復雜地質條件下暗挖隧道施工地下水治理技術

趙光泉

(中鐵十四局集團有限公司，山東濟南 250002)

1 工程概況

北京西站—軍事博物館站區間隧道K11+025～K11+630段主要位于羊坊店路下方。該路段現狀路面狹窄，交通繁忙，沿線道路兩旁多為高層建筑，主要有鐵路總醫院，京門大廈，中國人民建設銀行等。

本段全長605 m，為礦山法施工，線路縱向呈單向坡，隧道結構埋深約16.5 m～30.4 m，里程K11+526.69處為區間泵房結構中心。

2 工程地質及水文地質概況

本段隧道拱部主要位于粉質粘土⑥層、礫巖○11層，粘土巖○112層，隧道底主要位于粉質粘土⑥層及礫巖○11層。上部覆水為一層水、為潛水，主要在細砂、粉砂④、卵石、圓礫⑤層，施工期間靜止水位標高為40.85 m ～42.7 m，埋深 7.5 m ～9.35 m。入—蒸發、徑流型，主要接受大氣降水入滲、地下水側向徑流等方式補給，以蒸發及地下水側向徑流為主要排泄方式，其水位年動態變化規律一般為:6月～9月水位較高，其他月份相對較低，其水位年變化幅度一般為2 m～3 m，隧道地質剖面圖見圖1。

圖1 隧道地質剖面圖

3 施工方案

從地質勘察資料及設計圖紙可知，區間隧道K11+025～K11+630段區間隧道拱頂主要位于粉質粘土層及粉細砂層中，設計中認為該層粉質粘土厚3 m就能起到相對隔水的效果。但從豎井及橫通道的實際開挖過程中得知該層粉質粘土層含砂量大、節理發育、滲透性好，且在此層中夾有多個含水粉細砂的夾層，因此在開挖施工時滲水量大且滲水后土體極易塌落。對地面和地下管線沉降控制不利，給地鐵工程造成不良影響。

根據眾多學者的研究成果［1-5］，針對該地層特性我們在橫通道開挖過程中首先采取深孔注漿堵水，采取深孔注漿后開挖期間沒有發生較大的拱頂塌方或者掌子面涌水突泥等事故，安全狀況得以改善。但因為該粉質粘土中夾雜有含水砂層，且要避免已經支護好的初支面剝落開裂等，深孔注漿的壓力受到限制，所以堵水效果不穩定給開挖帶來安全隱患直接制約了開挖進度。在進入區間主體粉質粘土段開挖后此問題日漸突顯，為保證在開挖安全的基礎上兼顧開挖進度，我們在區間K11+270～K11+630段開挖中采取深孔注漿+“周邊單層咬合水平旋噴樁”+水平泄水孔的施工工藝。通過深孔注漿將掌子面前方土體加固并將拱腳處砂層中的水體隔離出開挖輪廓線以外;水平旋噴樁在上臺階開挖輪廓線以外形成帷幕體，從而起到超前支護的作用，具體而言，水平旋噴樁起到的主要作用是避免流沙、滲漏和滑移，因此能夠保證隧道施工的安全，并能保證施工效率;水平方向的泄水孔將旋噴樁以外的水體排出，減少水體對前方掌子面的影響，綜合治水措施施工圖如圖2所示。

圖2 洞內綜合治水措施圖

4 旋噴樁工作室

為便于施工，每循環水平旋噴樁均需設置擴大工作室。擴大工作室是在標準斷面的基礎上把拱部及邊墻外擴60 cm，每循環30 m旋噴樁中包括開挖標準斷面22 m、擴大斷面6 m、搭接段(標準斷面)2 m，見圖3。

圖3 水平旋噴工作室示意圖（單位：m）

5 深孔注漿止水加固

5.1 施工設計

在區間K11+025～K11+630段，根據現場施工圍巖揭露情況，在上下臺階分界處地層為砂層且含水，上臺階為粉質粘土層。由于上臺階輪廓線以外采用水平旋噴樁止水加固，故深孔注漿加固主要范圍為拱腳處和旋噴樁端部掌子面土體，目的是阻斷旋噴拱范圍內過水通路。

注漿孔位布置見圖2，注漿范圍鉆孔27 m～30 m處。注漿參數:水泥—水玻璃雙液漿，水泥漿水灰比1∶1，水泥漿與水玻璃體積比1∶1，水玻璃濃度控制在25 Be'～30 Be'。

5.2 施工方法

5.2.1 鉆孔及注漿

采用TXU-150鉆注一體機成孔，后退式注漿。按設計位置及角度，調整好鉆機的鉆進角度，嚴格掌握鉆桿深度，慢速運轉，掌握地層對鉆機的影響情況，以確定該地層條件下的鉆進參數。在端點裝有管內混合器，使注漿液充分混合。達到所定的深度，內管的噴氣孔關閉，進行橫噴射。注漿泵將水泥漿和水玻璃(稀釋后)分別壓入外管和內管，注漿液從端頭浸透到地層中，以每分鐘20 cm～30 cm速率進行后退式注漿。施工中及時形成注漿記錄，通過對注漿記錄的統計，在開挖過程中觀察漿液的擴散情況，分析存在問題的原因，為下一循環注漿做準備。注漿完畢后，對注漿孔實行封密，恢復原狀。

