管線密布下淺埋大跨徑廣州地鐵客村聯(lián)絡(luò)線富水砂層段施工技術(shù)

王國煒

（濟(jì)南金衢公路勘察設(shè)計(jì)研究有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

引言

淺埋大跨度含水砂層段的地鐵隧道施工，采取的方法有冷凍固結(jié)法、地面注漿法、旋噴樁法等。冷凍固結(jié)法一般周期長，控制指標(biāo)多且可能對(duì)上部管道造成影響；地表注漿法和旋噴樁法雖然工藝簡單，但地面交通疏解壓力不允許；上述三種方法如果效果不理想，重新處理難度大。經(jīng)反復(fù)對(duì)比論證，選用的雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法、雙層大管棚超前注漿支護(hù)及跟蹤注漿保護(hù)對(duì)控制地表沉降和保障工程質(zhì)量是有效可行的。

1 工程概況

廣州地鐵客村聯(lián)絡(luò)線岔口段隧道工程位于赤崗-鷺江左線區(qū)間，全長262.223 m，按照新奧法設(shè)計(jì)，采用暗挖法施工，隧道全線埋深為7～11 m，處于聯(lián)絡(luò)線岔口段，共有七種斷面，最大的斷面為寬度15.55 m，高度為11.56 m，埋深為7 m，屬于淺埋大跨度隧道，上方為廣州市東西主干道路-新港中路，車流量大且夜晚重載車多，周圍公共建筑物眾多，市政管線密布，布于隧道上方的有Ф1200混凝土供水管，Ф600混凝土排水管，Ф200鑄鐵給水管，Ф700混凝土排水管，Ф300鑄鐵給水管，Ф600混凝土給水管，鋼MQ273管，其中Ф1200混凝土供水管和Ф600混凝土排水管年代久遠(yuǎn)，節(jié)長5 m，距拱頂僅5.8 m，對(duì)施工安全影響最大。此外還布有4道電纜溝，包括兩道高壓電纜溝，通訊電纜溝，光纜溝。

隧道的地質(zhì)情況復(fù)雜，屬于標(biāo)準(zhǔn)的上軟下硬地層。上部為洪積沖擊土、飽和含水砂層、硬塑殘積土、全風(fēng)化巖和強(qiáng)風(fēng)化巖，屬Ⅰ、Ⅱ類圍巖；下部為巖石中風(fēng)化帶和微風(fēng)化帶，屬Ⅳ、Ⅴ類圍巖，施工時(shí)需要爆破。

2 施工方案的制定

2.1 原則

在管線密布條件下淺埋大跨徑砂層段隧道施工要確保隧道主體安全、管線安全及道路交通安全。針對(duì)富水砂層，制定有效的堵水固砂措施并采取控制沉降變形效果好的開挖支護(hù)方式是該段隧道施工能否成功的關(guān)鍵。

根據(jù)地下管線的影響因素調(diào)查分析，采用理論法并和北京、上海、廣州地鐵類似工程經(jīng)驗(yàn)類比及數(shù)值模擬等方法，結(jié)合專家論證意見，確定地表允許沉降最大值為30 mm，管線按允許差異沉降i=0.006控制最大沉降值30 mm，地面爆破震動(dòng)振速不超過1.2 cm/s。根據(jù)淺埋暗挖法的原理特點(diǎn)，結(jié)合以往的施工經(jīng)驗(yàn)，選定雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工方案，并遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、弱爆破、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)、速反饋”的原則，以控制地表及管線沉降變形。

2.2 支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)

該段隧道采用復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，以注漿小導(dǎo)管、鋼筋網(wǎng)、格柵鋼架和噴射混凝土為初襯結(jié)構(gòu)，以模筑混凝土為二襯結(jié)構(gòu)，初襯和二襯之間設(shè)全封閉防水層。結(jié)構(gòu)驗(yàn)算按隧道與地層共同作用的受力模式，按有限元模擬計(jì)算調(diào)整結(jié)構(gòu)參數(shù)，主要支護(hù)方案及參數(shù)見表1。

表1 主要支護(hù)方案及參數(shù)

3 技術(shù)方案要點(diǎn)

