深埋軟土盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道風(fēng)險控制技術(shù)

文｜ 中鐵南方投資集團有限公司 黃鑫琢/中鐵六局集團有限公司交通工程分公司 龍國俊

0 引言

目前國內(nèi)盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工通常采用先加固后礦山法施工的方案，即在盾構(gòu)施工前實施聯(lián)絡(luò)通道加固，盾構(gòu)推進(jìn)時，地層加固范圍內(nèi)加強向環(huán)形空隙內(nèi)的壓漿，漿液采用有較高硬化指標(biāo)、有良好防水性能的材料，加固效果滿足要求后再進(jìn)行礦山法暗挖施工。在建設(shè)過程中，由于設(shè)計計算的工況與施工實際的工況存在差異，或是施工失當(dāng)，極易發(fā)生坍塌、突涌等風(fēng)險事故。本文依托深圳地鐵某工程實例，對高水位、深埋軟土盾構(gòu)區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工期遇到的風(fēng)險進(jìn)行分析，并提出控制措施。

1 工程概況

1.1 聯(lián)絡(luò)通道概況

深圳地鐵10 號線五和站～坂田北站區(qū)間（五坂區(qū)間）位于深圳市龍崗區(qū)，采用盾構(gòu)法施工，區(qū)間線路全長792m，縱向為V 字節(jié)能型坡道，在區(qū)間最低點（YDK15+570.000）位置設(shè)置一處聯(lián)絡(luò)通道，兼作廢水泵房使用。聯(lián)絡(luò)通道采用礦山法施工，并配合采用高壓旋噴樁進(jìn)行土體加固。

五坂區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道及泵房，聯(lián)絡(luò)通道長9.64m（區(qū)間左右線凈距），初支由格柵鋼架+鋼筋網(wǎng)片+噴射混凝土組成，厚0.25m；二襯采用現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，厚0.3m。通道成型后凈空2.95m×3.0m（高×寬），泵房成型后凈空4m×2.8m×3.45m（長×寬×高）。

1.2 水文地質(zhì)概況

五坂區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道拱頂埋深約27m，地層從上至下分別為素填土層、粉質(zhì)黏土層、礫砂層、礫質(zhì)粘性土層、全風(fēng)化花崗巖以及強風(fēng)化花崗巖，其中素填土層、粉質(zhì)黏土層及礫砂層厚度累計約18m。

施工期間測得地下水位埋深2.80m～8.40m，標(biāo)高63.78m～73.30m。據(jù)地區(qū)經(jīng)驗可知，此處地下水位的年平均變化幅度為2.0～3.0m。

1.3 聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計施工方案

在盾構(gòu)施工至聯(lián)絡(luò)通道位置之前對該區(qū)域地層采用雙重管高壓旋噴方式進(jìn)行加固，旋噴樁采用梅花形方案進(jìn)行布設(shè)，直徑600mm，間距450mm，咬合150mm。盾構(gòu)隧道左右中心線間距15.64m，旋噴樁平面加固長度為隧道中心線往外各擴1m，共計17.64m，加固寬度為6.1m。剖面加固范圍為聯(lián)絡(luò)通道開挖頂面以上3m，開挖底面以下2m，共計12.9m。加固后土體應(yīng)滿足以下指標(biāo)：強度指標(biāo)qu28≥0.8Mpa，滲透系數(shù) k≤10-5cm/s～10-7cm/s。

2 聯(lián)絡(luò)通道施工主要風(fēng)險

2.1 進(jìn)洞風(fēng)險

現(xiàn)場查勘表明：旋噴樁地面至通道上部3m 范圍內(nèi)為空樁，且布孔較為密集，旋噴樁的施作破壞了原狀地層。施工后采用深孔注漿方式進(jìn)行封孔，鑒于地下管線分布及行車主干道的制約，注漿壓力控制在較小值，漿液擴散未能有效加固破壞后的地層，造成通道頂部以上的地層松散，自穩(wěn)性降低，進(jìn)而形成了透水途徑，并引起了塌方。

