水平旋噴樁施工工藝在暗挖隧道施工的應(yīng)用

何 剛

(深圳市地鐵集團(tuán)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(chǎn)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(qū)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?xì)夤埽矣晁浜c隧道拱頂之間主要為礫砂層，區(qū)間隧道與雨水箱涵之間最近處僅為3．66 m。經(jīng)反復(fù)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?xì)夤芫€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(jìn)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(qiáng)度較高的水泥土加固體，從而對局部地層進(jìn)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(jié)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(jī)質(zhì)，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(jìn)、攪拌、注漿可同步進(jìn)行，效率高，一般情況下每小時成樁15 m左右;同時質(zhì)量均勻穩(wěn)定，相互咬合效果好，有利于隧道的超前支護(hù)和止水加固。但水平旋噴注漿作為軟土隧道的超前支護(hù)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(diào)整施工。

2 工程實(shí)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(qū)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(shè)，到達(dá)僑香路后再向東北方向延伸，進(jìn)入僑香站。起點(diǎn)為安托山站，終點(diǎn)為僑香站，區(qū)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(qū)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?xì)夤芫€下方斜穿，隧道與道路、管線的立面關(guān)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?xì)夤芫€懸吊保護(hù)方案。

2．2 區(qū)間穿越僑香路段工程地質(zhì)條件

區(qū)間隧道穿越現(xiàn)狀疏解僑香路段附近的地質(zhì)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(jié)構(gòu)松散～稍密，厚0．60 m～13．30 m;粉質(zhì)粘土，透鏡狀分布，厚度為0 m～5．60 m;粉質(zhì)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(zhì)粘性土，層狀分布，厚 1．00 m ～7．10 m。

2．3 工程實(shí)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(jìn)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(wěn)能力，在天然狀態(tài)下一旦擾動便會發(fā)生涌水突泥。同時考慮到次高壓燃?xì)夤芫€及雨水箱涵沉降要求嚴(yán)格，如采用傳統(tǒng)礦山法超前支護(hù)措施則風(fēng)險較大，如采用凍結(jié)法則成本較高，工期較長;經(jīng)分析隧道所處地質(zhì)條件，考慮到施工安全、施工工期、工程造價及對周圍環(huán)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(jìn)行超前支護(hù)，其支護(hù)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(wěn)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(hù)從隧道兩端進(jìn)行施工。為保證水平旋噴樁的施工質(zhì)量，還采取了以下措施:

1)首先按照設(shè)計孔位及水平旋噴樁設(shè)計外插角度采用金剛石鉆頭鉆穿孔既有鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，成孔直徑較水平旋噴樁機(jī)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(nèi)形成擴(kuò)大斷面，以備隧道斷面擴(kuò)大作為第二次水平旋噴施工工作室。

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

4)為了避免拱部水平旋噴樁下沉侵限，施工仰角應(yīng)較設(shè)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(dǎo)向架及采用剛度大的鉆桿和自重大的鉆機(jī)，控制相鄰水平旋噴樁分叉。

6)鉆至設(shè)計深度后，繼續(xù)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(nèi)的水平旋噴樁布孔見圖3，實(shí)際拱頂樁支護(hù)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(jìn)行圍幕注漿后，進(jìn)行隧道初期支護(hù)施工。擴(kuò)大斷面(工作室)支護(hù)完成后，封閉掌子面按照以上施工參數(shù)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(jiān)測數(shù)據(jù)反映，在采用以水平旋噴樁為主的超前支護(hù)措施后，有效地防止了涌砂涌水的發(fā)生，洞內(nèi)止水效果良好，降低了施工風(fēng)險，同時對地下管線、市政路面以及周邊建(構(gòu))筑物影響較小，確保了隧道在該高風(fēng)險段順利通過。整個開挖過程，對應(yīng)地表沉降最大值為10．5 cm，拱頂最大沉降3 cm;次高壓燃?xì)夤芫€最大沉降為8．7 cm，經(jīng)專業(yè)公司檢測，次高壓燃?xì)夤艹两稻鶆颍两狄鸬膬?nèi)應(yīng)力遠(yuǎn)小于容許應(yīng)力，次高壓燃?xì)夤芫€處于安全狀態(tài)。

3 結(jié)語

深圳地鐵2號線東延段安托山站—僑香站區(qū)間線路暗挖隧道采用水平旋噴樁超前支護(hù)，成功穿越了次高壓燃?xì)夤芫€，確保了地面沉降控制在合理的范圍內(nèi)，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(qū)間礦山法隧道施工中超前支護(hù)中的應(yīng)用，為在深圳地區(qū)復(fù)雜的軟硬不均地層中進(jìn)行暗挖隧道施工提供了一種新的思路，與傳統(tǒng)暗挖隧道超前支護(hù)措施進(jìn)行組合，對于降低暗挖隧道施工風(fēng)險有積極作用。

[1] YJG F11-2002，隧道水平旋噴預(yù)支護(hù)施工工法[S］．

[2] 蔡 爽．風(fēng)積沙隧道導(dǎo)向水平旋噴樁預(yù)支護(hù)施工工法[Z］．中鐵二局第一工程有限公司，2010．