特殊雜填土地層地鐵暗挖區間施工加固措施分析

任　鵬　陳　達　嚴　啟

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京　100055)

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特殊雜填土地層地鐵暗挖區間施工加固措施分析

任鵬陳達嚴啟

(中鐵工程設計咨詢集團有限公司,北京100055)

以沈陽地鐵9號線某暗挖區間穿越特殊雜填土地層工程為例，建立暗挖區間開挖的數值模型，分別計算區間隧道與特殊雜填土段不同位置關系以及不同地層加固措施下的地表沉降和隧道變形。采用FLAC3D軟件進行數值模擬，分析采用地面注漿和洞內深孔注漿地層加固措施對于暗挖區間隧道開挖沉降、變形控制的效果。

特殊雜填土地鐵暗挖區間加固

1　概述

沈陽地鐵9號線某區間，右線長1 259.984m，左線長1 233.274m，采用礦山法施工。設2個施工豎井及橫通道，區間結構拱頂覆土厚度為6.6～17.2m。區間標準段結構寬度6.4m，結構高度6.63m，初支厚250mm，二襯厚350mm。

開挖1號豎井時發現，地面以下16m范圍內為包括混凝土塊、磚頭瓦塊、塑料、布料等在內的建筑垃圾及生活垃圾，16m以下為砂層，施工中地表沉降量較大，已達到125.38mm。后經補充勘察，探明此地段原為垃圾填埋場，線路左、右線總共約464m范圍穿越特殊雜填土。勘探顯示里程右AK10+960.0～AK11+450.0段雜填土厚度約為10.0～15.0m，里程右AK11+500.0～AK11+925.0段雜填土厚達5.0～17.0m，主要由碎磚塊、建筑垃圾、紡織布條、腐殖質生活垃圾、灰黑色粉質黏土等組成，物質來源較復雜，且雜填土結構疏松，可能還具有浸水濕陷性，對暗挖區間的施工及支護將產生較大影響(如圖1所示)。

圖1　區間特殊雜填土分布

2　地層加固方案

結合現場施工效果，本區間穿越特殊雜填土段采用地面注漿及洞內注漿相結合的加固措施。對于工作面范圍內侵入雜填土段，以地面注漿處理為主，地下小導管補充注漿為輔；其余穿越雜填土段以地下注漿加固為主。注漿加固順序應分區分塊，注漿工藝及材料通過試驗確定，并要求道路下方的污水管、雨水管在暗挖施工前進行防滲漏處理。

2.1工作面侵入特殊雜填土段

區間在里程右DK11+582～DK11+805、左DK11+572～DK11+693穿越雜填土(生活垃圾、建筑垃圾)層段(如圖2)，采用地面深孔注漿加固措施為主，輔以洞內注漿加固，注漿管間距0.6m布置，注漿管均長約21m，其中注漿段約11.5～13.5m。注漿先周邊，后中間，外圈采用早強型的水泥漿液，內圈采用單液水泥液，注漿后土體強度應達到0.2MPa以上。施工單位需在加固起終點處提前進行注漿實驗，以確定實際適用的注漿工藝及參數。注漿加固順序應分區分塊，注漿工藝及材料通過試驗確定。

2.2其余穿越特殊雜填土段

區間在里程右DK11+388～DK11+418、左DK11+325.29～DK11+412、左DK11+765～DK11+795穿越雜填土(生活垃圾、建筑垃圾)。這些地段采用洞內注漿加固措施為主，輔以地面注漿加固，注漿范圍為拱頂以上

3m，兩側3m，注漿后土體強度應達到0.2MPa以上。注漿工藝根據現場地層情況可以變換，但要求開挖工作面前方至少加固3m以上才可以開挖工作面(如圖3)。

圖2　工作面侵入特殊雜填土段注漿措施(單位：mm)

