淺談城市礦山法隧道穿越圓礫土層加固技術

王軍民，劉軍偉，刁志剛

（中鐵隧道局集團有限公司，廣州 511340）

1 引言

在我國城市暗挖隧道修建過程中往往需穿越城區，施工環境復雜，在施工中為了確保周邊建構筑物的安全，必須采取相應的輔助措施。某城際鐵路濱江新城至市政府暗挖區間位于八方小區與市政府中間，隧道上方為城市主要干道，隧道穿越地層為圓礫[1]、全風化板巖、強風化板巖，施工過程中如控制不當導致隧道坍塌、地表下沉，會危及周邊房屋安全。如何確保隧道安全通過，且不影響周邊建構筑物安全為本工程施工的重點。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場施工進度需要，且注漿效果無法達到預期效果。經過多次專家論證以及結合現場實際情況，該工程采取洞內外注漿加固止水的方式，既保證了隧道安全穿越，又保證了地表建構筑物的安全。

2 工程概況

某城市城際鐵路暗挖區間隧道工程沿市區主干道杜鵑路由東往西走向，下穿整個杜鵑路，且緊鄰市政府。暗挖區間全長1 353 m，隧道穿越地層多為全-強風化板巖，節理裂隙發育，隧道地層從上到下依次為人工雜填土、粉質黏土、圓礫、全風化板巖、強風化板巖。根據地勘揭示，人工回填土和圓礫土層較厚，圓礫層富含水，透水性強，部分地段圓礫土層已侵入隧道洞身范圍，施工過程中，地面道路和周邊建筑物容易因隧道失水過多導致路面塌陷和建筑物不均勻沉降。項目區間隧道施工前期采用洞內帷幕注漿止水加固措施，效果不太理想，多次發生地面道路沉降超標現象，為確保后續施工安全，項目部邀請了相關專家進行了研討，調整制訂了加固處理方案。

根據施工圖設計及巖土勘察報告，隧道覆蓋層在14.5～15.2 m，從上到下依次為人工雜填土、粉質黏土、圓礫、全風化板巖、強風化板巖和弱風化板巖。其中人工雜填土和圓礫自穩能力差，透水性強，且位于拱頂，開挖前必須對其進行加固。該區間暗挖隧道穿越地層有人工填土、圓礫（見圖1）、全風化板巖層。

3 加固方案

3.1 地表加固方案

根據設計情況和地質概況，結合項目區間隧道前期施工經驗，經過專家組討論分析，決定把原洞內帷幕注漿方案調整為地表和洞內相結合的加固處理方案，確保隧道開挖和周邊建筑安全，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，在隧道開挖外邊緣線左、右側外3 m，隧道內側1 m 范圍內樁間距為400 mm，其余部位樁間距為600 mm，梅花形布設。

旋噴樁垂直長度范圍為開挖輪廓線外5 m、開挖輪廓線內2 m，圓礫土層侵入洞身的部位，旋噴樁相應加長，將侵入洞身的圓礫土層加固，防止洞內坍塌，加固范圍剖面圖見圖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 根樁作為試驗樁，分別采用不同的施工參數進行試樁施工。

經過28 d 后，樁19-1、17-1 在取芯過程中，成樁質量較差，無法做抗壓試驗。19-4 試驗樁檢測結果合格：土體無側限抗壓強度為2.6 MPa，滿足設計要求不小于2.0 MPa。

通過對3 根試驗樁3 種參數的比選，采用參數3 作為旋噴樁施作的主要參數，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 洞內加固

3.2.1 施工順序

先進行掌子面臨時仰拱及封閉掌子面的工作，施工完成后進行鉆機作業平臺的搭設，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。施工完成以后進行洞身開挖。

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，注漿孔分布見圖3。每循環注漿段長為27 m，預留3 m 長度的止漿巖盤,依次向前遞進。

圖3 超前注漿孔位分布

注漿主要采用水泥漿液。注漿壓力為注漿處靜水壓力加1～2 MPa。注漿速度5～80 L/min。每環注漿孔位布置27 m，設20 個注漿孔均勻布置，共設3 環，環與環之間注漿孔交錯布置。鉆孔和注漿順序由外向內，同一圈孔間隔施工。巖層破碎容易造成坍孔時，采用前進式注漿。鉆進過程中遇涌水或因巖層破碎造成卡鉆時，應停止鉆進，進行注漿掃孔后再行鉆進。

3.2.3 超前支護

超前支護采用φ89 mm 大管棚+φ42 mm 小導管進行超前支護，以保證施工安全，防止隧道開挖后因拱頂坍塌引起地表沉降。

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

超前小導管采用φ42 mm×3.5 mm 熱軋無縫鋼管，長度4.5 m，環向間距40 cm，縱向搭接長度不小于1 m，拱部120°范圍內連續布置。采取全孔一次性注漿方式進行超前圍巖加固。

3.2.4 洞身徑向注漿

徑向注漿孔口管為φ50 mm×3.5 mm 熱軋無縫鋼管，漿液擴散半徑1.0 m，注漿孔梅花形布置，每環29 根。注漿時在初支仰拱施工完成后進行。

4 加固后效果

4.1 取芯驗證

加固后，在地表進行取芯驗證，圓礫層加固效果良好，圍巖的整體性有顯著提升，取芯情況見圖4。

圖4 加固后現場取芯驗證

4.2 洞內情況

隧道開挖后，掌子面可明顯見旋噴樁樁體，圍巖面無明顯滴水，圍巖的整體性較好，見圖5。

圖5 加固后洞內效果圖

4.3 監測情況

從旋噴加固后開挖至封閉成環，地表沉降小。較之前采用洞內超前周邊加固方式，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安全。

5 結論

1）調整方案后，達到了開挖止水和地層加固兩個目的，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，結合洞內超前周邊注漿的方式，減少了對洞內施工的影響，避免或減少隧道施工人員、機械設備窩工現象。