富水砂層中盾構隧道聯絡通道施工技術

李治國， 徐海廷， 楊世彥

(1. 中鐵隧道集團有限公司勘測設計研究院， 廣東 廣州 511455； 2. 中鐵隧道集團三處有限公司， 廣東 深圳 518000)

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富水砂層中盾構隧道聯絡通道施工技術

李治國1， 徐海廷1， 楊世彥2

(1. 中鐵隧道集團有限公司勘測設計研究院， 廣東 廣州 511455； 2. 中鐵隧道集團三處有限公司， 廣東 深圳 518000)

在富水砂層中進行聯絡通道施工，施工難度和風險很大，為提高圍巖穩定性、減小施工對周圍環境的影響，通過對常用的降水、冷凍、旋噴和注漿等地層加固方法進行技術和經濟方面的對比，最終選擇了注漿和降水相結合的加固方案。在聯絡通道施工中采取了洞內超前預注漿、洞外地表管井降水以及洞內輕型井點降水的加固方案，在水倉基坑施工中采取了周邊小導管注漿以及坑內輕型井點降水的加固方案。施工過程中對隧道和地表變形進行了監測，由監測結果可知，開挖引起的隧道和地表變形均較小，說明采取的超前預注漿和洞內外降水措施是安全可靠的，可以有效降低聯絡通道的施工風險。

地鐵盾構隧道； 聯絡通道； 注漿加固； 降水； 礦山法

0 引言

在富水砂層中進行聯絡通道施工，不僅要考慮自身結構和地面建筑物的安全，又要確保主隧道的穩定，施工難度和風險很大，只有對隧道軟弱圍巖進行處理，才能提高圍巖穩定性，減小施工對周圍環境的影響[1]。目前，富水砂層聯絡通道的輔助施工工法主要有凍結、旋噴、注漿、降水、攪拌、鉆孔樁和連續墻等。水平凍結加固土體的方法存在著凍脹和融沉問題，過量的凍脹或融沉會對地表建筑、地下結構和管線產生極大的影響，甚至破壞[2-3]； 降水方案主要是通過降水井抽排地下水，使區域地下水降低至基底以下，從而保證隧道的施工安全，這種方法的缺點是地下水降深大，可能引起隧道周邊一定范圍內的地層沉降[4-5]； 對于高壓旋噴樁，由于在砂層中漿液易劈裂且擴散困難，容易產生斷樁、縮頸和樁體強度偏低等質量缺陷，在含水砂層中使用效果較差，例如： 某城市共同溝盾構首次始發時，對始發端頭的粉細砂層和粉質黏土地層采用旋噴樁加固，由于加固體未能起到止水作用，導致始發端頭涌水涌砂，造成盾構始發困難，最終采用注漿結合降水技術始發和到達才得以成功[6]。本文針對某聯絡通道水頭高、水壓力大和開挖面無自穩定能力的特點，經過方案對比，采用洞內超前預注漿和洞內外降水的方法，通過注漿形成止水帷幕和加固體，提高圍巖的強度和完整性； 通過洞內和洞外的降水措施，降低開挖面周圍水頭壓力和掌子面含水量，提高圍巖的穩定性； 通過超前大管棚和小導管支護、快速開挖和初期支護封閉成環，同時利用監測信息指導施工，取得了復雜地質和環境中暗挖法聯絡通道施工的成功經驗。

1 工程概況

某市地鐵盾構區間2#聯絡通道長度為9.05 m，位于城市主干道下方，拱頂覆蓋層厚度為18 m。聯絡通道為南北走向，西側臨近湖岸，南側40 m處有公路大橋橋墩，東側36 m處有1條平行于聯絡通道、埋深1.72 m的DN600雨污合流混凝土管，隧道地表主干道兩側建筑物密布，地質條件和環境條件十分復雜。聯絡通道施工平面和地質縱斷面如圖1所示。地鐵區間盾構隧道開挖斷面的外徑為6 000 mm，內徑為5 400 mm； 管片厚度為300 mm，寬度為1 200 mm，分為6塊，拼裝方式為錯縫拼裝。聯絡通道軸線與區間隧道軸線垂直交叉，聯絡通道寬3 400 mm、高3 550 mm，采用復合式襯砌結構，初期支護為0.5 m/榀的格柵支架和2層鋼筋網C25噴射混凝土，厚度為300 mm；二次襯砌為C30現澆鋼筋混凝土結構，厚度為400 mm；初期支護和二次襯砌之間設置400 g/m2的短纖土工布和厚度1.5 mm的PVC塑料防水板，采用全包防水形式，防水板幅寬4.0 m，焊接在熱熔墊圈上，2幅防水板之間搭接寬度為100 mm，采用雙焊縫熱熔焊接，焊縫寬度為10 mm。污水泵房設置在聯絡通道底部，長4 900 mm、寬3 400 mm、深4 390 mm，初期支護為0.5 m/榀的格柵支架，雙層鋼筋網噴射C25混凝土，厚度為300 mm；二次襯砌為現澆鋼筋混凝土結構，厚度為400 mm。

