淤泥質地層超淺埋暗挖隧道下穿房屋施工技術

張利娜

(北京城建五維市政工程有限公司，北京 100143)

1 工程概況

東風南路(青年北路—星火路)熱力管線工程，管徑為1 200，管線全長1 448.5 m，部分隧道下穿廠房及中水管線。暗挖隧道開挖斷面為6.3 m×4.65 m，覆土厚度5.5 m～7 m，屬于超淺埋暗挖隧道［1］。

下穿廠房及中水管線段隧道段位于粉質粘土、粘質粉土、砂質粉土、細砂層之內，且地下水豐富，含水粉粘土自穩能力大大降低，呈稀泥狀。暗挖施工沉降控制難，施工難度大。

2 周邊環境因素

2.1 下穿機床設備廠多處廠房［2，3］

從12號豎井向東開挖依次下穿多處機床設備廠內房屋且南側有順行排污溝渠，該段共200 m(8號～12號段)。

2.2 下穿中水管段施工

12號～16號隧道正上方有順行的DN700 的中水管，隧道與中水管凈距3.85 m，該中水管線為承插口鋼管，送水推力最大達到100 t，對地層沉降要求高，且南側有順行排污溝渠。

2.3 臨近排污溝渠

排污溝渠寬3 m，深2.6 m，在下穿房屋段和下穿中水段均與隧道順行，垂直方向凈距1.5 m～2 m，水平凈距自西往東逐漸增大，西側最近處0.5 m，東側最大2 m。排污溝渠底部自然形成，無隔水襯砌，地層常年受溝內污水浸泡，致使隧道開挖斷面含水量過飽和。

隧道與房屋、排污溝渠位置關系如圖1 所示。

隧道與中水管、排污溝渠位置關系如圖2 所示。

圖2 隧道與中水管及排污溝渠位置關系圖

3 隧道施工中遇到的問題及原因分析

3.1 隧道施工遇到的問題［4］

12號豎井在隧道開挖時，發現開挖面土體由于污水溝渠滲漏水影響，均為含水超飽和的粉土、粉粘土層。在完成深孔注漿、背后注漿的前提下，隧道開挖沉降量仍過大，在封閉成環前拱頂日沉降量最大達到7.6 cm，封閉成環后仍然以較高速率在整體沉降;地表日沉降量最大超過10 cm。封閉掌子面后，掌子面上有明顯泥漿狀水流不斷涌出，迫使現場幾度停工，隧道施工無法正常進行。

隧道內施工情況:拱頂出現環向裂縫，洞內滲水量大，過飽和狀態的土體在施工過程中從掌子面涌出。

封閉掌子面后仍有水流將掌子面沖開，致使現場反復3 次封閉掌子面，噴混厚度由10 cm 增加到20 cm，并打管注漿錨固。

3.2 原因分析

1)開挖地層及覆土層大部分為粉土、粉粘土層，此土層遇水喪失承載力。

2)隧道南側3 m 寬順行的污水溝渠，底部在隧道拱頂以上，溝渠采用磚砌擋墻，底部為原狀土層，排水為自然滲流，地下土質經過長年浸泡，隧道周邊的土體已經飽和，是隧道滲水的主要水源。

3)按照設計拱頂+側墻外1.5 m～2 m 深孔注漿(半帷幕注漿)進行施工，掌子面土體沒有加固，淤泥質土隨水流從掌子面流出，前方水土流失嚴重，未開挖土體應力被卸載，導致拱頂下沉增大，已封閉成環的隧道結構下方土體也隨地下水被擠壓流出，這也是導致隧道封閉成環后整體下沉的主要原因。

4)因隧道距離污水溝渠較近，中間覆土層較薄，注漿時不宜施加過大壓力，注漿效果不明顯。

5)此時正值雨季，雨水與往年相比較大，對淺埋暗挖施工造成很大的影響。特別是雨期造成污水溝渠內水位上升，造成隧道內更大的水土流失，使隧道注漿施工及開挖難度加大。

6)由于本段地質條件特殊，按照現有的超前支護方式，地面及拱頂沉降均得不到有效控制，后續施工中無法保證地面及地下建(構)筑物的施工安全。

4 下穿房屋及中水管段專項施工方案

4.1 隧道全斷面深孔注漿

4.1.1 適用范圍

根據豎井及隧道開挖揭示的地質水文情況，針對本段地質條件的特殊性，對原設計圖紙注漿止水加固范圍以及工藝進行了調整，采用暗挖隧道全斷面深孔注漿方案(包括隧道外輪廓線2 m 范圍內的全部土體，隧道開挖輪廓線以外地層注漿止水兼顧地層加固，隧道開挖輪廓線以內開挖面注漿起到加固土體控制水土流失的作用同時提高拱肩地基承載力，減少拱頂下沉，控制地面沉降)。