3.1 超前密排雙層小導(dǎo)管注漿

鉆探資料表明，該段飽和砂層主要有黃色中粗砂和白色粉細(xì)砂構(gòu)成，黃色中粗砂層通過雙液注漿可形成具有一定強(qiáng)度和止水性的砂層固結(jié)體，而粉細(xì)砂層由于砂體細(xì)密，漿液難于擴(kuò)散，不易加固。因此，超前支護(hù)設(shè)計(jì)采用雙層小導(dǎo)管，上層小導(dǎo)管采用雙液漿，盡量在工作面較趨前部位快速堵截地下水，并形成注漿固結(jié)層：下層小導(dǎo)管加密間距，采用擴(kuò)散性能更好、后期強(qiáng)度大的單液漿,形成符合加固1+1的效果，對(duì)拱頂形成強(qiáng)有力的止水及加固支護(hù)。

3.1.1 注漿孔布置

隧道采用全封閉注漿，拱部設(shè)置雙排小導(dǎo)管。根據(jù)地質(zhì)資料提供的砂層厚度，加固范圍導(dǎo)管采用Ф50無縫鋼管，L=5 m, t=4 mm,開花孔，第一排環(huán)向間距0.3 m,縱向間距3 m,搭接長度1.5 m,外插角15°左右，布于拱部150°范圍內(nèi)，第二排環(huán)向間距0.4 m, 縱向間距3 m, 外插角25°左右,外露端長0.2 m,與格柵鋼架焊接固定，布于拱部180°范圍內(nèi)；掌子面注漿封閉采用Ф42鋼管，L=4.5 m，外露端長0.2 m，注漿孔間距1 m，梅花形布于掌子面內(nèi)，縱向搭接長1.5 m。

3.1.2 注漿材料及配比

采用水泥-水玻璃雙液作為注漿材料，水泥采用普通硅酸鹽水泥，水玻璃為40Bé,水泥漿水灰比為1，水泥漿與水玻璃體積比采用1∶0.5，根據(jù)砂層滲透情況，多次試驗(yàn)后，確定膠凝時(shí)間在45 s，能形成固結(jié)帷幕帶。單液采用水泥漿，水灰比為1，滲透性好，后期強(qiáng)度大。

3.1.3 注漿量

采用對(duì)拱頂上方2 m的范圍內(nèi)進(jìn)行加固的注漿量計(jì)算，并采用單管注漿量進(jìn)行校驗(yàn)。

式中：Q—漿液注入量，m3；V—漿液擴(kuò)散體積，m3；L—注漿段長度，m； n—土（巖）體空隙率，取值為0.45 ; α—超耗系數(shù)（含串漿、超注、耗損等）;β—漿液充填率，取值為0.7。

3.1.4 小導(dǎo)管

小導(dǎo)管以風(fēng)鉆直接頂進(jìn)到位后，采用單孔全長一次壓入方式進(jìn)行注漿。前排小導(dǎo)管一次注漿長度為5 m，開挖3.5 m后,保留1.5 m作為下一循環(huán)的止?jié){墻，后排小導(dǎo)管一次注漿長度為3 m,開挖1.5 m后，保留1.5 m作為下一循環(huán)的止?jié){幕墻。注漿順序采用距離較遠(yuǎn)孔間隔交替進(jìn)行，先拱頂，后兩邊，防止串漿。小導(dǎo)管注漿孔布置見圖1。

圖1 小導(dǎo)管注漿孔布置

3.1.5 注漿控制要點(diǎn)

根據(jù)工程地質(zhì)和水文地質(zhì)情況，注漿過程中，根據(jù)注漿壓力和漿液擴(kuò)散速度，可適當(dāng)調(diào)整配合比，采用單孔注漿量、總注漿量與注漿壓力相結(jié)合的控制方式，即以單孔設(shè)計(jì)量為結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)，保證注漿壓力在0.5～1 MPa下堅(jiān)持3～5 min,最后結(jié)合一些單孔達(dá)不到設(shè)計(jì)量的，其余孔補(bǔ)注。

