深埋軟土盾構區間聯絡通道風險控制技術

文｜ 中鐵南方投資集團有限公司 黃鑫琢/中鐵六局集團有限公司交通工程分公司 龍國俊

0 引言

目前國內盾構區間聯絡通道施工通常采用先加固后礦山法施工的方案，即在盾構施工前實施聯絡通道加固，盾構推進時，地層加固范圍內加強向環形空隙內的壓漿，漿液采用有較高硬化指標、有良好防水性能的材料，加固效果滿足要求后再進行礦山法暗挖施工。在建設過程中，由于設計計算的工況與施工實際的工況存在差異，或是施工失當，極易發生坍塌、突涌等風險事故。本文依托深圳地鐵某工程實例，對高水位、深埋軟土盾構區間聯絡通道施工期遇到的風險進行分析，并提出控制措施。

1 工程概況

1.1 聯絡通道概況

深圳地鐵10 號線五和站～坂田北站區間（五坂區間）位于深圳市龍崗區，采用盾構法施工，區間線路全長792m，縱向為V 字節能型坡道，在區間最低點（YDK15+570.000）位置設置一處聯絡通道，兼作廢水泵房使用。聯絡通道采用礦山法施工，并配合采用高壓旋噴樁進行土體加固。

五坂區間聯絡通道及泵房，聯絡通道長9.64m（區間左右線凈距），初支由格柵鋼架+鋼筋網片+噴射混凝土組成，厚0.25m；二襯采用現澆鋼筋混凝土結構，厚0.3m。通道成型后凈空2.95m×3.0m（高×寬），泵房成型后凈空4m×2.8m×3.45m（長×寬×高）。

1.2 水文地質概況

五坂區間聯絡通道拱頂埋深約27m，地層從上至下分別為素填土層、粉質黏土層、礫砂層、礫質粘性土層、全風化花崗巖以及強風化花崗巖，其中素填土層、粉質黏土層及礫砂層厚度累計約18m。

施工期間測得地下水位埋深2.80m～8.40m，標高63.78m～73.30m。據地區經驗可知，此處地下水位的年平均變化幅度為2.0～3.0m。

1.3 聯絡通道設計施工方案

在盾構施工至聯絡通道位置之前對該區域地層采用雙重管高壓旋噴方式進行加固，旋噴樁采用梅花形方案進行布設，直徑600mm，間距450mm，咬合150mm。盾構隧道左右中心線間距15.64m，旋噴樁平面加固長度為隧道中心線往外各擴1m，共計17.64m，加固寬度為6.1m。剖面加固范圍為聯絡通道開挖頂面以上3m，開挖底面以下2m，共計12.9m。加固后土體應滿足以下指標：強度指標qu28≥0.8Mpa，滲透系數 k≤10-5cm/s～10-7cm/s。

2 聯絡通道施工主要風險

2.1 進洞風險

現場查勘表明：旋噴樁地面至通道上部3m 范圍內為空樁，且布孔較為密集，旋噴樁的施作破壞了原狀地層。施工后采用深孔注漿方式進行封孔，鑒于地下管線分布及行車主干道的制約，注漿壓力控制在較小值，漿液擴散未能有效加固破壞后的地層，造成通道頂部以上的地層松散，自穩性降低，進而形成了透水途徑，并引起了塌方。

2.2 掌子面塌方風險

現場查勘表明：聯絡通道洞身范圍內地層主要為全、強風化花崗巖，該地層標貫擊數為50-75 擊，較為密實。但在開挖過程中發現雙管旋噴樁噴射切割地層直徑未能達到咬合，成樁效果不佳，進而導致旋噴樁加固效果不佳，誘發塌方風險。

2.3 泵房側移及底部隆起風險

聯絡通道位于盾構掘進線路的最低點位，區間兩頭地下水沿結構外壁向最低點積聚，且上臺階塌方時出現的空洞形成了水的流通線路。大量地下水的聚集導致底部土體長期浸泡而發生軟化，在兩側水土壓力的向內擠壓下發生底部隆起、邊墻側移等現象。

3 聯絡通道施工期風險分析與控制

3.1 誘發施工期風險的主要因素

（1）地質條件

探明地質條件是地下工程施工的基礎，也是地下工程施工風險控制的關鍵，尤其是地下水的蘊藏與補給條件。

聯絡通道施工前需對周圍土體進行加固處理，主要目的是通過加固地層來減弱地層的滲透能力，提高地層的穩定性。對于不同的地質情況而言，聯絡通道的埋深、地下水徑流、注漿的施工工藝等均存在一定差異，進而導致加固的效果差別較大。

五坂區間聯絡通道洞身范圍內地層主要為全風化花崗巖和強風化花崗巖，巖層中除石英、長石外，其他礦物均風化成黏性土，遇水易軟化崩解。在地下水流動及水壓的作用下，黏性土成分含量降低，導致土層黏性降低、自穩性差并逐步形成空洞，從而引起地面沉降過大甚至坍塌。