1.1 工程地質及水文地質條件

聯絡通道所處地層為第四系地層，該地層層底埋深為15.90～31.50 m，層底標高為-10.09～6.52 m，由西向東層底面標高逐漸變深，成因類型以河流沖積為主，沉積物粗細韻律變化明顯，具有典型的二元結構，總趨勢為： 自老到新，粒度由粗變細。地層巖性具有下部粗(以礫卵石、中粗砂為主)、上部細(以細砂、黏性土為主)的變化特點，上部砂層中夾有黏性土透鏡體；土層自下而上由密實-中密-稍密變化，上部黏性土的性質為可塑-硬塑。

聯絡通道所在范圍枯水期水位標高為3.98 m，位于洞頂以上3.09 m，豐水期水位受降雨量和湖水上漲的影響，地下水位升高到聯絡通道洞頂以上14.5 m左右。地下水類型可分為上層滯水、第四系松散巖類孔隙水和紅色碎屑巖類裂隙水3種類型。抽水試驗表明，礫砂和圓礫地層綜合滲透系數為0.104 cm/s，中砂層滲透系數為6.91×10-3cm/s，細砂層地層滲透系數為4.12×10-3cm/s，預估該聯絡通道正常涌水量為1 186 m3/d。

1.2 聯絡通道前期加固情況

由于前期正洞施工過程中盾構開艙檢查和更換刀具的需要，在2#聯絡通道處進行了咬合樁和旋噴加固，見圖1。具體為： 1)利用旋挖鉆機施工一個長25 m(上下行隧道邊線外各3 m)、寬14 m、深29.8 m的由混凝土樁圍成的閉合體，作為擋土墻穩固刀盤前方土體，旋挖樁尺寸為φ1 000@800 mm，其中刀盤前方布置2排旋挖咬合樁，其他方向各布置1排旋挖咬合樁，樁體采用C15混凝土水下灌注。2)開倉前，用高壓旋噴樁對刀盤上方的土體進行加固，旋噴樁尺寸為φ600@400 mm，加固范圍超出隧道邊線左右各1.5 m，樁長17.5 m，其中隧道頂部以上4 m為實樁，以下13.5 m為空樁。

2 加固方案的對比與選擇

根據國內外經驗，在富水砂層中進行聯絡通道暗挖法施工時，常用的地層加固方法有降水、冷凍、旋噴和注漿等[7]，這些方法各有優缺點，因此，從可靠性、適用性和經濟性等方面對這些方法進行了對比，最終選擇了注漿和降水方案。在洞內和洞外注漿方案的選擇上，由于地面注漿對環境影響較大，鉆孔深部注漿效果不宜控制，且盾構通過時對注漿加固體具有擾動作用，因此選擇了洞內注漿方案。

2.1 降水法

降水法雖然比較經濟，但造成的不利影響較大，該處地層素填土和粉質黏土厚度達6 m左右，降水會引起較大的地面沉降； 此外，砂礫、圓礫地層的滲透系數為0.104 cm/s，且和湖水存在較強的水力聯系，抽水量將比較大。為了驗證降水方案的可行性及滿足盾構開倉需要，在盾構掘進到該位置進行開倉檢查前，進行了地面降水試驗。在矩形旋噴加固區內，共布置7口管井，經過1個月的抽水，抽水量很大，但水位只能降低到聯絡通道底板14.5 m附近，無法降低到泵房底板以下； 此外，在降水過程中，地面最大沉降為5 mm左右。因此單獨采用降水方案需要增加降水井進行大量抽水，這是不經濟的，大量抽水還會給周圍環境帶來安全隱患，并且降水井停止抽水后，地下水位恢復，將會導致隧道受力增大，二次襯砌施工縫、變形縫及局部薄弱部位可能會發生滲漏水[8]。

