富水砂層中隧道下穿高危建筑物施工關鍵技術

（中鐵隧道局集團有限公司，河南 洛陽，471000）

市政建設中，在遇到一些無法拆除建筑物且無法繞避時，一般采用暗挖法下穿，從而達到很好社會效益與經濟效益[1～2]。但暗挖施工時均存在一定風險，為此需要進行相應的超前支護、降水、注漿等措施[3～4]，并保證隧道在穿越時能將建筑物的沉降控制在一定范圍內，保證施工安全顯得尤為重要，實現(xiàn)暗挖下穿施工的目的。隧道穿越某自來水廠，其中高壓配電房坐落在隧道頂部。高壓配電房為水廠的重要建筑物，隧道施工過程中必須控制高壓配電房的沉降，否則將直接影響到市民用水。

1 工程概況

1.1 工程設計概況

隧道采用CRD暗挖工法進行施工，左右線隧道與高壓配電房近似呈正交對稱分布（圖1）。隧道為上、下行分離式小間距隧道，雙向四車道，覆土厚度約6m，左、右線隧道中心間距為13.28～13.293m，凈間距為0.65～0.78m。

1.2 工程地質及水文地質

隧道區(qū)域在地貌上屬于錢塘江沖積平原，沉積著較厚的砂質粉土層，在第四紀歷史時期，場區(qū)曾經幾度發(fā)生海侵和海退，沉積韻律發(fā)生明顯，在河、湖相沉積地層之間發(fā)育著海相淤泥質粉質粘土地層。地下水屬于潛水型，賦存于場區(qū)淺部人工填土及下部砂質粉土層內，其富水性和透水性具有各向異性，含水層厚度在16.5～21.8m之間。地下水位埋藏較淺，一般在1.0～1.5m之間。

圖1 隧道與高壓配電房位置關系圖

2 隧道下穿高壓配電房施工重難點

高壓配電房是水廠的供電中樞，對其工作環(huán)境要求極高，該段暗挖隧道施工所引起的高壓配電房地表沉降必須在允許范圍內，否則市內供水系統(tǒng)將無法正常工作。隧道下穿高壓配電房施工重難點主要為以下幾個方面。

1）高壓配電房沉降控制要求高。隧道下穿高配房沉降控制標準為沉降速率≯3mm/d，不均勻沉降差≯12mm/10m，隧道拱頂下沉控制值≯50mm。在施工中如何針對不同的部位采取有效的保護措施，確保其安全正常使用，難度很大。

2）隧道穿越富水砂質粉土地層，圍巖穩(wěn)定性極差，施工中極易發(fā)生涌水、涌砂，而致使地層坍塌或地表過大沉降。

3）隧道為超淺埋、大跨度、小間距雙洞分修，開挖方法、支護措施必須保證隧道結構和圍巖的穩(wěn)定，并控制地表沉降，特別是小間距雙洞分修，如何減小左、右洞施工力學效應的疊加作用，保證隧道結構安全，將地層沉降控制在允許范圍內有相當?shù)碾y度。

根據高壓配電房的地質情況、結構受力情況，建立有限元模型，將高壓配電房作為地面超載進行分析，超載值取為20kPa，半地下室處取為15kPa。分別模擬單洞開挖和雙洞同時開挖時地表和結構的變形、受力情況。水廠段的暗挖隧道所穿越的地層為砂質粉土夾粉砂，滲透系數(shù)較大，地下水位高，因此，因降水引起的沉降必須加以考慮。采用二維Biot固結理論，計算結果表明：降水40天后隧道中心線對應地表的沉降基本穩(wěn)定，其最大沉降量達4.17cm，建筑物不均勻沉降最大為1.8cm，超出了控制值，所以需要采取輔助施工手段，保證建筑物安全。

3 關鍵施工技術分析

3.1 旋噴樁止水帷幕

1）首先需要有個相對封閉的區(qū)域進行下穿施工，將地下水的影響降到最低，隔絕施工對周邊其他環(huán)境的影響。在暗挖隧道的兩側施作旋噴樁和深孔地表注漿止水帷幕與兩端明挖基坑的圍護結構連接，形成封閉結構，截斷隧道內的地下水補給，同時將隧道施工引起的橫向沉降范圍控制在兩排旋噴樁之內，以保證隧道南、北側的濾水池、清水池的安全。

2）在隧道的外側和旋噴樁止水帷幕之間施作二排地表深井，通過不同高度設置抽水泵實現(xiàn)分級控制降水。

3.2 大管棚超前預支護

暗挖隧道施工中，超前大管棚支護是控制隧道沉降、防止坍塌常用的、有效的方法。過高壓配電房段采用?299管棚(夯管)，夯管法施工工藝流程如圖2所示。

圖2 夯管法施工工藝流程

管棚采用熱軋無縫鋼管?299mm，壁厚10mm，節(jié)長10m，環(huán)向間距為40cm，傾角：與襯砌外緣夾角仰1°，平行于線路中線，同一斷面內的接頭不大于50%，相鄰鋼管的接頭至少需錯開1m，管棚長度為45m，管內填料為C20細石混凝土。

