下穿砂層礦山法隧道水平深孔注漿加固施工技術

蒲小平，劉洪震，李輝

（1.中鐵隧道集團三處有限公司，深圳 518000；2. 中鐵隧道集團技術中心，洛陽 471009）

引言

深圳地鐵3號線通紅區間為暗挖隧道，左右線均要下穿一段50m左右長度的砂層地段，隧道開挖線2m范圍內有砂層即為穿越砂層段。本文重點對隧道下穿砂層段的特殊處理措施及怎樣控制變形以降低對周邊環境的影響進行了描述。

1 工程概況

1.1 周邊環境

該區間隧道位于深圳市主城區，紅茘路正下方，兩側有4棟多層居民房；左線上方有：2000×1600mm的雨水箱涵，埋深約3.1m；DN400給水管，管頂埋深約1.4m；右線上方有：Ф800mm的污水管，管頂埋深約3.1m；DN400給水管，管頂埋深約1.4m；110kv的高壓電纜溝（斷面尺寸1000×700mm）。

1.2 工程地質

隧道下穿砂層段圍巖從上到下，有素填土層、中砂、礫（砂）質粘性土、全風化花崗巖、強風化花崗巖地層，為Ⅵ級圍巖。區間隧道大部分地段穿越12-2-1、6-1、6-2地層，圍巖具有遇水軟化、崩解，強度急劇降低的特點。

1.3 水文地質

本區間范圍地下水主要有第四系孔隙水、基巖裂隙水。按地下水賦存條件，孔隙水主要賦存在第四系坡積層、殘積層和全風化花崗巖中。巖層裂隙水較發育，但廣泛分布在花崗巖的中～強風化帶及構造節理裂隙密集帶中，局部具有承壓性，地下水位埋深2.6～5.3m，地下水徑流方向為由西向東。地下水的補給主要為大氣降水，少量為管線滲漏水。

2 施工方案

2.1 施工工藝

以二重管注漿為主，裸孔注漿為輔，施工工藝流程如圖2所示。

圖2 二重管鉆機注漿工藝流程圖

2.2 水平深孔帷幕注漿設計

深孔注漿為縱向12m一循環，注漿開挖循環長度10m，預留2m止漿巖盤。

2.2.1 施工機具

坑道鉆機：ZLJ250煤礦用坑道鉆機適用于礫（砂）質粘土層鉆孔注漿，可以進行垂直孔、斜孔及水平孔的鉆孔施工。

壓漿泵：SYB-60/60型雙液注漿泵；拌漿桶、灌漿管、閥門、壓力表等。

2.2.2 注漿材料

采用PO，R32.5普通硅酸鹽水泥。C液 水：水泥=1：1，A液 水：水玻璃=0.5:1，水玻璃濃度25～30°Be’。

2.2.3 施工步驟

（1）孔位布置

孔位沿隧道開挖輪廓線呈環形布置，間距0.15m～0.3m。在上下臺階核心土中布置4孔，用于加固中心土層。孔位布置見圖03，現場由技術員放線確定位置。

（2）鉆孔布管及施做順序

注漿管長分為3種：深12m孔，采用坑道鉆機鉆孔，插入φ20、12m鋼管進行注漿，孔位編號<12-1.......18>；深8m孔，采用坑道鉆機鉆孔，插入φ20、8m鋼管進行注漿，孔位編號<8-1.......12>；深4m孔，采用人工打入φ42鋼管進行注漿，孔位編號<4-1.......18>

根據現場實際施工情況，下臺階地層為全風化花崗巖地質情況較好。在實際施工布管是可以減少下臺階注漿管布設，孔位編號為<4-15、16、17、18>、<12-15、16>，孔位布置圖見圖 03、04。

（3）注漿參數

圖03 深孔注漿孔位布置圖

圖04 深孔注漿縱斷面圖

注漿壓力：預注漿加固地層P=0.3～2.0Mpa；注漿時根據實際注漿效果經技術主管同意后可進行調整。

2.2.4 注漿結束標準

（1）注漿壓力逐步升高、當達到設計終壓并繼續注漿10min以上。

（2）單孔注漿量與設計注漿量大致相同，注漿結束時的進漿量小于20L/min，每循環設計注漿量約為252m3，每循環布管總長度380m。

（3）每米注漿方量0.66m3，12m注漿孔每根注漿量8m3；8m注漿孔每根注漿量5.3m3；4m注漿孔每根注漿量2.65m3。

2.2.5 注漿效果質量檢驗

（1）對注漿過程中的各種記錄資料進行綜合分析，看注漿壓力和注漿量變化是否合理，是否達到設計要求。本設計要求加固后的土體承載力強度值不小于0.8MPa。加固體的滲透系數應小于10(-6)cm/s。