J1—J8代表降水井位置； S1—S2代表旋噴樁。

(a) 施工平面圖

(b) 地質縱斷面圖

圖1 聯絡通道施工平面圖和地質縱斷面圖

Fig. 1 Plan of layout and geological profile of cross passage

2.2 凍結法

凍結法適用于各類淤泥層、砂層和砂礫層，且凍土穩定性較好。通過測量地下水溫度變化，便可確認凍土的形成狀態，施工控制比較精確，凍土的完整性和連續性比較好。但是，對于地下水豐富、透水性好的砂礫和圓礫地層，由于地下水流速比較大，形成凍土耗能量較多、時間長、質量不易保證，一般情況下，需采用注漿法等其他地層加固方法堵塞地下水通道或降低流速，然后進行冷凍，才能保證效果。此外，凍土會產生凍脹和融沉效應，控制地面融沉比較困難，且凍結法投入大、造價較高、工期較長。由參考文獻[9]可知，地層中的地下水流速超過30 m/d時，地層凍結效果將受到影響，而該工程2#聯絡通道位置砂礫、圓礫地層的地下水流速達到90 m/d。因此，從技術角度考慮，采用冷凍方案風險比較大，并且凍土融化后，容易造成融沉和結構薄弱部位滲漏水。

2.3 高壓旋噴樁法

[10]可知，高壓噴射注漿法主要適用于處理淤泥、淤泥質土，流塑、軟塑或可塑黏性土，粉土，砂土，黃土，素填土等地層； 一般情況下，對于N<15的砂土、N<10的黏性土及素填土，不含或含少量礫石時比較適合采用高壓噴射注漿法； 對于軟巖、密實的砂土以及N>10的黏性土、雜填土等則需要慎重考慮。對于含有卵石的礫砂層，因噴射壓力對地層擾動范圍有限，且漿液擴散不均勻，很難將卵石背后完全充滿，并且地下水流速較大會對樁徑有影響。根據地勘資料，該聯絡通道砂礫、圓礫的標準貫入度錘擊數大于20，密實度比較大，旋噴比較困難。由參考文獻[11]可知，對于富水砂層，如旋噴深度超過20 m，下部成樁效果難以達到樁徑、強度及抗滲性等要求，如該處采用地面垂直旋噴，加固深度需超過泵房底板下3.0 m，則整個旋噴深度將超過30 m，因此采用旋噴樁加固風險比較大。

2.4 注漿法

注漿法是通過一定的壓力，使漿液通過滲透、填充、劈裂等形式注入到巖土的孔隙、裂隙或空洞中，漿液固結后，地層的強度和完整性增加，滲透系數和含水量減小，從而達到加固地層和堵水的目的。該方法適用性強，可處理各類軟弱破碎圍巖，例如斷層破碎帶、碎石土、砂層、黏土和人工填土等。該工程需要加固的地層為砂層，滲透系數為1×10-1～7×10-3cm/s，且地下水流速比較大，所以比較適合采用注漿法。注漿法的優點在于： 安全性好、成本比較低、占地面積小、工期短、見效快、施工噪聲和震動小、注漿材料和參數可靈活選用。由文獻[12]可知，注漿法在砂礫、圓礫地層中的加固效果比較好。

2.5 4種方法的技術、經濟對比分析

4種方法的技術、經濟對比分析見表1。

由地面現場抽水試驗表明，由于圓礫地層中地層滲透系數比較大，隧道掌子面來水量比較豐富，僅僅依靠地面降水，很難將水位降到泵房基礎底面以下0.5 m，且會引起比較大的地面沉降。經過對技術、經濟方面的綜合對比，結合現場條件分析，為保證聯絡通道的施工安全和質量，最終選用的聯絡通道加固和止水方案以洞內全斷面預注漿加固為主，輔以地面管井和洞內輕型井點降水，加固和降水達到要求后，采用礦山法進行聯絡通道施工。

3 聯絡通道施工

3.1 總體施工方法

聯絡通道總體施工步驟為： 洞內超前預注漿—洞外地表降水—聯絡通道礦山法施工—洞內輕型井點降水—聯絡通道水倉施工。洞內注漿孔布置縱斷面見圖2，現場注漿孔和管棚布置見圖3。

表1 4種加固方法的技術、經濟對比

圖2 注漿孔布置縱斷面圖(單位： mm)