4.1.2 深孔注漿施工

隧道注漿止水施工:隧道在地下水豐富，設計拱頂+側墻深孔注漿無法滿足施工條件時，采用全斷面深孔注漿止水。

全斷面注漿止水加固從技術性和經濟性考慮，在能夠滿足結構施工的前提條件下，洞內可能會有少量的滲漏水，對這部分水可以采用盲溝眀排至隧道內設置的積水坑內。

注漿加固隧道外擴2 m 范圍，如圖3 所示。一般注漿段長度8 m，開挖長度6 m，注漿段長度根據現場開挖情況調整，注漿管選用φ25 的鋼管，管身不打孔，注漿孔距0.5 m，梅花形布置，如圖4所示。漿液配比可根據現場實際情況進行調整。注漿施工完成，土體達到一定強度再進行隧道開挖，并按常規暗挖施工方法進行隧道施工。在每次注漿前都要噴射混凝土封堵掌子面，注漿施工完畢后再破除掌子面進行隧道開挖，如此反復直至完成滲水量大及流砂出現的施工段。由于注漿時的壓力較大，所以掌子面的封堵厚度應大于200 mm，加設水平格柵(間距500 mm)，并在水平格柵內外兩側掛φ6@10 cm×10 cm 鋼筋網噴射C20 早強混凝土進行掌子面封閉。每8 m 一個施工段，開挖到6 m 處，采用洛陽鏟人工探測前方土質和地下水情況，并保留4 m 作為止漿墻。

圖3 隧道注漿斷面圖

圖4 注漿孔剖面圖

4.1.3 注漿材料

P.O42.5 硅酸鹽水泥、純度85%磷酸、35 Be'水玻璃。

本工程地段地下水豐富，粉土及粉質粘土地層已飽和，注漿時先用水玻璃+磷酸封堵頭止水，然后再注水泥漿+水玻璃。

4.1.4 注漿材料配比

先根據地質水文情況選擇注漿止水試驗段，以確定注漿參數和注漿量。

4.1.5 主要注漿參數

1)注漿孔直徑25 mm。2)漿液凝結時間:10 s～30 s。3)注漿壓力:0.3 MPa～0.5 MPa。4)漿液終壓:0.5 MPa。5)單管擴散半徑:0.25 m。6)注漿范圍:2 m(沿初襯開挖輪廓外)。7)根據現場實際地質情況，注漿流失量較大，估算損失率為10%。8)對特殊地層，可用硫鋁酸鹽水泥類(TGRM，HSC)漿(TGRM，HSC 是水泥，水灰比0.8∶1～1.2∶1)。

4.2 超前小導管密排布置

在拱部打設超前小導管。小導管選用φ32 長度1.8 m 鋼花管(在管周布孔，孔距100 mm～200 mm，眼孔直徑8 mm)，外傾角15°～25°，縱向水平搭接長度不小于1 000 mm，每榀一打。

由于鋼格柵八字筋影響導管打設，小導管不能實現密排布置，最小環向間距為200 mm，小導管末端預留200 mm 長度，導管尾部與格柵焊接牢固。

4.3 隧道開挖方法由臺階法施工改為CD 法施工

本工程隧道開挖斷面為6 300 mm×4 650 mm，斷面比較大，為了控制拱頂沉降及地面下沉，將斷面由一次開挖成型分為幾個導洞多次開挖，減小一次開挖斷面，使開挖擾動降低。隧道施工由“臺階法施工”改為“CD 法施工”，左右導洞施工開挖錯距不少于10 m。

4.4 增加邊墻基礎地基注漿加固

增加邊墻基礎地基注漿加固(小導管注漿φ45×3.25 mm@400 mm，L=3 m)，用以解決地基承載力不足的問題。

4.5 加強初支背后注漿

1)采用速凝水泥進行初支背后注漿。

2)背后注漿分兩次進行，格柵封閉成環后及時進行初支背后注漿，待漿液初凝后，進行二次補償注漿。防止隧道繼續沉降。

4.6 對下穿房屋段隧道坡度進行調整

因下穿房屋段隧道覆土太淺(4.55 m～4.77 m)，且土質松散，含飽和水，注漿效果不好，所以經溝通，調整該段坡度，該段由原向東3‰上坡調整為向東8‰下坡。

5 施工效果小結

通過隧道施工中對以上措施施工效果的一一驗證，總結出如下經驗可供類似工程借鑒:

1)深孔注漿施工是穿越淤泥質地層施工的關鍵環節，注漿效果的好壞直接影響施工安全。深孔注漿施工應注意以下幾點:

a.注漿段應適當縮短，6 m～8 m 為宜。短注漿短開挖能保證在漿液失效前通過，且較易控制注漿效果。

b.調整先注入的漿液的凝結時間，一般控制在20 s～30 s 內，使漿液擴散后立即凝固成殼體，控制后續漿液擴散，使隧道加固圈保持在2 m 以內。最后以化學漿液封口，達到較好的止水效果。

c.嚴格控制現場漿液配合比，根據現場施工試配，水泥∶水玻璃∶磷酸質量比為20∶15∶3。

2)超前小導管起到了很好的控制沉降作用，每榀布置，超前小導管受作業空間限制，經過現場對單根1.5 m，1.8 m，2 m，2.5 m等長度的小導管試打，最終確定單根1.8 m 長度為宜，既能保證施工速度，又能起到很好的棚護作用。

3)CD 法施工由于其工藝做法較臺階法施工復雜，工序轉換多，且對于6.3 m×4.65 m 這種大小的斷面使得作業空間狹小，施工進度放慢，可操作性差，兩次開挖造成拱頂累計沉降不低于臺階法開挖。故對于沉降控制的作用有待進一步驗證。

［1］趙志江.超淺埋暗挖隧道施工技術［J］.現代隧道技術，2011(3) :136-143.

［2］臧延偉，章立峰，吳向東.淺埋暗挖隧道下穿房屋段結構方案設計［J］.山西建筑，2010，36(26) :304-306.

［3］閆超平.下穿地下管線淺埋暗挖隧道施工關鍵技術研究［D］.成都:西南交通大學，2010.

［4］沈茂盛.淺埋暗挖技術在富水淤泥質地層中的應用［J］.鐵道建筑，2012(10) :69-71.