復雜環境下城市地鐵暗挖施工關鍵技術

呂濤

摘要：我國城市化發展不斷加速，自北京1969年10月1日建成通車的首條地鐵線路以來，先后有27個城市建成地鐵并通車運營，目前正在建設地鐵的城市達15個，無疑我國已經進入了地鐵時代。但是在地鐵的建設過程中，大規模的地鐵施工，不可避免的要穿越樓房、有壓管線等高風險建、構筑物。施工過程中的沉降問題、地下水流失問題、隧道爆破產生的噪音與振動必然要對周邊環境帶來一定的影響，容易引起“擾民”和“民擾”。鑒于此，本文以青島地鐵3號線嶺清區間為背景就對復雜環境下城市地鐵暗挖施工關鍵技術展開研究，通過超前注漿、地表注漿、徑向注漿等手段，采取微振動控制爆破技術有效的控制了施工對周邊環境的影響。

Abstract： China's urbanization has been accelerating. Since the opening of the first subway line in Beijing on October 1， 1969， 27 cities have built subways and opened their operations. At present， there are 15 suburban cities， undoubtedly China has entered the subway era. However， in the construction of the subway， large-scale subway construction inevitably needs to cross the buildings， pressure pipelines and other high-risk construction and structures. The settlement problem， groundwater loss problem and noise and vibration generated by the tunnel blasting during the construction process will bring about some influence on the surrounding environment， which is easy to cause "disturbing people" and "people disturbing". In this paper， the key technology of urban subway excavation construction in complex environment is studied based on the background of Qingqing interval of Qingdao Metro No.3 Line， and micro vibration blasting control technology is adopted by means of advanced grouting， surface grouting and radial grouting， which effectively controls the impact of construction on the surrounding environment.

關鍵詞：復雜環境；地鐵；注漿；控制爆破

Key words： complex environment；subway；grouting；controlled blasting

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）33-0140-03

1 工程概況

青島地鐵3號線一期工程嶺清區間，左線全長1241m，右線全長1261m，區間覆土厚度為12.43-16.5m。隧道穿越地段主要為現狀道路、及多、高層建筑物，其中在哈爾濱路的錯埠嶺小區建筑較密集。區間隧道上方建筑物以居民樓為主，大多建設于上世紀八、九十年代，在遼源路附近，側穿四棟港務局家屬樓；過伊春路后，下穿市北區中醫院分院4層建筑及附近的5棟6層建筑；過東莞路后下穿錯埠嶺小區8棟6-7層建筑。施工中下穿DN1200高壓混凝土供水管道、DN800供水管。DN1200供水管為混凝土帶筋管，為80年代修建，管壁厚10cm，管節長為5m、承插式接口長15cm，管接頭長10cm，管接頭帶橡膠密封圈，由于該地段原地表起伏較大，管座基礎部分為20cm的砂墊層，有的為獨立架空的磚砌基礎。由于管線修建的時間長，又為承壓管，管線接頭較脆弱，當洞內施工時因地質圍巖情況較差時，將會造成地表沉降值超標，從而導致DN1200高壓供水會出現爆裂的嚴重后果。

2 施工控制要點

區間下穿建筑物多為毛石基礎，個別為樁基礎，地層具有典型的“上軟下硬”的青島地質特色。在爆破施工過程中極易擾動建筑物，造成建筑物沉降、傾斜、結構受損甚至倒塌，為確保施工安全，地表沉降控制為3cm，建筑物沉降控制在1.5-2cm，管線沉降控制在1cm以內，地表建筑物基礎位置的爆破振動速度控制在1.0cm/s以內，地面爆破振動速度控制在2.0cm/s以內。

3 施工關鍵技術

3.1 施工組織

由于嶺清區間地質條件差，為避免圍巖開挖后暴露時間過長，降低開挖后應力重分布造成的圍巖變形，確定在嶺清區間穿越建筑物及管線施工時減少循環進尺，控制上下臺階及相鄰線路錯開距離，及時做好超前支護和初期支護，控制爆破，減少藥量。

Ⅱ、Ⅲ級圍巖采用全斷面開挖，循環進尺不超過1.5米；Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級圍巖采用上下臺階法開挖，其中上臺階開挖進尺為0.5-1m，不超過一榀格柵間距。下臺階分左右側開挖，單側開挖進尺在1-1.5m。臺階長度控制在3-5m，左、右線錯開距離不小于30m。按照“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測”的施工要求合理安排施工工序之間的銜接，最大限度地防止土體的失穩。endprint