圖3 現場注漿孔和管棚布置圖

3.2 聯絡通道超前注漿加固和堵水

3.2.1 注漿參數及工藝

在聯絡通道兩端開口位置的管片上分別進行鉆孔，進行全斷面超前預注漿。注漿加固范圍為開挖輪廓線外3.0 m，注漿孔深度為3.9～11.5 m，鉆孔直徑為90 mm，漿液擴散半徑為0.6～1.2 m，注漿終壓力為0.5～1.5 MPa； 注漿孔數為： 上行73個，下行72個。注漿材料為水泥-水玻璃雙液漿、單液水泥漿(摻外加劑)和聚氨酯漿液。聚氨酯漿液用于隧道周邊注漿孔，以彌補水泥漿膠結體之間的薄弱環節，進一步降低地層的滲透系數。注漿材料的配比和性能見表2，聚氨酯材料性能見表3，不同鉆孔涌水量條件下注漿材料和主要參數的選擇見表4。注漿方式為前進式、后退式和全孔一次性注漿3種方式相結合，水泥-水玻璃注漿主要采用前進式注漿工藝，單液水泥漿主要采用鉆桿分段后退式注漿工藝，聚氨酯注漿主要采用全孔一次性注漿工藝。注漿設備主要為KBY50/70雙液注漿泵及小型單液灌漿泵。

為提高掌子面的穩定性，注漿完成后，對掌子面中部的注漿孔重新掃孔，安裝塑料管并進行注漿。塑料管主要布置在上半斷面，管間距為1.0 m×1.0 m，塑料管外壁不開孔，注漿時，漿液沿管內流到孔底排出，在注漿壓力作用下，再沿著管外壁和鉆孔內壁之間的空隙流到孔口，保證管外壁和土體的全長度粘結。注漿材料為單液水泥漿，水灰質量比為(0.6～0.8)∶1，注漿壓力一般為1.0～1.5 MPa，減小水灰質量比和提高注漿壓力是為了提高管體和土體的黏結力及掌子面土體的強度，從而保證掌子面的穩定。涌水量與地層注漿速度的關系： 隨著注漿量的加大，地層空隙率越來越小，水泥系漿液注入越來越困難，需要調整漿液類型、注漿壓力、擴散半徑和注漿速度等注漿參數。聚氨酯漿液主要用在開挖輪廓線外的鉆孔處，目的是注入到更小的空隙處，彌補注漿區域，降低地層滲透系數，減小隧道涌水量。

超前預注漿完成后，為了防止聯絡通道開挖過程中出現局部坍塌和整體失穩破壞，在隧道周邊安裝管棚。管棚長度為10 m，直徑為76 mm，環向間距為40 cm，外插角為2° ～3°，注漿采用水灰質量比為0.8∶1的單液水泥漿。對于管棚孔，應盡量在原注漿孔位置重新鉆孔，如無鉆孔位置，則將原注漿孔掃開。對于管片開孔部位，將管棚外露端頭割除，采用和混凝土管片同標號的高強度水泥砂漿涂抹。

表2 注漿材料的配比和性能

表3 聚氨酯注漿材料的性能

表4 不同鉆孔涌水量條件下注漿材料和主要參數的選擇

3.2.2 注漿效果的檢驗和評價

聯絡通道鉆孔注漿于2014年4月28日開始、2014年6月25日完工，單孔注漿量為0.4～2.0 m3。注漿施工結束后，按鉆孔數量的10%施作檢查孔，然后進行鉆孔取芯檢查和出水量測試，既有鉆孔涌水量均小于0.2 L/(m·min)，且無泥沙涌出。芯樣取出后進行送檢，無側限抗壓強度達到5～20 MPa。

在掌子面上、中、下3個部位，分別選擇3個檢查孔進行壓水試驗。根據文獻[13]，地層滲透系數的計算公式為

(1)

式中：k為滲透系數，cm/s；Q為壓入流量，m3/d；H為試驗水頭，m；l為注水試驗段長，m；r0為鉆孔半徑，m。

壓水試驗時，試驗段長度l=5.0 m，試驗最大水頭H=100 m，鉆孔半徑r0=45 mm。流量觀測間隔為每2分鐘1次，當流量無持續增大趨勢，且連續5次流量讀數中最大值和最小值之差小于最終值的10%或最大值與最小值之差小于1 L/min時，本段試驗即可結束，取最終值為計算值。試驗結果表明，地層滲透系數為

