淺埋暗挖隧道拱頂含水砂層處理方案研究

汪楊洲

摘 要：隨著城市基礎(chǔ)建設(shè)的進一步深化，受限于地面條件的情況增多，淺埋暗挖法越來越受到重視。對淺埋暗挖法而言，地質(zhì)條件的優(yōu)劣有決定性作用，而拱頂含水砂層是導致隧道坍塌等事故的重要原因之一，對其處理方案的研究對類似工程有很好的現(xiàn)實意義。

關(guān)鍵詞：拱頂含水砂層;淺埋暗挖隧道;風險處理

1 前言

隨著城市基建的深化及暗挖技術(shù)的成熟，淺埋暗挖法應(yīng)用的案例越來越多，為城市建設(shè)注入了蓬勃的活力。但在建設(shè)過程中，隧道突水涌砂甚至是塌方等問題時有發(fā)生，給工程建設(shè)帶來極大的負面影響。對暗挖隧道而言，大部分塌方都伴隨有水的因素。當拱頂處于含水砂層時，洞頂極易坍塌，地下水隨泥沙涌入隧道，造成事故。對拱頂含水砂層的風險處理方案進行研究，為類似工程提供參考及借鑒。

2 導管引流排水

暗挖隧道采用降水施工時，由于地質(zhì)條件復雜，往往會有層間水滯留。當拱頂砂層含層間水時，如處理不當，會帶來較大隱患。當層間滯留水水量較少或拱頂含水砂層較薄時，可采用超前打設(shè)導流管，提前將滯留水通過導流管引致隧道內(nèi)排出，再采取相應(yīng)的超前措施（如拱頂小導管注漿等），確保拱頂安全。

3 拱頂砂層加固

當拱頂含水砂層較厚，且含水量較大或含水情況不明時，需考慮采取超前注漿加固相應(yīng)地層，起到阻水及地層加固的效果，提供干燥、安全的施工條件。根據(jù)工法的不同，加固措施主要可分為地面加固和洞內(nèi)加固。

3.1 地面加固

地面超前加固措施可采用WSS、高壓旋噴樁等工法，漿液根據(jù)具體地層情況選用，多為水泥漿、水泥-水玻璃雙液漿，注漿孔以梅花形布置，相互咬合，在拱頂形成完整的加固土體，為下一步施工提供條件。廣州5號線珠江新城站～獵德站暗挖區(qū)間通過單管、雙重管及三重管旋噴樁的現(xiàn)場實驗對比，發(fā)現(xiàn)雙重管在成樁幾率及結(jié)石率等方面綜合較優(yōu)，并通過適當改進，取得了較好的效果。

3.2 水平超前加固

洞內(nèi)注漿加固相應(yīng)地層主要為超前小導管及深孔注漿。一般的超前小導管注漿在此時往往難以滿足要求，需要采取深孔注漿。深孔注漿工法較多，有WSS、水平旋噴、水平袖閥管及TGRM等注漿方式。不同工法各有優(yōu)劣，基本思路都是通過在掌子面打設(shè)注漿系統(tǒng)，對開挖面前方一定范圍內(nèi)土體進行加固。由于設(shè)備等限制，單次注漿加固長度往往有限，當隧道較長時，需要注漿、開挖多次交替進行。廣州地鐵二號線[新～磨區(qū)間]暗挖段成功應(yīng)用水平旋噴攪拌樁實現(xiàn)了飽和粉細砂層的穿越，單次加固樁長達41m，給類似工況隧道提供了成功案例參考。

目前而言，淺埋暗挖法隧道拱頂含水砂層處理方案主要為洞內(nèi)疏水、地面加固及洞內(nèi)加固堵水，不同方案有各自的適應(yīng)性及優(yōu)劣點，基本情況整理如表1。

4 案例應(yīng)用分析

北京某地鐵線某暗挖區(qū)間，區(qū)間長約265m，為單線單洞馬蹄形斷面，復合襯砌，斷面尺寸為6.5m（寬）×6.8m（高），拱頂覆土約20m，采用臺階法、降水施工。

