水平旋噴樁施工工藝在暗挖隧道施工的應用

何 剛

(深圳市地鐵集團有限公司，廣東深圳 518026)

在城市中施工地鐵暗挖隧道不可避免地對地下巖土體產生擾動，引起地表沉降和變形，地表沉降到一定的程度，將影響地面建筑物的安全和地下管線的正常使用。尤其對于深圳地鐵2號線安托山站—僑香站區間，隧道上方有一條6．6 m×3．1 m的雨水箱涵和管徑500 mm的次高壓燃氣管，且雨水箱涵與隧道拱頂之間主要為礫砂層，區間隧道與雨水箱涵之間最近處僅為3．66 m。經反復論證，對該段隧道采取了水平旋噴樁加固處理，以保證隧道施工、雨水箱涵、次高壓燃氣管線及上方市政道路的安全。

1 水平旋噴樁施工工藝概述

水平旋噴樁成樁是通過鉆桿鉆進過程噴射水泥漿將土體改造成為具有整體性、不透水性且強度較高的水泥土加固體，從而對局部地層進行改良，在暗挖施工時對拱頂有一定的支撐作用。該項工藝在砂、土層等松軟地層效果明顯，如果結合降水則在暗挖施工中效果更為顯著;但對于塊石、卵石、大量植物有機質，以及地下水過大等場地，效果不明顯。

水平攪拌樁工藝簡單、施工方便，其鉆進、攪拌、注漿可同步進行，效率高，一般情況下每小時成樁15 m左右;同時質量均勻穩定，相互咬合效果好，有利于隧道的超前支護和止水加固。但水平旋噴注漿作為軟土隧道的超前支護或加固也有一些不足之處。例如樁長一般以8 m～12 m為宜，太長則不好控制，容易跑偏;如遇孤石等障礙物則只有放棄，重新調整施工。

2 工程實例

2．1 工程概況

深圳地鐵2號線東延段安托山站—僑香站區間線路由安托山站起，線路出安托山站后沿僑香四道呈東西方向敷設，到達僑香路后再向東北方向延伸，進入僑香站。起點為安托山站，終點為僑香站，區間雙線總長度為1 340 m。線間距為11．0 m～15．2 m，線路軌面埋深17．0 m ～21．4 m。

在安托山站—僑香站區間東端里程ZDK19+630～ZDK19+665，隧道需要從疏解后的僑香路、6 600 mm×3 100 mm雨水箱涵及次高壓燃氣管線下方斜穿，隧道與道路、管線的立面關系如圖1所示。穿越僑香路段隧道采用了“周邊全斷面水平旋噴樁帷幕+超前全斷面深孔注漿”的地層加固方案，輔助原地次高壓燃氣管線懸吊保護方案。

2．2 區間穿越僑香路段工程地質條件

區間隧道穿越現狀疏解僑香路段附近的地質剖面見圖1。

該段隧道上覆及穿越地層自上而下分布有素填土，由粘性土混少量礫砂及角礫組成，結構松散～稍密，厚0．60 m～13．30 m;粉質粘土，透鏡狀分布，厚度為0 m～5．60 m;粉質粘土，透鏡狀分布，厚度為1．30 m ～5．50 m;礫砂，透鏡狀分布，厚度為1．50 m ～9．50 m;礫質粘性土，層狀分布，厚 1．00 m ～7．10 m。

2．3 工程實施

由于本段暗挖隧道拱頂均位于富水礫砂層或填砂層中，砂層進入隧道拱部約0．5 m～4．3 m，砂層位于地下水位以下，無自穩能力，在天然狀態下一旦擾動便會發生涌水突泥。同時考慮到次高壓燃氣管線及雨水箱涵沉降要求嚴格，如采用傳統礦山法超前支護措施則風險較大，如采用凍結法則成本較高，工期較長;經分析隧道所處地質條件，考慮到施工安全、施工工期、工程造價及對周圍環境影響等因素，通過綜合比選本段暗挖隧道采用水平旋噴樁進行超前支護，其支護方案如下:

在隧道拱頂180°范圍布置水平旋噴樁，樁中心距離隧道初支開挖輪廓線為200 mm。為保證初支鋼架的穩定性，在初支拱腳處布置一根旋噴樁，使拱部鋼架落在旋噴樁上，有利于控制拱頂沉降和水平收斂。水平旋噴樁成樁直徑500，見圖2。

本段暗挖隧道的水平旋噴樁超前支護從隧道兩端進行施工。為保證水平旋噴樁的施工質量，還采取了以下措施:

1)首先按照設計孔位及水平旋噴樁設計外插角度采用金剛石鉆頭鉆穿孔既有鋼筋混凝土結構，成孔直徑較水平旋噴樁機鉆頭直徑大6 cm～8 cm。

2)水平旋噴樁采用加密外插的方式在成樁端部約8 m范圍內形成擴大斷面，以備隧道斷面擴大作為第二次水平旋噴施工工作室。

3)在孔口1 m范圍內減小注漿壓力，只攪拌不旋噴，以防噴漿(此段范圍內采用掌子面圍幕注漿加固地層，確保安全施工進洞)。

4)為了避免拱部水平旋噴樁下沉侵限，施工仰角應較設計值上仰 1．5°，樁位外放10 cm ～20 cm。

5)在掌子面處采用定位導向架及采用剛度大的鉆桿和自重大的鉆機，控制相鄰水平旋噴樁分叉。

6)鉆至設計深度后，繼續旋噴攪拌2 min～3 min再逐漸回退，以保證樁體交接處搭接良好。僑香站內的水平旋噴樁布孔見圖3，實際拱頂樁支護間咬合效果見圖4。

第一段水平旋噴樁施工完成后，掌子面進行圍幕注漿后，進行隧道初期支護施工。擴大斷面(工作室)支護完成后，封閉掌子面按照以上施工參數和措施施工第二段水平旋噴樁。

本段暗挖隧道采用信息化施工，從施工中的各種監測數據反映，在采用以水平旋噴樁為主的超前支護措施后，有效地防止了涌砂涌水的發生，洞內止水效果良好，降低了施工風險，同時對地下管線、市政路面以及周邊建(構)筑物影響較小，確保了隧道在該高風險段順利通過。整個開挖過程，對應地表沉降最大值為10．5 cm，拱頂最大沉降3 cm;次高壓燃氣管線最大沉降為8．7 cm，經專業公司檢測，次高壓燃氣管沉降均勻，沉降引起的內應力遠小于容許應力，次高壓燃氣管線處于安全狀態。

3 結語

深圳地鐵2號線東延段安托山站—僑香站區間線路暗挖隧道采用水平旋噴樁超前支護，成功穿越了次高壓燃氣管線，確保了地面沉降控制在合理的范圍內，沒有影響僑香路的正常交通。

水平旋噴樁在安托山站—僑香站區間礦山法隧道施工中超前支護中的應用，為在深圳地區復雜的軟硬不均地層中進行暗挖隧道施工提供了一種新的思路，與傳統暗挖隧道超前支護措施進行組合，對于降低暗挖隧道施工風險有積極作用。

[1] YJG F11-2002，隧道水平旋噴預支護施工工法[S］．

[2] 蔡 爽．風積沙隧道導向水平旋噴樁預支護施工工法[Z］．中鐵二局第一工程有限公司，2010．