2.32×10-5～3.46×10-6cm/s。

通過以上注漿效果分析，說明注漿效果比較好，注漿加固后，圍巖自穩能力將有較大的提高，地層涌水量將大大減小。注漿效果如圖4所示。

圖4 現場注漿效果

3.3 地表管井降水

采用8口管井進行地表降水、11 kW水泵進行抽水，單泵流量為30～50 m3/h，并設置2個水位觀測孔觀測水位的變化。降水井布置見圖1，地表管井降水井參數見表5。

表5 地表管井降水井參數

2014年6月30日通過水位觀測孔進行井水位監測，啟動全部降水井水泵進行抽水。降水15 d后，水位下降6.98 m，水位降低到聯絡通道底板以下0.52 m，滿足開挖要求。

3.4 聯絡通道開挖和支護

聯絡通道采用小導管超前支護、臺階法開挖、錨噴網聯合支護和鋼筋混凝土二次襯砌。小導管外徑為42 mm，壁厚3.5 mm，長3.0 m，外插角為10°，環向間距為0.4 m，縱向間距為1.0～1.5 m。采用水泥-水玻璃雙液注漿，注漿壓力為0.5～1.0 MPa。隧道采用2臺階施工，臺階長度為3.0 m，上臺階每循環開挖0.5～1.0 m。初期支護采用格柵拱架和網噴C25混凝土。為了實現快速開挖和支護，一般情況下，每循環開挖和施工時間控制在6 h以內，下臺階每開挖1.0 m進行仰拱初期支護封閉成環。為了防止滲水對掌子面穩定的影響，下臺階后方2.0～3.0 m設置集水坑，以匯集掌子面的滲水，集水坑底部標高一般比底板低1.0 m左右。聯絡通道施工中，實際涌水量控制在3 m3/(m·d)以內。根據監測信息，初期支護全部施作完成且變形基本穩定后，施作防水層和鋼筋混凝土二次襯砌。聯絡通道具體開挖方法見圖5，初期支護結構見圖6。

圖5 聯絡通道開挖支護方法示意圖

Fig. 5 Sketch diagram of excavation and support method for cross passage

圖6 聯絡通道初期支護示意圖(單位: mm)

4 水倉基坑施工

水倉底板埋深比較大，水壓力比較高，同時由于洞內超前注漿時底部的鉆孔外插角比較大，注漿盲區較大，造成水倉范圍內注漿效果不理想。基坑開挖到1.0 m時，基底涌水量比較大，水量達到3.0～5.0 m3/h，影響了施工安全和開挖支護質量，為此增加了周邊小導管注漿和輕型井點降水。開挖之前，先施作第1循環小導管，在安設第1循環小導管和注漿結束后，施作輕型井點管，邊降水、邊開挖、邊施作初期支護； 待開挖2.5 m后，施作第2循環小導管和輕型井點管，再進行降水、開挖和初期支護，待開挖、初期支護全部完成后，進行底板和側墻內襯鋼筋混凝土施工。

4.1 水倉基坑周邊小導管注漿

為保證開挖穩定，在水倉周邊采用小導管進行注漿，小導管直徑為42 mm，環向間距為20 cm，梅花形布置，外插角度為10°； 從上到下，小導管分2循環施工，每循環2排，每排62根，排距20 cm，每根長3.5 m； 注漿材料主要為聚氨酯漿，注漿壓力控制在1.0 MPa以內。為了減少注漿對輕型井點降水的影響，控制聚氨酯漿液的凝結時間在30 s以內。水倉基坑周邊小導管注漿見圖7。

圖7 水倉基坑周邊小導管注漿(單位: mm)

4.2 坑內輕型井點降水

水倉周邊進行小導管注漿后，為了保證開挖效果，在基坑中間位置先開挖深度和直徑均為1.0 m的集水坑，然后在坑內放置抽水泵進行抽排水； 同時，在基坑周邊采用輕型井點進行真空降水，輕型井點降水井沿水倉周邊布置，采用φ32 mm的PVC管，長度為5.0 m，外插角為60°，間距為0.5 m，其中濾管長2.0 m； 在濾管管壁鉆直徑為10 mm、間距為50 mm的小孔，呈梅花形布置，在濾管周圍填充粗砂，粗砂直徑為2～4 mm，管壁外包2層100～200的目濾網，用繩子包扎，濾網搭接20 cm，采用黏土將濾管上方2.0 m處的孔壁間隙填充密實，防止漏氣。現場輕型井點布置見圖8。