根據(jù)地勘資料，隧道拱頂處于粉質(zhì)粘土層，其上為中粗砂層，含層間水（四），底板處于承壓水含水砂層，具體情況如圖1所示。

根據(jù)現(xiàn)場開挖段實際情況揭示，拱頂黏土層逐漸變薄，隧道局部拱頂已進入中粗砂層。拱頂出現(xiàn)滲漏水并伴隨沙子流失情況，如下圖2所示。原超前支護為拱頂超前小導管注漿，已不滿足要求。

針對現(xiàn)場情況，通過分析認為，由于地層不均勻性，粉質(zhì)粘土層局部下沉，從而使拱頂處于中粗砂層。此處黏土層呈漏斗狀，層

間水（四）將難以排出，形成“小湖”，拱頂為較厚含水砂層且含水量較豐富的情況，需采用注漿措施對相應(yīng)地層進行阻水、加固。

由于現(xiàn)場工期緊張，區(qū)間采用降水施工，拱頂以下為黏土層及不含水砂層，對阻水及加固效果要求不高，綜合考慮采用WSS法進行地面注漿加固。

地面鉆孔縱向間距為1m，拱部橫向共布設(shè)3個注漿孔（孔間距為0.8m）進行注漿，加固范圍為拱頂初襯外側(cè)2.5m，內(nèi)側(cè)0.5m。

（1）注漿參數(shù)：根據(jù)實測，地面高程至拱頂開挖面高差為20.4m左右，鉆頭鉆至距拱頂開挖面0.5m左右時停止鉆孔并進行后退式注漿，注漿采用WSS無收縮液漿固定拱頂上方地層。待地面注漿完成后，采用化學漿液封口。

（2）注漿壓力：現(xiàn)場施工注漿壓力控制在0.8～1MPa。注漿擴散半徑為1～1.5m。

（3）漿液配制：漿液采用WWS無收縮液漿，A液為稀釋后的水玻璃，B液為水泥漿液。A液：水玻璃濃度不低于40Be;水：水泥=1：1（重量比），水泥為普通硅酸鹽水泥，等級強度不低于42.5。雙液配合比：A液：B液=1：1（體積比）（漿液濃度可適當調(diào)整）。

（4）注漿施工：注漿嚴格控制注漿壓力，同時密切關(guān)注注漿量，當壓力突然上升或從拱頂噴錨面溢漿時，應(yīng)立即停止注漿，查明原因后采取調(diào)整注漿參數(shù)或移位等措施重新注漿。

在隧道掌子面前方超前注漿，每注漿步序長12m，邊注漿邊開挖。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，土體加固后，拱頂及掌子面自穩(wěn)性較好，無明顯水漬，滿足施工要求。

5 ?結(jié)束語

應(yīng)充分認識到淺埋暗挖法隧道拱頂含水砂層的重要性，需提前做好相應(yīng)風險處理措施，確保施工安全。含水砂層處理主要為疏水、堵水方案，需根據(jù)實際地質(zhì)條件及現(xiàn)場情況，因地制宜的選用合適的處理方案，確保方案可行、質(zhì)量較優(yōu)。淺埋暗挖設(shè)計時，應(yīng)通過適當調(diào)整方案，盡量避免出現(xiàn)拱頂含水砂層的情況，同時應(yīng)考慮地層不均勻性帶來的可能影響，做好相應(yīng)的應(yīng)急預案及風險處理備案。

參考文獻：

[1] 楊飛.暗挖隧道塌方機理及處理技術(shù)淺析[J].中國西部科技， 2016（1）：44～46.

[2] 曹軍輝，李克建，劉迎松.地下水對通過含水砂層段暗挖隧道施工的影響及控制方案研究[J]. 西部探礦工程，2018（1）： 058.

[3] 任偉新.高壓旋噴樁在飽和動態(tài)含水砂層淺埋暗挖隧道中的試驗與應(yīng)用探討[J].鐵道標準設(shè)計，2009（7）：83～87.

[4] 韓莉.水平旋噴攪拌樁在含水砂層超淺埋地鐵隧道中的應(yīng)用[J].廣東土木與建筑，2004（8）：6～7.