淺談城市礦山法隧道穿越圓礫土層加固技術(shù)

王軍民，劉軍偉，刁志剛

（中鐵隧道局集團(tuán)有限公司，廣州 511340）

1 引言

在我國(guó)城市暗挖隧道修建過(guò)程中往往需穿越城區(qū)，施工環(huán)境復(fù)雜，在施工中為了確保周邊建構(gòu)筑物的安全，必須采取相應(yīng)的輔助措施。某城際鐵路濱江新城至市政府暗挖區(qū)間位于八方小區(qū)與市政府中間，隧道上方為城市主要干道，隧道穿越地層為圓礫[1]、全風(fēng)化板巖、強(qiáng)風(fēng)化板巖，施工過(guò)程中如控制不當(dāng)導(dǎo)致隧道坍塌、地表下沉，會(huì)危及周邊房屋安全。如何確保隧道安全通過(guò)，且不影響周邊建構(gòu)筑物安全為本工程施工的重點(diǎn)。在一般地層中主要的加固方式為高壓旋噴加固[2]、袖閥管注漿[3]、水泥拌和樁[4]等方法，但考慮到僅僅在地表注漿不能滿足現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度需要，且注漿效果無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果。經(jīng)過(guò)多次專(zhuān)家論證以及結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，該工程采取洞內(nèi)外注漿加固止水的方式，既保證了隧道安全穿越，又保證了地表建構(gòu)筑物的安全。

2 工程概況

某城市城際鐵路暗挖區(qū)間隧道工程沿市區(qū)主干道杜鵑路由東往西走向，下穿整個(gè)杜鵑路，且緊鄰市政府。暗挖區(qū)間全長(zhǎng)1 353 m，隧道穿越地層多為全-強(qiáng)風(fēng)化板巖，節(jié)理裂隙發(fā)育，隧道地層從上到下依次為人工雜填土、粉質(zhì)黏土、圓礫、全風(fēng)化板巖、強(qiáng)風(fēng)化板巖。根據(jù)地勘揭示，人工回填土和圓礫土層較厚，圓礫層富含水，透水性強(qiáng)，部分地段圓礫土層已侵入隧道洞身范圍，施工過(guò)程中，地面道路和周邊建筑物容易因隧道失水過(guò)多導(dǎo)致路面塌陷和建筑物不均勻沉降。項(xiàng)目區(qū)間隧道施工前期采用洞內(nèi)帷幕注漿止水加固措施，效果不太理想，多次發(fā)生地面道路沉降超標(biāo)現(xiàn)象，為確保后續(xù)施工安全，項(xiàng)目部邀請(qǐng)了相關(guān)專(zhuān)家進(jìn)行了研討，調(diào)整制訂了加固處理方案。

根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)及巖土勘察報(bào)告，隧道覆蓋層在14.5～15.2 m，從上到下依次為人工雜填土、粉質(zhì)黏土、圓礫、全風(fēng)化板巖、強(qiáng)風(fēng)化板巖和弱風(fēng)化板巖。其中人工雜填土和圓礫自穩(wěn)能力差，透水性強(qiáng)，且位于拱頂，開(kāi)挖前必須對(duì)其進(jìn)行加固。該區(qū)間暗挖隧道穿越地層有人工填土、圓礫（見(jiàn)圖1）、全風(fēng)化板巖層。

3 加固方案

3.1 地表加固方案

根據(jù)設(shè)計(jì)情況和地質(zhì)概況，結(jié)合項(xiàng)目區(qū)間隧道前期施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)專(zhuān)家組討論分析，決定把原洞內(nèi)帷幕注漿方案調(diào)整為地表和洞內(nèi)相結(jié)合的加固處理方案，確保隧道開(kāi)挖和周邊建筑安全，加固處理方案如下。

3.1.1 加固范圍

采用φ 600mm 三重管高壓旋噴樁加固，在隧道開(kāi)挖外邊緣線左、右側(cè)外3 m，隧道內(nèi)側(cè)1 m 范圍內(nèi)樁間距為400 mm，其余部位樁間距為600 mm，梅花形布設(shè)。

旋噴樁垂直長(zhǎng)度范圍為開(kāi)挖輪廓線外5 m、開(kāi)挖輪廓線內(nèi)2 m，圓礫土層侵入洞身的部位，旋噴樁相應(yīng)加長(zhǎng)，將侵入洞身的圓礫土層加固，防止洞內(nèi)坍塌，加固范圍剖面圖見(jiàn)圖2。

圖2 地表旋噴加固范圍剖面圖（單位：m）

3.1.2 施工參數(shù)的選定

旋噴施工采用三重管法，旋噴樁的樁徑為600 mm，施工前為保證成樁直徑不小于600 mm，分別選取19-1、17-1、19-4 共3 根樁作為試驗(yàn)樁，分別采用不同的施工參數(shù)進(jìn)行試樁施工。