2.2 掌子面塌方風(fēng)險

現(xiàn)場查勘表明：聯(lián)絡(luò)通道洞身范圍內(nèi)地層主要為全、強風(fēng)化花崗巖，該地層標(biāo)貫擊數(shù)為50-75 擊，較為密實。但在開挖過程中發(fā)現(xiàn)雙管旋噴樁噴射切割地層直徑未能達(dá)到咬合，成樁效果不佳，進(jìn)而導(dǎo)致旋噴樁加固效果不佳，誘發(fā)塌方風(fēng)險。

2.3 泵房側(cè)移及底部隆起風(fēng)險

聯(lián)絡(luò)通道位于盾構(gòu)掘進(jìn)線路的最低點位，區(qū)間兩頭地下水沿結(jié)構(gòu)外壁向最低點積聚，且上臺階塌方時出現(xiàn)的空洞形成了水的流通線路。大量地下水的聚集導(dǎo)致底部土體長期浸泡而發(fā)生軟化，在兩側(cè)水土壓力的向內(nèi)擠壓下發(fā)生底部隆起、邊墻側(cè)移等現(xiàn)象。

3 聯(lián)絡(luò)通道施工期風(fēng)險分析與控制

3.1 誘發(fā)施工期風(fēng)險的主要因素

（1）地質(zhì)條件

探明地質(zhì)條件是地下工程施工的基礎(chǔ)，也是地下工程施工風(fēng)險控制的關(guān)鍵，尤其是地下水的蘊藏與補給條件。

聯(lián)絡(luò)通道施工前需對周圍土體進(jìn)行加固處理，主要目的是通過加固地層來減弱地層的滲透能力，提高地層的穩(wěn)定性。對于不同的地質(zhì)情況而言，聯(lián)絡(luò)通道的埋深、地下水徑流、注漿的施工工藝等均存在一定差異，進(jìn)而導(dǎo)致加固的效果差別較大。

五坂區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道洞身范圍內(nèi)地層主要為全風(fēng)化花崗巖和強風(fēng)化花崗巖，巖層中除石英、長石外，其他礦物均風(fēng)化成黏性土，遇水易軟化崩解。在地下水流動及水壓的作用下，黏性土成分含量降低，導(dǎo)致土層黏性降低、自穩(wěn)性差并逐步形成空洞，從而引起地面沉降過大甚至坍塌。

（2）加固方法

聯(lián)絡(luò)通道地層加固大多采用地面高壓旋噴樁注漿加固。高壓旋噴樁適于淤泥、淤泥質(zhì)土、粉土、砂土、濕陷性黃土、人工填土及碎石土等地層的加固和止水處理，但實際加固效果卻不理想，尤其是黏性土地層。當(dāng)加固深度超過20 米時，其加固效果更不理想。

（3）加固質(zhì)量

作為盾構(gòu)隧道的附屬工程，聯(lián)絡(luò)通道相對車站、區(qū)間等主體工程造價低，工期短，工程規(guī)模小，在交通疏導(dǎo)和管線遷改方面的受重視程度遠(yuǎn)不如地鐵車站。此外，加固施工受到地面建構(gòu)筑物的影響，且通道埋深大，從地表進(jìn)行加固存在較多的不確定性因素。

與此同時，施工單位對聯(lián)絡(luò)通道施工的重視程度也是造成施工風(fēng)險的因素之一。

3.2 施工期主要風(fēng)險控制措施

（1）提升地層加固效果

針對不同地層，需結(jié)合地質(zhì)條件選擇合適的加固方式，確保加固后的地層滿足開挖施工要求。五坂區(qū)間采用高壓旋噴樁+注漿加固，首先在盾構(gòu)通過前從地面進(jìn)行高壓旋噴樁加固，然后在進(jìn)洞前以及開挖過程中進(jìn)行洞內(nèi)注漿加固。

為了保證成樁質(zhì)量，高壓旋噴樁施工過程中需要重點控制漿液噴射壓力及提鉆速度。鑒于深埋地層的天然特性，旋噴樁漿液噴射壓力提到最大后的成樁半徑通常小于設(shè)計要求，因此需在設(shè)計基礎(chǔ)上適當(dāng)減小布孔間距（結(jié)合實際成樁效果確定最佳間距）以確保樁間的有效咬合。

（2）實施拱頂超前支護(hù)