（2）檢查孔應取巖芯，觀察分析地層及漿液充填情況，并檢查測量孔內涌水量及測算加固體的滲透系數。檢查孔應沿隧道周邊和中心布置。

（3）當注漿效果不能滿足上述要求時，應進行補注漿，直到達到設計要求為止。

2.3 輔助施工措施

2.3.1 超前探水

在每循環開挖前超前探水，探水采用煤電鉆機鉆孔探水。探水部位為上臺階拱部120°范圍。孔深4m，打設角度35°，每開挖1.8m為1循環。探水孔封堵采用人工手持風鎬頂進φ42鋼管，并對鋼管注雙液漿，單管注漿量0.36m3。注漿前對鋼管周圍縫隙采用棉紗堵塞，注漿完成后采用棉紗填塞，并在管頭打設木（鋼筋）銷防止漿液流失。

2.3.2 超前小導管加密及注漿

在掌子面初噴后，格柵鋼架架立完成后噴射混凝土15cm厚。從兩側拱腰部位向拱頂打設超前小導管。超前小導管原設計為拱部120°，環向距0.3m設置，為保證工程及環境安全，在設計基礎上增加小導管數量間距調整為0.15m。原設計每循環注漿量1.6m3、單管長度3.5m、單管注漿量0.18m3。增加后小導管每循環總長度為175m、注漿量3.2m3。

2.3.3 臺階長度控制及開挖控制

為保證一旦發生險情時，上臺階有操作空間，以及上下臺階不致貫穿。臺階長度控制7m～10m左右，人工開挖配合手持風鉆或風鎬，采用斗容為0.15m3小型挖掘機開挖。循環進尺按1榀鋼架間距控制。

嚴格控制每循環進尺，間距0.5m，允許誤差0.05m，開挖成形后及時進行初期支護，確保工序銜接，盡早施做仰拱封閉成環，初噴厚度控制在0.05m，初噴部位主要為拱部和側墻，以改善受力條件。由值班技術人員跟蹤開挖面，掌握隧道的地質情況，異常地質要有特殊的超前支護和初期支護措施。

2.3.4 臨時仰拱噴砼

由于砂層段圍巖穩定性較差，因此對臨時仰拱噴砼增加開挖初支結構穩定性。臨時仰拱噴砼厚度0.25m，噴砼總長度107.94m、寬6m，噴砼方量共計162m3。

2.3.5 上臺階回填注漿

上臺階開挖后，根據沉降觀測情況對上臺階進行回填注漿。注漿順序：首先對鎖腳錨管進行注漿，單管注漿量0.5m3，然后在根據監測情況拱頂沉降較大時對拱部微量回填注漿。

2.3.6 房屋基礎預注漿加固處理

砂層段對應周邊建筑：左線為園嶺48號樓、紅荔郵電局；右線為通心嶺23、24號樓，提前進行注漿加固。

2.3.7 路面措施

采用10mm鋼板鋪設在開挖掌子面地面對應位置，左右線各鋪設長度16m、寬度4m。防止路面重車對掌子面上方土層的震動。

3 施工風險及應對措施

對本區間隧道過砂層段施工存在的主要風險點進行了歸納總結，并有針對性地對風險點可能出現的緊急情況采取應對措施。

3.1 掌子面必須停止施工的狀況及對應措施

（1）掌子面出現垮塌現象，應立即掛網噴砼封閉掌子面，重新進行注漿施工。

（2）掌子面出現明水，應立即掛網噴砼封閉掌子面，重新進行注漿施工。

（3）現場材料供應不足或噴漿機等設備損壞，應停止掌子面開挖施工。

（4）若接到現場要停電、停水的通知，則應在停電、停水前，立即停止掌子面開挖施工。

3.2 風險對應措施

（1）開挖前應在掌子面進行超前探水施工，若從探孔內有明水或砂流出，則應封面進行注漿

（2）周邊建筑物一旦出現日沉降量或差異沉降量超標的現象，應立即停止洞內開挖施工，采取地表跟蹤注漿對建筑物基礎進行加固。

（3）施工過程中若發現初支砼面出現縱、環向裂紋時，應立即停止前方掌子面開挖施工，洞內及時架設臨時支護結構進行加固，并進行下一步施工方案研究。

（4）密切關注每天監測報表數據，地表、拱頂沉降點里程應對應，根據數據分析原因，及時采取相應處理措施。

（5）為防止因地面出現較大沉降或坍塌而引起意外事故發生，地面防護應及時跟近隧道開挖掌子面，隧道地面標識應清晰、準確，隧道掌子面里程應及時進行更新。

3.3 控制沉降超限施工對策

在隧道拱部開挖安裝格柵拱架后，可能會出現拱頂拱架下沉，導致初支砼面上裂縫產生，從而產生涌水、涌砂現象；在施工過程中加強對拱架安裝以后的監控量測，必要時采取有效措施進行加固，以防止拱頂鋼架下沉。