圖3　其余穿越特殊雜填土段注漿措施

標準段雙排小導管加固范圍為深孔注漿加固起終點前、后各5m。

3　數值模型

3.1計算工況

為分析地層加固措施對于暗挖區間穿越特殊雜填土地層的沉降、變形控制的效果，根據工作面侵入特殊雜填土的程度和地層加固措施的區別，需計算以下工況。

工況一：工作面大部分侵入特殊雜填土段，不采用地層加固措施。

工況二：工作面大部分侵入特殊雜填土段，全斷面采用地層加固措施。

工況三：工作面少量侵入特殊雜填土段，不采用地層加固措施。

工況四：工作面少量侵入特殊雜填土段，半斷面采用地層加固措施。

工況五：特殊雜填土段距離隧道外輪廓2m外，不采用地層加固措施。

3.2計算模型及計算參數

圖4　計算模型網格

模型網格劃分如圖4，模型高43m，寬80m，隧道埋深15m，共計單元3 322個。巖土體采用摩爾庫倫彈塑性本構模型，支護結構及加固區域采用彈性本構模型。

模型地層各材料計算參數如表1所示。

表1　地層物理力學參數

4　計算結果

4.1工作面大部分侵入特殊雜填土段不采用地層加固措施

模擬工作面大部分侵入特殊雜填土段且不采用地層加固措施時，暗挖地鐵區間施工產生的地層沉降和變形如圖5所示，該工況下地表最大沉降150.0mm，拱頂下沉153.4mm。

圖5　工況一計算結果

4.2工作面大部分侵入特殊雜填土段全斷面采用地層加固措施

模擬工作面大部分侵入特殊雜填土段且全斷面采用地層加固措施時，暗挖地鐵區間施工產生的地層沉降和變形如圖6所示，該工況下地表最大沉降11.6mm，拱頂下沉15.2mm。

圖6　工況二計算結果

4.3工作面少量侵入特殊雜填土段不采用地層加固措施

模擬工作面少量侵入特殊雜填土段且不采用地層加固措施時，暗挖地鐵區間施工產生的地層沉降和變形如圖7所示，該工況下地表最大沉降41.2mm，拱頂下沉61.5mm。

圖7　工況三計算結果

4.4工作面少量侵入特殊雜填土段半斷面采用地層加固措施

模擬工作面少量侵入特殊雜填土段且半斷面采用地層加固措施時，暗挖地鐵區間施工產生的地層沉降和變形如圖8所示，該工況下地表最大沉降28.3mm，拱頂下沉38.8mm。

圖8　工況四計算結果

4.5特殊雜填土段距離隧道外輪廓2m外，不采用地層加固措施

模擬特殊雜填土段距離隧道外輪廓2m外，不采用地層加固措施時，暗挖地鐵區間施工產生的地層沉降和變形如圖9所示，該工況下地表最大沉降26.0mm，拱頂下沉40.2mm。

圖9　工況五計算結果

將各個工況計算出得地表最大沉降和拱頂下沉值的匯總如表2所示。

表2　計算結果匯總　mm

5　結論

(1)通過數值分析，當暗挖地鐵區間隧道工作面大部分侵入特殊雜填土段，不采用任何地層加固措施時，得到的地表沉降和拱頂下沉量都非常大，遠遠不能滿足地鐵區間隧道的設計和施工要求，施工風險巨大。

(2)根據數值分析結果，對于暗挖地鐵區間隧道工作面大部分侵入特殊雜填土段，在采用了全斷面地層加固措施之后，地表沉降和拱頂下沉量對比不采用任何地層加固措施時有了極明顯的降低，說明以地面注漿為主的地層加固措施有效，且對于隧道開挖期間的沉降、變形控制效果明顯，并可在很大程度上降低施工風險。

(3)通過數值分析，當暗挖地鐵區間隧道工作面少量侵入特殊雜填土段，不采用任何地層加固措施時，得到的地表沉降和拱頂下沉量都較大，不能滿足地鐵區間隧道的設計和施工要求，存在較大的施工風險。

(4)根據數值分析結果，對于暗挖地鐵區間隧道工作面少量侵入特殊雜填土段，在采用了半斷面地層加固措施之后，地表沉降和拱頂下沉量對比不采用任何地層加固措施時有了明顯的降低，說明以洞內注漿為主、地面注漿輔助的地層加固措施有效，且對于隧道開挖期間的沉降、變形控制有一定效果，并可降低施工風險。

(5)根據數值分析結果，對于特殊雜填土段距離隧道外輪廓2m外段，地表沉降低于30mm，滿足地鐵區間隧道設計和施工要求，可不做加固措施[1～12]。

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Reinforced Measure Analysis For Underground Excavation Metro Section Constructing in Special Miscellaneous Fill Stratum

REN PengCHEN DaYAN Qi

2016-03-21

任鵬(1988—)，男，2014年畢業于北京交通大學巖土工程專業，工學碩士，助理工程師。

1672-7479(2016)04-0055-03

U231+.3；U455.4

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