5.2.2 注漿施工控制參數

起始壓力～終止壓力控制在1.5 MPa～3.0 MPa;雙液漿入漿率達35%;初凝時間控制在0.5 min～2 min;鉆桿回抽幅度:控制在10 cm～20 cm;注漿速度:與地層孔隙及連通情況、地層密實度有關，因此注漿速度定為每分鐘不大于10 L～20 L;注漿結束標準:注漿量與注漿壓力雙控注漿，每根導管注入規定漿液，壓力達到注漿終壓即可結束注漿。如壓力長時間不上升，流量不減少，可能為跑漿現象，采用間歇注漿。

6 水平旋噴樁止水加固

6.1 施工設計

深孔注漿完畢后，開始施作水平旋噴樁。水平旋噴樁在開挖外輪廓線布置，沿隧道斷面環向158°范圍內共布置水平旋噴樁26根，每根樁長30 m，樁徑600 mm，樁間距450 mm～500 mm，相鄰樁相互咬合100 mm～1 500 mm。

樁位布設見圖2。

設計參數:旋噴壓力不小于35 MPa、漿液要求水∶水泥為1∶0.8 ～1∶1，每根鉆桿(3 m/根)的退桿時間不小于 18 min，鉆桿旋轉速度控制在13 r/min～15 r/min;水平旋噴樁預導孔打設角度為1.5%～2%(現有線路坡度基礎上);單樁每延米水泥用量控制在150 kg。

旋噴樁是用水泥漿置換樁內的部分土體成樁，在施工時會有泥漿從孔內返出，且水泥漿在噴出時也有部分返漿。在旋噴施工時，在其工作平臺下方放置一臺泥水分離器，將返出的漿液導入分離器后將泥運至渣場，水排至豎井內積水槽用水泵抽出。

6.2 旋噴樁質量保證措施

1)當試驗樁施工完成后，為保證施工質量需要對樁的質量進行檢測，檢測內容主要包括樁的直徑、樁的長度以及強度等指標參數;

2)工程開工前，認真做好技術交底，做到人人明白技術要求，個個分擔技術責任;

3)上崗人員必須經過技術培訓，特殊工種必須持證上崗;

4)為了防止鉆進過程中鉆頭的偏轉，上仰角應該根據樁的直徑、長度以及隧道的坡度和地層情況確定，采用跳1根以上施工，從拱底往上施作旋噴樁;

5)注漿壓力和注漿量應符合設計要求和有關規范的規定。

7 水平泄水孔排水

深孔注漿和水平旋噴樁兩道施工工序相結合將掌子面前方的水體隔離出開挖面，為了進一步保證開挖施工安全，降低不明水流對施工的影響，在拱腳處旋噴樁外側，距離標準斷面外輪廓線60 cm處打設兩個水平泄水孔(左右各一個)。每根泄水孔長度為30 m，孔口直徑為133 mm。套管為花管，花管外側全部用密目網包裹，并用鐵絲周身箍緊，花管內側再放置一層密目網，在花管內外側設置兩層密目網，防止砂子和水流一起流出。

8 結語

本段暗挖條件地質復雜，含水粉細砂的夾層透晶體較多，施工風險大，施工中采取深孔注漿和水平旋噴樁措施進行堵水加固地層，并采取局部打設水平泄水孔將隔離出開挖輪廓線以外的水體排出，即堵水和排水相結合的原則，使得開挖正常安全順利進行，現場施工取得了良好的效果，為以后施工做出了有益的探索，取得了寶貴的經驗和數據。同時采用必要的水平導向設備，水平旋噴樁一次達到30 m，咬合10 cm～15 cm是可行的，大大提高了施工效率。

［1］楊米加，陳明雄，賀永年.注漿理論的研究現狀及發展方向［J］.巖石力學與工程學報，2001，20(6):839-841.

［2］MODONI G，CROCE P，MONGIOVI L.Theoretical modeling of jet grouting［J］.Geotechnique，2008，58(6):533-535.

［3］張民慶，卓 越，韓忠存，等.廣州地鐵楊體區間飽和含水砂層施工［J］.世界隧道，1998(6):53-56.

［4］BRACHMAN R W，MARTIN C D，GILLISS S A.Grout field trials in outwash sands［J］.Canadian Geotechnical Journal，2004，41(1):1-11.

［5］張民慶.TSS型注漿管及其注漿技術的研究與應用［J］.鐵道工程學報，2000(2):50-57.