致漿液擴散不均勻，注漿加固薄弱部位較多，容易涌水； 如果采用超細水泥或聚氨酯等注漿材料進行補充注漿，漿液可以在細小的空隙中擴散和固結(jié)，可以進一步改善注漿效果，提高地層的堵水率，降低地層的滲透系數(shù)，延長圍巖的自穩(wěn)時間，為初期支護施作創(chuàng)造良好條件。

3)從施工過程看，通過注漿基本達到了地層加固和堵水的目的，但由于注漿法的局限性、注漿盲區(qū)難以避免，因此在富水砂層聯(lián)絡(luò)通道和水倉基坑開挖過程中應(yīng)做到“早降水、嚴注漿、管超前、短進尺、少擾動、強支護、快封閉、勤量測”，并及時進行二次襯砌施工，形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，以保證施工和環(huán)境安全。

4)在富水礫砂、圓礫地層中開挖隧道和基坑，可能會出現(xiàn)突水涌砂、基底隆起和管涌等險情，施工前，應(yīng)制訂應(yīng)急預(yù)案、做好應(yīng)急準備，并準備快凝快硬水泥、砂袋、棉紗、木楔、方木和型鋼等搶險材料及注漿機、水泵、挖機和裝載機等設(shè)備，一旦出現(xiàn)險情，應(yīng)快速應(yīng)對，及時封堵和反壓，防止險情發(fā)展。在該工程水倉基坑開挖過程中，采用棉紗和木塞快速封堵出水點，將砂袋反壓，及時進行噴射混凝土封閉補強，并進行補充注漿，取得了較好的效果。

該聯(lián)絡(luò)通道雖然采用降水和注漿相結(jié)合的技術(shù)取得了成功，但從開挖情況看，漿液以劈裂和填充為主注入，均勻性和連續(xù)性較差，隨著開挖長度的增加，漿脈數(shù)量逐漸減少，注漿盲區(qū)增大，掌子面出水量逐漸增大，因此如何改善注漿加固體的均勻性及連續(xù)性并減小注漿盲區(qū)仍是下一步研究和努力的方向。

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Construction Technology For Cross Passage of Shield Tunnel in Water-rich Sandy Stratum

LI Zhiguo1, XU Haiting1, YANG Shiyan2

(1.Survey,Design&ResearchInstituteofChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd.,Guangzhou511455,Guangdong,China; 2.SanchuCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Shenzhen518000,Guangdong,China)

The construction difficulty and risk of cross passage of urban metros in water-rich sandy stratum is very high. Hence, a comparison is made among dewatering, freezing, jet grouting and grouting reinforcement in terms of technology and economy, and a combination consolidation scheme of grouting reinforcement + dewatering is selected to improve the stability of surrounding rocks and reduce influence of construction on surrounding environment. During the construction of cross passage, advanced pre-grouting in tunnel and tube well dewatering on ground surface + light well point dewatering in well outside tunnel are adopted. During the construction of water pit, surrounding small duct grouting and in pit light well point dewatering are adopted. Meanwhile, the deformation of the tunnel and ground surface during construction is monitored; and the monitoring results show that the deformation of the tunnel and ground surface is quite small which indicates the safety and feasibility of the above-mentioned technologies.

metro shield tunnel; cross passage; grouting reinforcement; dewatering; mining method

2017-01-09;

2017-03-29

李治國(1967—)， 男， 河南洛陽人，1998年畢業(yè)于北方交通大學，巖土工程專業(yè)，碩士，教授級高級工程師，現(xiàn)主要從事隧道和地下工程的設(shè)計、施工和科研工作。E-mail： lzg_100@163.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.05.013

U 455.4

B

1672-741X(2017)05-0609-09