圖8 現場輕型井點布置圖

4.2.1 井點管安設

安裝井點管應先采用風鉆引孔，再用高壓風成孔法和高壓水沖孔，沖孔完成后，安裝井點管。沖孔管采用直徑為20 mm的鋼管，沖孔深度應比濾管底部深0.5～1 m，以保證濾管安裝到位。

4.2.2 管路連接

抽水總管懸掛在邊墻位置，總管采用φ75 mm的PVC管，并根據井點管的間距在總管和井點上用φ32 mm的PVC管引出接頭。井點管與總管的引出接頭用φ32 mm的塑料軟管相連，再用鐵絲箍緊并纏繞膠帶。為防止漏氣，在管箍絲扣處涂以黃油。

4.2.3 降水效果

采用井點降水系統抽水12 h后進行開挖。開挖過程中，涌水量減少到3.0 m3/h以內，側墻和底部自穩能力大大提高。

4.2.4 水倉基坑開挖

主要采用風鎬進行基坑開挖，豎向分層、橫向分塊，分層厚度為0.5～1.0 m，分塊面積一般不超過2.0 m2。開挖后，及時安裝格柵鋼架和鋼筋網，并噴射混凝土。開挖過程中揭示，水倉位置地層為砂礫層和圓礫層，一般情況下，地下水位被控制在開挖面以下1.0 m。水倉基坑開挖現場見圖9。

圖9 水倉基坑開挖圖

雖然采用了小導管注漿堵水和坑內井點降水，但開挖時出現了局部涌水和坍塌等問題，針對這些問題采取的主要措施如下。

1)水倉西側(靠近湖岸的一側)出現了2處局部涌水。原因可能是在聯絡通道開挖時，西側前期施作的旋噴樁體咬合部位受到開挖的擾動，使得地下水沿樁體搭接部位流入聯絡通道。為了保證施工的安全，現場對出水部位快速封堵和噴漿后，采用φ32 mm的小導管進行頂水注漿，將水頂至旋噴樁體以外，并采用聚氨酯漿液對咬合部位進行補充注漿加固，最終2處涌水被完全封住。出水點封堵現場見圖10。

圖10 出水點封堵圖

2)隨著基坑向下開挖，水土壓力越來越大，已開挖的初期支護開始出現較大的變形。為了防止基坑失穩，每次循環開挖后，在初期支護上設置型鋼對撐來控制變形。

3)水倉東側和北側局部出現了涌水、涌砂，現場采用棉紗、木塞封堵和砂袋反壓，并快速噴射混凝土進行封閉，然后補充注漿，并適當地縮小開挖的分層高度和分塊面積。進行快速支護和封閉成環的方法保證了施工安全和質量。

4)為了防止水倉底部隆起和發生管涌，現場準備了錨固劑、砂袋、注漿泵、水泵和小型挖機等搶險材料和機具。一旦出現險情，當封堵困難時，則先采用砂袋反壓，再向基坑灌水以平衡外部水壓力的方法進行處理。

5 監測結果分析

5.1 拱頂下沉和周邊位移監測

開挖時，聯絡通道從小里程到大里程每4.0 m設置1個監測斷面，分別為k0+0、k0+4和k0+8，每個監測斷面設置1個拱頂下沉測點和1對周邊收斂測點。拱頂下沉和周邊收斂監測結果見圖11，S101、S102和S103分別代表3個斷面的邊墻收斂點，Gd01、Gd102和Gd103分別代表3個斷面的拱頂下沉點。由圖11可知，拱頂下沉最大累計值為10 mm，周邊收斂最大累計值為12 mm，均小于20 mm的控制值； 最大變形速率為3.0 mm/d，小于5.0 mm/d預警值。

5.2 地表監測

在聯絡通道中線上方地表布置沉降測點進行位移監測，地表沉降監測點布置和監測結果見圖12。由圖12(b)可知，地面累計最大沉降值為7.56 mm，小于30 mm的控制值; 最大沉降速率為2.0 mm/d，小于3 mm/d的預警值。

圖11 聯絡通道拱頂下沉和周邊收斂變化曲線(2014年)

Fig. 11 Variation curves of crown top settlement and surrounding rock convergence of cross passage (in 2014)

(a) 地表沉降測點布置

(b) 地表沉降變化曲線

圖12 聯絡通道中線上方地表沉降測點布置圖和監測結果(2014年)

Fig. 12 Layout of settlement monitoring points on ground surface and monitoring results (in 2014)