3.3 動態(tài)跟蹤注漿技術

針對在夯管、降水或隧道開挖施工時引起的沉降，先通過靜態(tài)注漿糾偏將高壓配電房的不均勻沉降值迫降到允許值之內，才能進行剩余管棚和隧道的開挖工作。隧道開挖時，為滿足控制值，通過洞外和洞內的措施控制隧道的變形及引起的地表下沉，對高壓配電房采取地表動態(tài)跟蹤注漿保護，動態(tài)注漿孔位布置圖如下圖3所示。

1）注漿階段一 預注漿加固基底地層及周邊。預注漿固結基底地層主要目的是使基底和周邊下一定厚度的土層固結，為下一步調控注漿提供具有一定剛度的受力面，使調控注漿壓力具有方向性，基礎變形向上發(fā)展。根據高壓配電房現(xiàn)場情況調查，結合加固范圍（高壓配電房基礎外擴2m范圍內基礎與大管棚之間土體）及注漿擴散半徑布置孔位，預注漿壓力控制在0.3～0.6MPa，基底加固示意圖如下圖4所示。

圖3 動態(tài)注漿孔位布置圖

圖4 高壓配電房基底加固示意圖

2）注漿階段二 隧道施工過程中深孔調控注漿（動態(tài)補償注漿）。調控注漿（動態(tài)注漿）就是當隧道施工至高壓配電房基礎下時，當高壓配電房監(jiān)測結果接近控制值時，在該點處預注漿斜孔注漿位置或以外鉆深孔注漿，鉆孔方向根據需要可在90°范圍內調整，該注漿可反復進行，確保沉降控制在要求范圍之內。調控注漿壓力控制在1～1.5MPa，并及時根據監(jiān)控量測值進行調劑。

3.4 監(jiān)測信息反饋技術分析

工程施工中建立了嚴密的監(jiān)控量測體系，在高壓配電房結構柱上共布設7個沉降測點，以掌握施工期間高壓配電房的動態(tài)變化并及時采取相應措施。高壓配電房沉降的產生及發(fā)展分為四個階段：前期鉆孔樁及基坑開挖階段、初期暗洞夯管施工階段、暗洞開挖階段、后期拆撐及二襯施工階段，對不同階段的沉降監(jiān)測數(shù)據進行匯總如下表1所示，最終沉降控制的較好，均處于控制范圍內，且均小于理論計算累計沉降量，保證了高壓配電房的安全與正常使用。

表1 高壓配電房沉降監(jiān)測數(shù)據階段匯總表 (mm)

4 結論與總結

通過以上分析，在富水粉砂層中，解決超小間距淺埋隧道下穿重要建筑物施工的技術難題，需要從多方面、多角度入手，綜合運用各種技術措施、施工方法等，需要系統(tǒng)把握下穿施工的控制重點。

1）深入的研究微觀機理 在考慮施工方案時，需要考慮建立一個單位子工程（相對獨立的系統(tǒng)）進行研究與控制，找出影響施工的各種因素，收集圍巖各項參數(shù)以及施工參數(shù)進行微觀機理的研究，對理論計算與現(xiàn)場實際的施工情況及監(jiān)控量測信息反饋進行綜合分析，取得適合富水粉砂地層的各項詳細微觀參數(shù)，并以此靈活調整施工參數(shù)。

2）動態(tài)注漿施工 動態(tài)注漿施工作為較為成熟的施工技術，在建筑物加固方面有很好的施工效果。通過注漿預加固底部及周邊地層，可使結構基礎處于穩(wěn)定密實的地基上；可以控制漿液擴散范圍；通過多點動態(tài)注漿可使基礎沉降適時進行控制與調整。動態(tài)注漿施工包括二重管無收縮雙液注漿WSS施工工法、TSS注漿、洞內袖閥管水平注漿技術等，在其他類似工程中可做借鑒。

3）重視監(jiān)控量測信息反饋 復雜環(huán)境下，建筑物及周邊環(huán)境安全控制要求高，在施工時，需要掌握周邊環(huán)境、建筑物等受隧道施工影響的范圍、影響程度等各方面情況，通過監(jiān)測信息反饋指導施工，及時調整施工參數(shù)及施工工法，以此來減小在施工對周邊的影響程度。

4）重視理論計算及穩(wěn)定性分析 隧道工程施工是理論與實踐的相結合，不能單憑施工的經驗，施工前應進行相應的理論計算與分析，尤其是在周邊環(huán)境保護要求高的工程中，事先通過理論計算，參考土層各項參數(shù)及周邊環(huán)境的保護等級、保護要求等，考慮不同施工方法及工況條件下，施工的影響程度及土層應力變化情況，合理選擇施工方法，有效指導施工。

[參考文獻]

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