富水粉砂地層聯絡通道地表三角降水施工技術

（中鐵四局集團第四工程有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前言

在富水條件下砂層中進行聯絡通道施工時，極易出現涌水、涌砂等問題，常見預加固措施有凍結、旋噴、注漿、降水、攪拌、鉆孔樁和連續墻等。本文針對在前期高壓旋噴樁和洞內帷幕注漿加固失效的問題，通過采取地表三角降水施工技術，取得了在富水粉砂地層暗挖法聯絡通道施工的成功經驗，對類似工程具有一定的參考意義。

1 工程概況

合肥地鐵蒙阜區間隧道為兩條單洞單線圓形隧道，線間距15～16.99m，單線長612.9m，采用盾構法施工，在DK21+641.75.00處設置聯絡通道及泵站。聯絡通道采用復合式襯砌結構，暗挖法施工，開挖斷面高×寬為4.68m×3.7m，開挖長度為9m。聯絡通道結構斷面圖如圖1所示。

1.1 工程地質

地勘揭示，聯絡通道覆土厚度約14.83m，從上至下依次為（0）2 填土、（1）1 粉質黏土、（2）1 粉質黏土層、（2）2 粉土層、（7）1全風化泥質砂巖和 (7)2強風化泥質砂巖，結構主要穿（2）2-2粉土層、（7）1 砂巖、和（7）2 砂巖、（7）3 砂巖層，頂部處于（2）1粉質粘土層、泵房底部處于（7）3砂巖層。

圖1 聯絡通道結構斷面圖

1.2 水文地質

地下水主要為上層滯水及基巖裂隙水。上層滯水主要賦存于人工填土層，水位埋深1.6～3.1m，受季節及氣候條件等影響。微承壓含水層組主要微承壓含水層組主要由第四系上更新統粉砂、粉土組成，包括（2）2-1、（2）2-2 層，隔水頂板為滲透性弱的第四系（1）1、（2）1、（2）2層黏性土，隔水底板為下伏風化砂巖，承壓水位標高約為15m。

2 高壓旋噴樁加固

原設計采用φ800@500雙重管高壓旋噴樁進行加固，旋噴樁采用雙重管工藝，加固區的范圍為聯絡通道結構上下、左右各3.0m，加固深度進入中風化（7）砂巖層不小于1m。

加固效果驗證：在聯絡通道開挖前探孔時出現涌水現象，并含有大量泥沙，原地表高壓旋噴樁加固效果較差。

圖2 聯絡通道加固剖面圖

圖3 現場探孔涌水及泥沙圖

3 洞內帷幕注漿加固

因高壓旋噴樁加固失效，無法破除洞門開挖施工。采用帷幕注漿加固技術，在開挖輪廓線外1m范圍內進行帷幕注漿，采用水玻璃+水泥雙液漿。2019年1月10日—1月31日累計注入水泥156t、水玻璃200桶，地表時有漏漿，并出現隆起，隨即停止注漿。2月12日打設8個4m深的水平探孔驗證，仍有3個探孔存在涌水現象，對涌水部位繼續進行補注漿。

2月22日探孔驗證，未發現明水，隨即破除洞門管片。2月23日在進一步闊挖時，出現涌水，現場立即封閉掌子面，繼續補充注漿加固。2月28日對補注漿效果探孔驗證時，注漿效果不佳，滲水量未見明顯減小。

4 加固失效原因分析

①旋噴樁加固時水泥漿在承壓水粉土、粉砂地層易隨地下水流失，難以形成完整均質的加固體，在風化破碎圍巖中成孔效率低，尤其是在粉砂、粉土層和風化圍巖等各不同地層交界面處，更是注漿加固的薄弱環節。

圖4 洞門破除后涌水圖

②粉土、粉砂層中，帷幕注漿多以擠密、劈裂形式存在，難以形成滲透注漿效果。且地下水具有微承壓性，漿液易受沖刷和稀釋，注漿效果有限。另對管片周邊注漿施工存在一定盲區，無法做到無死角注漿加固。