實(shí)際操作中，首先注拱頂部分，導(dǎo)管交叉注入，在涌水量大的位置，適當(dāng)加大水泥漿濃度或水玻璃用量，從而加快凝結(jié)時(shí)間，起到快速止水封閉的作用。涌水量明顯減小，注漿壓力明顯增加后，注入單液水泥漿。壓力穩(wěn)定后，對(duì)比注漿總量和已注入漿量,剩余注漿采用雙液漿進(jìn)行補(bǔ)充，達(dá)到止?jié){幕墻封閉效果。

3.1.6 效果檢查

在注漿加固范圍內(nèi)采用鉆孔取芯檢查加固效果，大部分漿脈清晰，個(gè)別檢查孔中也存在有涌水，涌砂現(xiàn)象，需采取補(bǔ)孔注漿直至涌水消失，24 h后再進(jìn)行開挖作業(yè)。

開挖過程中地層顯示，在砂層內(nèi)薄弱地帶及地層分界處有明顯的漿脈，掌子面涌水明顯較少，開挖面自穩(wěn)性較好，起到填充空隙，加固土體的作用。

3.2 隧道施工方法

側(cè)壁導(dǎo)坑采用上中下三個(gè)分部開挖，上導(dǎo)坑開挖斷面高2 m，寬3.4 m，采用風(fēng)鎬人工開挖，初支及時(shí)封閉成環(huán)，每循環(huán)進(jìn)尺0.5 m；上下導(dǎo)坑掌子面間距10 m左右，保持較大間距，以減少下導(dǎo)坑開挖對(duì)上導(dǎo)坑的擾動(dòng)；中洞的施工在兩側(cè)側(cè)壁導(dǎo)坑完成后再開挖。

3.3 爆破控制技術(shù)

爆破產(chǎn)生的沖擊波和震動(dòng)容易危及周圍結(jié)構(gòu)物的安全，在爆破實(shí)施前先評(píng)定其可能產(chǎn)生的震動(dòng)等級(jí)， 并將震動(dòng)破壞等級(jí)控制在安全范圍內(nèi)。對(duì)本項(xiàng)目而言，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的地質(zhì)情況和管線情況，鉆爆開挖時(shí)，根據(jù)施工方法、砂層地質(zhì)、管線位置，采取了以下減少爆破震動(dòng)的措施，爆破震動(dòng)速度控制在1.2 cm/s以下。

3.3.1 掏槽形式

一般情況下，掏槽爆破的震動(dòng)強(qiáng)度比其它部位炮眼爆破時(shí)的震動(dòng)強(qiáng)度都大，從減震出發(fā)，選用了適用于減震的楔形掏槽形式，以減少這些部位的夾制作用。

3.3.2 微振光面爆破

隧道爆破盡可能多的使用分段微差起爆，結(jié)合雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工方法，本項(xiàng)目采用分塊爆破，降低了振動(dòng)速度。

3.3.3 控制炮孔深度，縮短單次爆破進(jìn)尺

根據(jù)本工程的特點(diǎn)，每循環(huán)進(jìn)尺控制為0.5 m，以短進(jìn)尺控制一次爆破總藥量，也控制了段用藥量，達(dá)到了對(duì)圍巖擾動(dòng)的控制要求。

3.3.4 炮泥堵塞

所有炮孔均采用炮泥堵塞，以充分利用爆破能量，降低單孔裝藥量。

3.4 管線保護(hù)

雙側(cè)壁導(dǎo)坑法中間部位開挖后，上方土體會(huì)發(fā)生較大沉降，管線也隨之沉降，由于兩者下沉差異，在管線下方易形成空隙，致使管線出現(xiàn)懸空甚至斷裂。因此，在雙側(cè)壁導(dǎo)坑法中間分部開挖后，及時(shí)跟蹤注漿，使其沉降不超出允許范圍。

（1）在中間分部開挖后，從兩側(cè)側(cè)壁導(dǎo)坑弧頂部位斜向上打入一排6 m長的小導(dǎo)管，延伸到管線下方；（2） 通過小導(dǎo)管對(duì)管線下方可能存在的空隙和土體進(jìn)行注漿，以加固松散土體和填充空隙，嚴(yán)格控制注漿壓力，注漿壓力控制在0.5 MPa以下，如壓力過大，容易造成堵塞排水管道或電纜溝；（3） 在對(duì)管線嚴(yán)密監(jiān)測(cè)的前提下，及時(shí)進(jìn)行跟蹤注漿。