3.2 微振動控制爆破技術

控制爆破振速主要是通過降低掘進進尺、增加鉆眼數量，控制爆破規模等措施，控制單孔裝藥量和最大單段起爆藥量，使有限的裝藥量均勻地分布在被爆巖體中，從而將爆破振動速度控制在要求的指標以內。下穿或側穿的建筑物有D9-D13、D16-D23，該區段爆區隧道埋深為12-16m，巖石較為松軟，屬于Ⅳ-Ⅴ圍巖。

掏槽時掌子面只有一個臨空面，切裝藥量較大，因此在爆破時中一般均是掏槽過程中振速超標。本工程上臺階采用大直徑中空孔直眼掏槽，中空孔直徑150mm。掏槽眼以中空孔為中心，環形分布。最內側掏槽眼距中空孔250mm，掏槽眼間距向外逐步擴大。由于采用大直徑中空孔，可以有效降低掏槽眼的最大單孔裝藥量。根據爆破振動控制要求，取掏槽眼單孔裝藥量為0.2kg，采取孔內延時的方法起爆，擴槽眼的單孔裝藥量為0.2kg。

3.3 超前探測技術

在施工正線過程中，每隔20m做一次超前地質預報，地質預報采用電磁波反射法探測，以預知掌子面前方20m圍巖變化情況和水文情況。

在施工過程中，每隔25m做一次超前探孔，分別在上臺階距離拱頂1m處，兩拱腰處垂直掌子面向前打設30m探孔，并詳細記錄圍巖變化情況和是否有水，較為直觀地觀察掌子面前方地質情況，并結合超前地質預報，對前方圍巖做出正確判斷。為下步施工方案調整提供依據。

在開挖過程中，發現圍巖情況與設計圍巖等級不符時，及時與建設單位、設計、勘察、監理等單位代表到現場進行探討圍巖變更及調整相關支護參數，并按此變更施工，以保證管線安全和洞內施工安全。

3.4 洞內周邊注漿加固技術

D9-D13建筑物區段地質條件較好，且區間隧道側穿該建筑群，采用洞內周邊孔注漿加固技術。采用拱部Φ80全孔一次性注漿，鉆孔采用孔口管法蘭盤止漿。注漿孔環向間距0.4m，注漿孔打設角度為30°-35°，角度可根據實際情況調整。漿液采用超細水泥漿，水灰比0.8-1，注漿壓力為0.8-1.5MPa，水泥漿配比和注漿壓力以現場試驗確定，每循環注漿長度4.5m。（圖3、圖4）

3.5 上半斷面帷幕注漿技術

D19-D23建筑物區段地質條件較差，且區間隧道下穿該建筑群，采用上半斷面帷幕注漿技術。注漿漿液采用超細水泥漿，水灰比0.8：1-1：1，漿液配比根據現場情況隨時調整。注漿圈止水加固厚度主要應滿足注漿堵水和施工安全要求。注漿加固區范圍為隧道輪廓線外3.5m，注漿壓力為0.8-1.5MPa，施工時根據現場情況隨時調整。注漿擴散半徑為1.5m。一個循環注漿段長15m，開挖12m，預留3m不開挖作為下一循環止漿巖盤。

每循環超前預注漿共設置38個注漿孔，1#-13#孔深9m，14#～25#孔深12m，26#～38#孔深15m。注漿孔開孔直徑Φ130，終孔直徑Φ108。注漿前在止漿墻或止漿盤內埋Φ100焊接鋼管作為孔口管，孔口管長2.2m，孔口外露20cm。注漿孔自掌子面沿開挖方向，以隧道中軸為中心呈傘狀布置，注漿孔終孔位置距隧道外輪廓線3.5m。（圖5）

3.6 洞內袖閥管注漿技術

D17-D18由于開挖后建筑物沉降已經超過預警值，隧道初支結構變形無增加，處于穩定狀態，隧道內仍有漏水點，樓房沉降主要為地下水流失造成基底粘土層承載力降低及固結沉降引起，防止隧道開挖失水造成樓房基礎沉降，確保建筑物結構安全，采用洞內袖閥管注漿加固技術。D17建筑物底部為框架結構，上部為磚混結構，基礎為獨立基礎，D18建筑物底部為框架結構，上部為磚混結構，基礎為人工掘井基礎，內填材料為150#毛石混凝土，基礎坐落于砂型粘土層，樁徑為1500mm、1600mm、2200mm；部分采用獨立基礎。

選用Φ42袖閥管，注漿孔長L=8m-12.0m，左線注漿孔縱向排距1.5m，右線注漿孔縱向排拒2.0m，孔距0.5m，梅花形布置，每環13根。袖閥管末端端頭應進入上部建筑物基礎底面以下1.5m處。袖閥管注漿范圍為末端2.5m、始端2.5m，即加固范圍為建筑物基礎下4.0m范圍內地層、隧道拱部開挖輪廓外2.5m范圍內地層。漿液采用超細水泥漿，水灰比0.8-1.0，基礎底注漿壓力0.3-0.5MPa，洞周圍巖注漿壓力為0.5-1.0MPa。單孔注漿壓力達到設計終壓并繼續注漿10min以上，或單孔注漿量超過設計最大注漿量50%，可結束本孔注漿。