聯(lián)絡(luò)通道開挖會破壞地層的天然結(jié)構(gòu)，上部及側(cè)向水土壓力將集中向掌子面釋放，外加地下水浸泡引發(fā)的土體軟化崩解，拱頂土體易發(fā)生坍塌風(fēng)險。因此，在此類地層施工時，應(yīng)采用小導(dǎo)管注雙液漿的方式進(jìn)行超前支護(hù)，且在注漿前將掌子面及底部土體全部進(jìn)行噴錨封閉，并適當(dāng)增加注漿壓力，形成堅固的止?jié){面。雙液漿凝結(jié)時間較短，加固體強度比水泥漿加固強度低，注漿結(jié)束后應(yīng)快速組織連續(xù)開挖施工。結(jié)合本工程實例，深埋軟土地層每循環(huán)超前支護(hù)的有效范圍為掌子面前方1.0～1.5m，每循環(huán)開挖進(jìn)尺必須小于超前支護(hù)范圍，且滿足設(shè)計要求。

（3）設(shè)置洞口管片臨時支撐

管片的切割作業(yè)會改變原有襯砌結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)。為防止施工過程中原有結(jié)構(gòu)變形過大而發(fā)生破壞，管片切割前，在聯(lián)絡(luò)通道開洞位置前后6 環(huán)范圍內(nèi)架設(shè)臨時支撐。臨時支撐均采用鋼結(jié)構(gòu)（型鋼或鋼管）焊接形成整體，從而形成洞口管片臨時支撐體系，提升開洞附近襯砌結(jié)構(gòu)的安全性。

（4）強化初支結(jié)構(gòu)

暗挖聯(lián)絡(luò)通道初支結(jié)構(gòu)一般為格柵鋼架或型鋼+鋼筋網(wǎng)片+連接筋+噴錨形成的整體結(jié)構(gòu)，其中格柵鋼架或型鋼按照設(shè)計要求的步距進(jìn)行架設(shè)。結(jié)合本區(qū)間實例，深埋軟土因地下水浸泡發(fā)生軟化后土體顆粒較小，采用一般的鋼筋網(wǎng)片不能有效防止初支背后土體的掉落。因此，在實際施工時需結(jié)合地質(zhì)條件及其特性，提前加密鋼筋網(wǎng)片的網(wǎng)眼間距，以確保其對地層的適應(yīng)性，有效防止初支背后土體的坍塌。

鑒于深埋地層側(cè)向水土壓力較大，在聯(lián)絡(luò)通道上臺階、泵房等部位的開挖過程中，除采用鎖腳錨管固定兩邊拱腳外，還應(yīng)增設(shè)臨時仰拱/支撐，將初支結(jié)構(gòu)臨時封閉成環(huán)，增強初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，防止側(cè)向水土壓力過大導(dǎo)致初支結(jié)構(gòu)收縮變形而造成的侵限風(fēng)險。臨時仰拱應(yīng)采用與通道初支結(jié)構(gòu)同類型材料加工制作，布設(shè)間隔不宜過大。當(dāng)埋深較大時，需每榀設(shè)置，以確保初支結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性滿足施工要求。

4 結(jié)束語

本文依托深圳地鐵某區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道施工，分析了施工過程中出現(xiàn)的拱頂土體坍塌、上臺階掌子面垮塌、下臺階底部隆起及泵房初支結(jié)構(gòu)側(cè)移等工程風(fēng)險，給出了誘發(fā)上述風(fēng)險的主要因素，并形成了針對性的風(fēng)險控制技術(shù)措施，成功克服了深埋軟土地層側(cè)向水土壓力大、地層加固效果不佳等難題，及時有效地控制了上述風(fēng)險，施工期間未發(fā)生地面沉降超限、地表建筑物沉降、開裂等事故。

聯(lián)絡(luò)通道雖為隧道的附屬工程，但其施工風(fēng)險不容忽視，特別是在深埋軟土盾構(gòu)區(qū)間。施工前應(yīng)根據(jù)地質(zhì)勘察資料詳細(xì)分析地層特性及施工風(fēng)險，有針對性的進(jìn)行策劃，嚴(yán)格控制施工過程中的施工工藝與施工參數(shù)，制定風(fēng)險控制技術(shù)措施，以規(guī)避或降低聯(lián)絡(luò)通道的施工風(fēng)險，提前做好應(yīng)急準(zhǔn)備工作，確保聯(lián)絡(luò)通道施工安全。