經(jīng)過(guò)28 d 后，樁19-1、17-1 在取芯過(guò)程中，成樁質(zhì)量較差，無(wú)法做抗壓試驗(yàn)。19-4 試驗(yàn)樁檢測(cè)結(jié)果合格：土體無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度為2.6 MPa，滿足設(shè)計(jì)要求不小于2.0 MPa。

通過(guò)對(duì)3 根試驗(yàn)樁3 種參數(shù)的比選，采用參數(shù)3 作為旋噴樁施作的主要參數(shù)，即采用P·O42.5 水泥，水泥用量為300 kg/m，漿液水灰比為1.0，高壓泥漿壓力為20～25 MPa，壓縮空氣壓力0.5～0.7 MPa，速度15 r/min，提升速度80 mm/min。

3.2 洞內(nèi)加固

3.2.1 施工順序

先進(jìn)行掌子面臨時(shí)仰拱及封閉掌子面的工作，施工完成后進(jìn)行鉆機(jī)作業(yè)平臺(tái)的搭設(shè)，施工完成后在掌子面放出超前大管棚、超前周邊注漿孔位。先施工超前周邊注漿再施工超前大管棚。施工完成以后進(jìn)行洞身開(kāi)挖。

3.2.2 超前周邊注漿

注漿加固范圍為隧道頂部5 m 范圍，邊墻外3 m 范圍，注漿孔分布見(jiàn)圖3。每循環(huán)注漿段長(zhǎng)為27 m，預(yù)留3 m 長(zhǎng)度的止?jié){巖盤(pán),依次向前遞進(jìn)。

圖3 超前注漿孔位分布

注漿主要采用水泥漿液。注漿壓力為注漿處?kù)o水壓力加1～2 MPa。注漿速度5～80 L/min。每環(huán)注漿孔位布置27 m，設(shè)20 個(gè)注漿孔均勻布置，共設(shè)3 環(huán)，環(huán)與環(huán)之間注漿孔交錯(cuò)布置。鉆孔和注漿順序由外向內(nèi)，同一圈孔間隔施工。巖層破碎容易造成坍孔時(shí)，采用前進(jìn)式注漿。鉆進(jìn)過(guò)程中遇涌水或因巖層破碎造成卡鉆時(shí)，應(yīng)停止鉆進(jìn)，進(jìn)行注漿掃孔后再行鉆進(jìn)。

3.2.3 超前支護(hù)

超前支護(hù)采用φ89 mm 大管棚+φ42 mm 小導(dǎo)管進(jìn)行超前支護(hù)，以保證施工安全，防止隧道開(kāi)挖后因拱頂坍塌引起地表沉降。

超前大管棚采用φ89 mm×5 mm 熱軋無(wú)縫鋼管，間距為40 cm，單根長(zhǎng)10 m，搭接3 m。超前周邊注漿施工完成后施工超前大管棚，超前大管棚施工時(shí)按照孔位先施工單號(hào)孔，采用鋼花管，注漿完成后再施工雙號(hào)孔，采用鋼管。

超前小導(dǎo)管采用φ42 mm×3.5 mm 熱軋無(wú)縫鋼管，長(zhǎng)度4.5 m，環(huán)向間距40 cm，縱向搭接長(zhǎng)度不小于1 m，拱部120°范圍內(nèi)連續(xù)布置。采取全孔一次性注漿方式進(jìn)行超前圍巖加固。

3.2.4 洞身徑向注漿

徑向注漿孔口管為φ50 mm×3.5 mm 熱軋無(wú)縫鋼管，漿液擴(kuò)散半徑1.0 m，注漿孔梅花形布置，每環(huán)29 根。注漿時(shí)在初支仰拱施工完成后進(jìn)行。

4 加固后效果

4.1 取芯驗(yàn)證

加固后，在地表進(jìn)行取芯驗(yàn)證，圓礫層加固效果良好，圍巖的整體性有顯著提升，取芯情況見(jiàn)圖4。

圖4 加固后現(xiàn)場(chǎng)取芯驗(yàn)證

4.2 洞內(nèi)情況

隧道開(kāi)挖后，掌子面可明顯見(jiàn)旋噴樁樁體，圍巖面無(wú)明顯滴水，圍巖的整體性較好，見(jiàn)圖5。

圖5 加固后洞內(nèi)效果圖

4.3 監(jiān)測(cè)情況

從旋噴加固后開(kāi)挖至封閉成環(huán)，地表沉降小。較之前采用洞內(nèi)超前周邊加固方式，地表沉降明顯減小，有效地控制了地表沉降，保證施工及地面的行車(chē)安全。

5 結(jié)論

1）調(diào)整方案后，達(dá)到了開(kāi)挖止水和地層加固兩個(gè)目的，確保了隧道施工本身安全和地面道路及周邊建筑物施工安全。

2）縮短了工期、減少窩工：采用地表三重管雙高壓旋噴加固，結(jié)合洞內(nèi)超前周邊注漿的方式，減少了對(duì)洞內(nèi)施工的影響，避免或減少隧道施工人員、機(jī)械設(shè)備窩工現(xiàn)象。