3.7 地表袖閥管注漿技術

區間D9、D10、D11、D12號樓為預留措施，即隧道開挖前，在建筑物周邊預埋袖閥管，當建筑物沉降較明顯或即將達到沉降控制值時，立即進行地表注漿加固；若隧道施工時，建筑物無明顯沉降或沉降值未達到控制值，則對袖閥管采用普通水泥砂漿封填。

地表注漿袖閥管袖閥管為Φ50×3.5，鉆孔直徑Φ90。內排注漿孔長L2=11m，打設角度為30°，外排注漿孔長L1=15m，打設角度為50°；內排注漿孔距建筑物2m，排距2m，孔距2m，梅花形布置。

袖閥管采用Φ50硬質PVC管，能夠承受的最大壓力不小于1.5MPa；注漿孔開孔間距為330mm，開孔處管外緊箍橡膠套，覆蓋注漿孔；袖閥管的底端頭用土工布等物包緊扎死，防止套殼料進入袖閥管。注漿管內壁光滑，接頭有螺扣，斷頭有斜口，外壁有加強筋以提高其抗折強度。

注漿材料采用普通水泥漿，水灰比0.4-1，注漿前應先進行注漿試驗，漿液配比最終現場試驗確定，不易過大；根據現場實際地質情況，若地下水較豐富，或水泥漿注漿效果不理想，漿液可以采用水泥-水玻璃雙液漿或硫鋁酸鹽水泥漿。套殼料采用低強度水泥粘土漿，漿液配方為水泥：粘土=1.2-1.3，干料：水=1：1-1：1.5（重量比），塑性指數15-30。

漿液擴散半徑為1.5m，注漿壓力0.3-0.5MPa，注漿壓力由現場實驗確定。注漿壓力以水泥漿液能順利注入為原則，在注入率大于10L/min的情況下，盡可能采用較小的注漿壓力，減小地面冒漿的可能性。

3.8 初支滲漏水注漿技術

對于單個出水點，在出水點周邊1m左右均勻布置5個注漿孔，同時出水點處布置一個注漿孔；對于大面積滲水區域，則在滲水區域周邊1m均勻布置一周注漿孔，孔間距1.5m，滲水區域內按照橫縱間距1.5m、梅花形分布布置注漿孔。

徑向補充注漿孔采用Φ56鉆孔，長度4m；徑向補充注漿采用全孔一次壓注方式進行施工，注漿擴散半徑1.0m；孔內安裝Φ32鋼花管進行注漿；注漿壓力0.5-1.0MPa。漿液采用超細水泥漿，W/c=0.8-1.0，采用由四周向中間，由下向上的原則進行注漿。注漿壓力達到設計終壓并繼續注漿10min以上，可結束注漿；或單孔注漿量超過設計注漿量50%，可結束該孔注漿。

4 結論

①青島地鐵3號線嶺清區間地質條件差，具有典型的“上軟下硬”的青島地質特色，切環境復雜，下穿老舊建筑群及有壓管線，切出現了建筑物沉降超過預警值的現象，通過研究分析，采取一些列的洞內、外注漿加固措施，安全穿過了該建筑群，為類似的地鐵工程施工提供施工經驗。

②通過超前地質雷達及超前探孔相結合的方式，可以有效判斷掌子面前方的圍巖情況及富水情況，同時可以相互彌補之間的不足，在復雜環境、風險高的施工區段具有明顯的施工指導意義。

③采用超前帷幕注漿和洞內周邊孔注漿技術，可以有效控制開挖后的地表沉降量，在嶺清區間后續施工過程中未出現沉降異常情況，同時超前注漿可以有效的控制地下水流失，降低土層固結沉降量，同時隧道開挖完成后，初支不需要進行二次注漿止水。

④在巖石地層采用超細水泥徑向注漿止水，效果明顯好于雙液漿及普通水泥漿，尤其對于小于0.15mm的圍巖裂隙能夠起到很好的止水效果。

參考文獻：

[1]范國文，王先堂.暗挖雙連拱隧道穿越淺基礎高層樓群區施工技術[J].鐵道工程學報，2003，20（3）：109-116.

[2]劉琳，明鋒.地鐵隧道掘進爆破振動效應研究[J].公路，2012（08）：262-266.

[3]王昌威.基坑封底中的袖閥管注漿技術[J].施工技術，2011，40（3）：94-96.endprint