3.5 監(jiān)控量測(cè)和震動(dòng)測(cè)試分析

在城市地鐵隧道施工中，監(jiān)控量測(cè)的技術(shù)應(yīng)用是保證隧道施工安全及地面結(jié)構(gòu)安全的一項(xiàng)重要手段，在該段隧道施工中，重點(diǎn)對(duì)地表下沉，爆破震動(dòng)進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，并反饋指導(dǎo)施工。

3.5.1 爆破振動(dòng)測(cè)試

爆破振動(dòng)測(cè)試是爆破施工的重要環(huán)節(jié)，一方面爆破的方法和爆破的參數(shù)影響爆破地震的振動(dòng)強(qiáng)度，通過監(jiān)測(cè)指導(dǎo)爆破施工，增進(jìn)爆破施工效率;另一方面確保被保護(hù)物（工區(qū)周圍人員和建筑物）的安全性。

震動(dòng)測(cè)試采用DSVM-4型測(cè)試儀，主要是通過監(jiān)測(cè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的3個(gè)分量值、主振頻率及振動(dòng)速度隨時(shí)間的衰減變化曲線。

由于雙側(cè)壁導(dǎo)坑的上部砂層均采用人工開挖，而下導(dǎo)坑鉆爆開挖時(shí)已有了臨空面，爆破震動(dòng)衰減較大，地表測(cè)得的最大質(zhì)點(diǎn)振速0.86 mm/s,低于國家安全爆破規(guī)程的規(guī)定值，較好的保護(hù)了道路及管線。

3.5.2 地表下沉測(cè)點(diǎn)布置

為及時(shí)觀測(cè)開挖前后隧道圍巖的穩(wěn)定情況，緊跟開挖面布置測(cè)點(diǎn)，均在隧道開挖前布設(shè)，本項(xiàng)目采用量測(cè)斷面距開挖面前3 m縱向布置，橫向間距為2 m，根據(jù)該段圍巖類別，地表下沉監(jiān)測(cè)測(cè)試共布置4個(gè)斷面，分別設(shè)在ZDK4+986, ZDK4+989, ZDK4+992, ZDK4+995斷面。每個(gè)斷面10個(gè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，沉降監(jiān)測(cè)采用DS1水準(zhǔn)儀，每日統(tǒng)計(jì)單日沉降值和總沉降值數(shù)據(jù)，并對(duì)應(yīng)隧道施工進(jìn)程，反饋指導(dǎo)施工，調(diào)整進(jìn)尺，及時(shí)封閉。

3.5.3 地表下沉量測(cè)結(jié)果及分析

采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，先開挖兩側(cè)導(dǎo)坑再挖中洞成為扁平的大斷面，由于砂層中地下水流失較大，地表下沉值最大達(dá)25 mm,主要是失水引起的下沉。而中洞開挖時(shí)，主要是應(yīng)力重新分布引起的下沉，采用高強(qiáng)度臨時(shí)支護(hù)后，地表下沉累計(jì)最大達(dá)30 mm,管節(jié)兩端差異沉降最大為27 mm,地表下沉在縱斷面的分布見圖2。

在飽和含水砂層段隧道施工中，加強(qiáng)了注漿止水并在中洞開挖后及時(shí)設(shè)置了豎向支撐，始終將管線差異沉降控制在管理值（30 mm）范圍內(nèi)。

圖2 隧道地表縱斷面沉降曲線

4 實(shí)施效果

施工項(xiàng)目用20 d安全順利通過飽和含水砂層段。施工期間沒有發(fā)生管線斷裂事件，沒有影響地面交通，取得了良好的社會(huì)效益。

5 結(jié)語

地鐵施工中，各種復(fù)雜地質(zhì)情況都會(huì)遇到。在富水砂層、上軟下硬狀況下，本施工方案通過雙層大管棚超前注漿形成2 m加固隔離墻，爆破控制，地面沉降檢測(cè)頻率加大。沉降數(shù)據(jù)反饋指導(dǎo)施工方法，及時(shí)調(diào)整，動(dòng)態(tài)化施工，有效解決了地面沉降、管線塌陷，對(duì)周邊道路、管線、建筑物等起到了關(guān)鍵保護(hù)作用。