（2）加固方法

聯絡通道地層加固大多采用地面高壓旋噴樁注漿加固。高壓旋噴樁適于淤泥、淤泥質土、粉土、砂土、濕陷性黃土、人工填土及碎石土等地層的加固和止水處理，但實際加固效果卻不理想，尤其是黏性土地層。當加固深度超過20 米時，其加固效果更不理想。

（3）加固質量

作為盾構隧道的附屬工程，聯絡通道相對車站、區間等主體工程造價低，工期短，工程規模小，在交通疏導和管線遷改方面的受重視程度遠不如地鐵車站。此外，加固施工受到地面建構筑物的影響，且通道埋深大，從地表進行加固存在較多的不確定性因素。

與此同時，施工單位對聯絡通道施工的重視程度也是造成施工風險的因素之一。

3.2 施工期主要風險控制措施

（1）提升地層加固效果

針對不同地層，需結合地質條件選擇合適的加固方式，確保加固后的地層滿足開挖施工要求。五坂區間采用高壓旋噴樁+注漿加固，首先在盾構通過前從地面進行高壓旋噴樁加固，然后在進洞前以及開挖過程中進行洞內注漿加固。

為了保證成樁質量，高壓旋噴樁施工過程中需要重點控制漿液噴射壓力及提鉆速度。鑒于深埋地層的天然特性，旋噴樁漿液噴射壓力提到最大后的成樁半徑通常小于設計要求，因此需在設計基礎上適當減小布孔間距（結合實際成樁效果確定最佳間距）以確保樁間的有效咬合。

（2）實施拱頂超前支護

聯絡通道開挖會破壞地層的天然結構，上部及側向水土壓力將集中向掌子面釋放，外加地下水浸泡引發的土體軟化崩解，拱頂土體易發生坍塌風險。因此，在此類地層施工時，應采用小導管注雙液漿的方式進行超前支護，且在注漿前將掌子面及底部土體全部進行噴錨封閉，并適當增加注漿壓力，形成堅固的止漿面。雙液漿凝結時間較短，加固體強度比水泥漿加固強度低，注漿結束后應快速組織連續開挖施工。結合本工程實例，深埋軟土地層每循環超前支護的有效范圍為掌子面前方1.0～1.5m，每循環開挖進尺必須小于超前支護范圍，且滿足設計要求。

（3）設置洞口管片臨時支撐

管片的切割作業會改變原有襯砌結構的受力狀態。為防止施工過程中原有結構變形過大而發生破壞，管片切割前，在聯絡通道開洞位置前后6 環范圍內架設臨時支撐。臨時支撐均采用鋼結構（型鋼或鋼管）焊接形成整體，從而形成洞口管片臨時支撐體系，提升開洞附近襯砌結構的安全性。

（4）強化初支結構

暗挖聯絡通道初支結構一般為格柵鋼架或型鋼+鋼筋網片+連接筋+噴錨形成的整體結構，其中格柵鋼架或型鋼按照設計要求的步距進行架設。結合本區間實例，深埋軟土因地下水浸泡發生軟化后土體顆粒較小，采用一般的鋼筋網片不能有效防止初支背后土體的掉落。因此，在實際施工時需結合地質條件及其特性，提前加密鋼筋網片的網眼間距，以確保其對地層的適應性，有效防止初支背后土體的坍塌。

鑒于深埋地層側向水土壓力較大，在聯絡通道上臺階、泵房等部位的開挖過程中，除采用鎖腳錨管固定兩邊拱腳外，還應增設臨時仰拱/支撐，將初支結構臨時封閉成環，增強初支結構的穩定性，防止側向水土壓力過大導致初支結構收縮變形而造成的侵限風險。臨時仰拱應采用與通道初支結構同類型材料加工制作，布設間隔不宜過大。當埋深較大時，需每榀設置，以確保初支結構的穩定性滿足施工要求。

4 結束語

本文依托深圳地鐵某區間聯絡通道施工，分析了施工過程中出現的拱頂土體坍塌、上臺階掌子面垮塌、下臺階底部隆起及泵房初支結構側移等工程風險，給出了誘發上述風險的主要因素，并形成了針對性的風險控制技術措施，成功克服了深埋軟土地層側向水土壓力大、地層加固效果不佳等難題，及時有效地控制了上述風險，施工期間未發生地面沉降超限、地表建筑物沉降、開裂等事故。

聯絡通道雖為隧道的附屬工程，但其施工風險不容忽視，特別是在深埋軟土盾構區間。施工前應根據地質勘察資料詳細分析地層特性及施工風險，有針對性的進行策劃，嚴格控制施工過程中的施工工藝與施工參數，制定風險控制技術措施，以規避或降低聯絡通道的施工風險，提前做好應急準備工作，確保聯絡通道施工安全。