根據監測結果可以分析得出，開挖過程中圍巖比較穩定，開挖引起的隧道和地表變形較小，對環境的影響較小，這說明聯絡通道施工過程中所采取的超前預注漿和洞內外降水措施及開挖支護方式是安全可靠的。

6 結論與分析

1)在聯絡通道礦山法施工過程中，采用超前預注漿、地面管井降水和洞內輕型井點降水技術相結合的方法，既可以起到加固堵水的作用，又可以起到減壓限排的作用，且保證了聯絡通道在少水條件下的開挖。另外，在地面降水難以滿足施工要求的情況下，將周邊小導管注漿與洞內輕型井點真空降水相結合，可有效降低水倉基坑施工中涌水流砂的風險，該方案比較合理，技術措施比較有效，施工效果較好。

2)礫砂、圓礫地層局部往往夾雜中砂及粉細砂，如果采用普通水泥漿和普通水泥-水玻璃注漿，由于普通水泥漿顆粒較大，易導致漿液擴散不均勻，注漿加固薄弱部位較多，容易涌水； 如果采用超細水泥或聚氨酯等注漿材料進行補充注漿，漿液可以在細小的空隙中擴散和固結，可以進一步改善注漿效果，提高地層的堵水率，降低地層的滲透系數，延長圍巖的自穩時間，為初期支護施作創造良好條件。

3)從施工過程看，通過注漿基本達到了地層加固和堵水的目的，但由于注漿法的局限性、注漿盲區難以避免，因此在富水砂層聯絡通道和水倉基坑開挖過程中應做到“早降水、嚴注漿、管超前、短進尺、少擾動、強支護、快封閉、勤量測”，并及時進行二次襯砌施工，形成穩定結構，以保證施工和環境安全。

4)在富水礫砂、圓礫地層中開挖隧道和基坑，可能會出現突水涌砂、基底隆起和管涌等險情，施工前，應制訂應急預案、做好應急準備，并準備快凝快硬水泥、砂袋、棉紗、木楔、方木和型鋼等搶險材料及注漿機、水泵、挖機和裝載機等設備，一旦出現險情，應快速應對，及時封堵和反壓，防止險情發展。在該工程水倉基坑開挖過程中，采用棉紗和木塞快速封堵出水點，將砂袋反壓，及時進行噴射混凝土封閉補強，并進行補充注漿，取得了較好的效果。

該聯絡通道雖然采用降水和注漿相結合的技術取得了成功，但從開挖情況看，漿液以劈裂和填充為主注入，均勻性和連續性較差，隨著開挖長度的增加，漿脈數量逐漸減少，注漿盲區增大，掌子面出水量逐漸增大，因此如何改善注漿加固體的均勻性及連續性并減小注漿盲區仍是下一步研究和努力的方向。

參考文獻(References)：

[1] 張慶賀，宋杰，阮林軍，等.地鐵區間隧道旁通道施工及監測技術[J]. 施工技術， 2001， 30(1)： 32-33. ZHANG Qinghe,SONG Jie,RUAN Linjun， et al.Construction and monitor technology for the cross passages of subway tunnels[J].Construction Technology, 2001, 30(1): 32-33.

[2] 郭建勇.北京地下直徑線前三門隧道上跨地鐵聯絡通道及電力隧道設計方案研究[J].隧道建設， 2014, 34(2): 147-152. GUO Jianyong.Design of Qiansanmen Tunnel of Beijing underground rail transit line crossing above existing metro connection gallery and existing power tunnel[J].Tunnel Construction, 2014, 34(2): 147-152.

[3] 岳豐田，張水賓，李文勇，等.地鐵聯絡通道凍結加固融沉注漿研究[J].巖土力學， 2008， 29(8): 2283-2286. YUE Fengtian, ZHANG Shuibin, LI Wenyong, et al.Study of thaw settlement grouting applied to connected aisle construction with artificial ground freezing method in metro tunnel[J].Rock and Soil Mechanics, 2008， 29(8): 2283-2286.

[4] 許錫昌，徐海濱，陳善雄.深井降水對支護結構和周邊建筑物影響的研究[J].巖石力學與工程學報， 2005, 24(增刊2)： 5449-5453. XU Xichang,XU Haibin,CHEN Shanxiong. Study of effect of deep-well dewatering on supporting structure and surrounding buildings[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering, 2005, 24(S2)： 5449-5453.