具體措施如下：

（1）加強拱架的鎖腳固定

由于采用分部開挖方法，拱部拱架安裝后，拱架暫時不能全斷面封閉成環，同時隧道拱部拱架無法座落在堅實的基巖上，腳趾較虛；因此，拱部拱架必須采取鎖腳措施，將拱架兩底腳牢固鎖定，以防止鋼架下沉或兩底腳回收，拱架鎖腳采用兩根L=3.0m的Φ42鎖腳錨管鎖定，錨管采用鋼花管，壓注水泥漿液進行錨固。

（2）拱架安裝位置要準確，各節點要對齊，螺栓連接牢固，確保格柵受力可靠，必要時螺焊同時連接。

（3）及時噴射混凝土進行覆蓋

拱架安裝完成后，及時進行噴射混凝土，噴射時分層、分段進行，拱架應全部被噴射混凝土覆蓋，保護層厚度不得小于40mm。

（4）初支封閉成環后及時回填注漿，以填充注漿為主，盡量控制壓力。

（5）防止施工過程中的碰撞和損壞

機械開挖時，為防止挖掘機等機械對已支護好鋼架進行碰撞和沖擊，造成拱架損壞，因此，開挖時，要委派專人對開挖作業進行指揮，嚴格限制機械作業界限，以防止碰撞拱架。

（6）開挖過程中必須加強監控量測，當發現拱頂、拱腳和邊墻位移速率值超過設計允許值或出現突變時，應及時施工臨時支撐或仰拱，形成封閉環，控制位移和變形。對連續沉降的地段，當拱架封閉成環或臨時仰拱封閉時，根據量測結果進行跟蹤注漿。

（7）備好應急搶險物資平時需備好雨衣、手電、方木、編織袋、草袋、工字鋼、鋼管、鋼板、引水管等搶險物資，發電機、水泵等設備；豎井準備3～5cm碎石30m3。材料應分類堆碼整齊，標識清楚，專料專用，所用材料、構件和設備應符合國家和行業標準的規定以及設計要求，應具有出廠合格證和質量證明文件，施工中發現減少或損壞應及時更換和補充。同時，物資設備部負責日常檢查搶險物資及設備的完備情況。

4 實施效果

左線過砂層段長度為58.8m，右線過砂層段長度為49.14m。注漿作業單工作面每個循環12天左右，注漿加固長度12m，注漿時間7天，開挖時間約5天，注漿作業左右線交替施做。加固后，采用上下正臺階法開挖，掌子面情況良好，出水量較小。該段洞內拱頂沉降最大20.3mm，凈空收斂測點最大變形值為5.2mm，地表測點最大沉降值為23.6mm，地下管線最大沉降值為18.3mm，地面建筑物測點最大沉降值16.2mm，均控制在了允許范圍以內，建筑物沒有出現新增明顯裂縫。

5 結語

由于地下工程地質及水文條件的不確定性，地質多變，深孔注漿不可避免存在加固盲區，難以保證地層加固的均勻性，配合超前小導管注漿可有效的彌補這一缺陷。同時，水一直以來是地下工程重點防控的對像，很多地下工程事故多與水有關，超前探水在施工中必不可少，斷不可盲目大意，省略此項工作環節。總的來說，本工程通過一系列的施工措施后，雖然發現掌子面開挖過程中仍有少量的水滲出，但水量較小，對工程的安全影響不大，施工工藝是成功的。

[1] 王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論[M].合肥：安徽教育出版社，2005.

[2]范文興; 黃捷勝; 蒲開勇;.城市淺埋暗挖地鐵隧道沉降控制與分析[J].市政技術，2007，（增2）：398－401.

[3] 許亞軍.超淺埋暗挖隧道下穿高速公路的施工技術[J].隧道建設，2009，29（1）：101－104.

[4] 駱建軍，張頂立，王夢恕，張成平.地鐵施工沉降監測分析與控制[J].隧道建設，2006，26（1）：10－13.

[5] 李立.地鐵區間隧道穿越建筑物基礎的保護方案探討[J].隧道建設，2008，28（6）：720－723.

[6] 陳慶懷.淺埋暗挖隧道近距離下穿管線施工技術[J].隧道建設，2008，28（3）：330－335.

[7] 趙菁，公寶興.淺埋平頂大跨隧道穿越流沙層暗挖施工技術[J].隧道建設，2008，28（5）：613－615.

[8] 卓越，王夢恕，孫國慶.淺埋隧道下穿淺基礎建筑物注漿保護技術[J].隧道建設，2010，30（S1）：318－323.

[9] 朱新華，石雷，馬義慶.中深孔注漿技術在飽和富水砂層淺埋暗挖地道中的應用[J].鐵道標準設計，2005，（4）：56－58.