③區間左、右線采用盾構法施工，旋噴樁加固體不可避免地會受到擾動破壞，尤其是在管片背后，貫通形成新的水流通道，聯絡通道較區間隧道標高更低，洞身開挖時形成新的匯水點，洞內帷幕注漿較難保證效果。

5 地表三角降水施工技術

2019年3月2日，經過現場詳細勘察，結合含水層巖性、滲透系數和降水深度三個方面綜合考慮，聯絡通道所處含水地層為（2）2-2粉土層，滲透系數在5.4m/d左右，承壓水位標高為15m左右。為實現對地下水位控制在結構底板面以下1m，在聯絡通道兩側布置真空降水井，截斷區間左、右線隧道地下水流通道，最終確定采用地表三角降水方案，同時在洞內增設滲水導管。

5.1 施工方法

在聯絡通道上方兩側高壓旋噴樁加固區外側1.5m處，距離左右線管片2m處共設置4口降水井，聯絡通道中線法線方向左右向外4.5m共設置2口，共計6口真空降水井。

①成孔施工：采用直徑φ600mm反循環鉆機成孔，通過埋設3m護筒避免路基結構層范圍循環水流失及井口坍塌，下管前保證井底沉渣厚度不大于10cm，方可下放濾管，鉆孔深度20m（聯絡通道拱底標高18m）。

圖5 降水井設置圖

圖6 降水井結構圖

監測項目數據

②井管安裝：采用直徑φ273mm鋼管作為濾管，在孔底10m范圍設置帶孔鋼管，底部鋼板焊接封口，采用60目尼龍網包裹2層，頂部10m設置不帶孔洞鋼管，頂部加蓋封閉，連接采用焊接。

③粒料回填：濾管安裝完，立即對管背進行回填，在底部10m鋼管安裝濾網范圍回填2mm級配綠豆砂，確保粉土層、泥質砂巖層降水，在頂部10m未打孔鋼管外回填黏土球，確保地表潛水穩定不下滲。

④真空降水：降水井施工完后，然后安裝水泵、封閉管控、設置真空管、安裝真空泵，開始真空降水。

⑤疏水管設置：在聯絡通道開挖掌子面底部設置疏水孔，作為洞內輔助排水，前期有水，降水后無水外泄。

除采用降水措施外，還輔以洞內滲水孔輔助排水：在聯絡通道下臺階（7）1土層內開挖輪廓線外1m水平打設泄水孔，孔深7～9m，泄水孔外設置止水閥。

5.2 效果驗證

①2019年3月4日-3月9日，完成地表降水井和降水施工，3月10日開始進行聯絡通道洞身開挖，開挖掌子面干燥無水、穩定，效果明顯，現場施工進展順利。

②采用降水方案，同時疊加聯絡通道開挖施工，現場勢必會引起地表沉降，通過現場監測：地表沉降最大值為-10.37mm，水平收斂最大值為-3.39mm，周邊建筑物沉降最大值為-2.71mm，滿足設計沉降變形控制標準，保證了聯絡通道開挖施工安全。具體數據如下表所示。

圖7 下臺階泄水孔設置

圖8 方案優化后開挖掌子面

6 結論

①通過在富水粉砂和風化破碎圍巖地層條件下，采用地表三角降水施工技術，輔以洞內滲水孔排水措施，實現了聯絡通道掌子面干燥無水、穩定，同時監控數據顯示沉降變形控制較好，達到了降水效果，為聯絡通道安全順利施工提供了保障。

②旋噴樁加固不易形成均質加固體，尤其是在不同地層分界面處；同時富水粉砂地層中帷幕注漿加固效果有限，難以形成滲透注漿效果。本工程前期洞內帷幕注漿近2個月，注漿加固效果不佳，地表三角注漿施工僅7天實現具備洞身開挖條件，取得了明顯的工期效益。