[5] 宋功業.井點降水施工技術與質量控制[M].北京： 中國電力出版社, 2014. SONG Gongye. Construction technology and quality control of well point dewatering[M].Beijing: China Electric Power Press, 2014.

[6] 李治國，周明發，王海，等．天津海河共同溝隧道盾構始發井注漿堵水加固技術[J].地下工程與隧道， 2009(增刊1): 72-75. LI Zhiguo, ZHOU Mingfa, WANG Hai, et al. Grouting reinforcement technology for shield tunnel in Tianjin Haihe River utility tunnel[J].Underground Engineering and Tunnels， 2009(S1): 72-75.

[7] 張君.不良地質條件下盾構區間隧道聯絡通道施工技術[J].隧道建設， 2012， 32(增刊1): 95-98. ZHANG Jun.Construction technologies for connection galleries of shield-bored tunnels under bad geological conditions[J]. Tunnel Construction， 2012， 32(S1): 95-98.

[8] 閆瑞生.西安地鐵永南區間隧道地表降水法設計與施工[J].現代隧道技術， 2013， 50(3): 173-178. YAN Ruisheng.Design and implementation of surface dewatering in the Yongnan running tunnel of the Xi’an Metro[J].Modern Tunnelling Technology, 2013， 50(3): 173-178.

[9] 馬芹永.人工凍結法的理論與施工技術[M].北京: 人民交通出版社， 2007. MA Qinyong. Theory and construction technology of artificial freezing method[M].Beijing： China Communications Press， 2007.

[10] 王夢恕.中國隧道及地下工程修建技術[M].北京: 人民交通出版社， 2010. WANG Mengshu.Constrution technology of tunnel and underground engineering in China[M].Beijing： China Communications Press， 2010.

[11] 王二平，刁國君.地鐵盾構區間聯絡通道施工技術[J].隧道建設, 2007, 27(增刊2): 551-554. WANG Erping,DIAO Guojun.Construction techniques of connected aisle in subway tunnel bored by shield[J].Tunnel Construction, 2007, 27(S2): 551-554.

[12] 王菀,蔣永強，張文新，等.真空輕型井點降水在深埋隧道未成巖富水粉細砂層施工中的應用[J].國防交通工程與技術， 2012， 10(4)： 57-60. WANG Wan, JIANG Yongqiang, ZHANG Wenxin, et al. Application of vacuum light-duty well point dewatering method to construction of deep tunnels in non-rocky, water-rich, silty sand stratum[J].Traffic Engineering and Technology for National Defence, 2012， 10(4)： 57-60.

[13] 水電水利工程鉆孔壓水試驗規程:DL/T 5331—2005[S].北京： 中國電力出版社， 2006. Code of water pressure test in borehole for hydropower and water resources engineering: DL/T 5331—2005[S].Beijing： China Electric Power Press, 2006.

Construction Technology For Cross Passage of Shield Tunnel in Water-rich Sandy Stratum

LI Zhiguo1, XU Haiting1, YANG Shiyan2

(1.Survey,Design&ResearchInstituteofChinaRailwayTunnelGroupCo.,Ltd.,Guangzhou511455,Guangdong,China; 2.SanchuCo.,Ltd.ofChinaRailwayTunnelGroup,Shenzhen518000,Guangdong,China)

The construction difficulty and risk of cross passage of urban metros in water-rich sandy stratum is very high. Hence, a comparison is made among dewatering, freezing, jet grouting and grouting reinforcement in terms of technology and economy, and a combination consolidation scheme of grouting reinforcement + dewatering is selected to improve the stability of surrounding rocks and reduce influence of construction on surrounding environment. During the construction of cross passage, advanced pre-grouting in tunnel and tube well dewatering on ground surface + light well point dewatering in well outside tunnel are adopted. During the construction of water pit, surrounding small duct grouting and in pit light well point dewatering are adopted. Meanwhile, the deformation of the tunnel and ground surface during construction is monitored; and the monitoring results show that the deformation of the tunnel and ground surface is quite small which indicates the safety and feasibility of the above-mentioned technologies.

metro shield tunnel; cross passage; grouting reinforcement; dewatering; mining method

2017-01-09;

2017-03-29

李治國(1967—)， 男， 河南洛陽人，1998年畢業于北方交通大學，巖土工程專業，碩士，教授級高級工程師，現主要從事隧道和地下工程的設計、施工和科研工作。E-mail： lzg_100@163.com。

10.3973/j.issn.1672-741X.2017.05.013

U 455.4

B

1672-741X(2017)05-0609-09