基于上軟下硬地層開挖風險處理及效果評價分析

劉暢 LIU Chang

（中交基礎設施養(yǎng)護集團有限公司，北京 100011）

1 工程概況

南門站～北門站區(qū)間主要位于解放北路下方，區(qū)間隧道設計的起始和結束里程分別為：ZDK4+180.456 至ZDK4+965.200、YDK4+180.456～YDK4+965.201，全長約785m，隧道頂覆土層厚15.4 至19.5m。區(qū)間為單洞單線結構，采用礦山法施工。

區(qū)間主要風險如下：①區(qū)間下穿辰野地下商場里程為ZDK4+271.16 至ZDK4+596.16、YDK4+271.16 至YDK4+596.16，為一級環(huán)境風險工程。辰野地下商城為箱體結構，尺寸長325m，寬為25m，為平戰(zhàn)結合人防工程，分為42m、54m、108m、120m 四個獨立結構防護單元，相鄰防護單元之間留有變形縫（如圖1）。②地質(zhì)探勘資料顯示，YDK4+180.456 至YDK4+455.885 段有連續(xù)角礫，開挖掌子面容易發(fā)生拱頂大面積塌陷，影響隧道上方及周邊建筑的結構安全。

圖1 辰野地下商場位置剖面圖

2 風險事件

3月24 日17 時，解放北路發(fā)生地面塌陷，形成直徑約50 公分的孔洞，檢測發(fā)現(xiàn)洞內(nèi)縱深約7 至8m，橫向約5 至6m。3月26 日，對塌陷路面區(qū)域進行了回填，估算共384 立方米左右。4月9 日15 時再次出現(xiàn)塌陷現(xiàn)象，此次塌陷位置在前次塌陷路面的南側，距離在6 至7m，空洞內(nèi)部橫向在3 至4m，縱長4 至5m，深約10 至11m，4月10日完成路面回填。4月14 日13 時，雨水沖刷引起第一次塌陷位置處出現(xiàn)局部凹陷，深度達1m。4月15 日，開展凹陷區(qū)回填工作。

3 風險控制措施

路面塌陷事故發(fā)生時，區(qū)間隧道正施工至辰野地下商場下方的角礫段，施工單位立即停止施工，對掌子面前方角礫段進行探查，采取上半斷面深孔超前注漿、在辰野地下商場下方隧道拱頂處初支后徑向注漿、在塌陷區(qū)地面鉆孔注漿等措施。

3.1 上半斷面深孔超前注漿

使用Φ42 超前小導管進行注漿，并做好止?jié){處理。注漿加固體要求具有不小于0.8MPa 的無側限抗壓強度。注漿壓力值（終壓）通常可取2 至3 倍的靜水壓力值，施工時可根據(jù)實驗結果進行調(diào)整。使用單液漿，材料為425 普通硅酸鹽水泥，水泥和水玻璃雙液漿可在地下水發(fā)育時使用。水灰比一般為1∶0.75 至1∶1，水玻璃用量一般為水泥重量的1/4～1/3，需根據(jù)實驗結果確定具體注漿參數(shù)。各深孔注漿段縱長8m，如需連續(xù)注漿多段，開挖6m，相鄰段間搭接2m，每一注漿段的首次注漿都需要設止?jié){墻，注漿段和相應參數(shù)的調(diào)整，可以綜合考慮地層情況和實驗證據(jù)進行。超前深孔注漿將根據(jù)設計資料及現(xiàn)場勘查所得資料進行，范圍覆蓋辰野地下商場下方及區(qū)間隧道上方的角礫地層。注漿孔排布及注漿段長度依據(jù)地層情況而定，每個注漿孔的漿液擴散半徑為0.5m。

3.2 洞內(nèi)徑向注漿措施

對辰野地下商場下方已施工的隧道拱頂初支后進行徑向注漿（見圖2），對施工產(chǎn)生擾動的地層進行填充加固。使用1∶1 水泥漿液，注漿壓力控制在0.5 至1 兆帕之間。對辰野地下商場注漿過程中的變形情況應加強管控，發(fā)現(xiàn)異常情況及時對注漿壓力進行調(diào)整。

圖2 注漿孔布置圖

3.3 地表注漿加固措施

對周邊路面進行地質(zhì)雷達檢測，如發(fā)現(xiàn)疑似疏松區(qū)或空洞，可通過鉆孔取芯確認，并根據(jù)檢測結果采取加固措施。地面深孔注漿可用于地質(zhì)疏松區(qū)及空洞區(qū)的加固處理。①花管間距1m，梅花形布置，注漿加固深度進入疏松范圍以下1m；②漿液采用水泥漿加粉煤灰（8%），壓力控制在0.8 兆帕；③第一次注漿后4 小時內(nèi)，根據(jù)漿液初凝情況，可進行補漿；④注漿過程中，參數(shù)應根據(jù)周邊建筑結構、管線、隧道的監(jiān)測及巡查情況及時調(diào)整。

4 措施落實情況及效果評價

4.1 上半斷面深孔超前注漿施工

后續(xù)開挖過程中，區(qū)間隧道下穿角礫地層，掌子面有部分滲水現(xiàn)象，現(xiàn)場采取上半斷面深孔超前注漿，共計鉆孔87 個，注漿量約150 立方米，完成注漿后恢復施工，開挖面注漿效果良好。

4.2 洞內(nèi)徑向注漿施工

采用Φ32.5 注漿管，每根管長2m，環(huán)向間距2m，縱向間距3m，對辰野地下商場下方隧道拱頂初支后進行注漿加固。共打設鉆孔45 個，累計注漿180 立方米。

4.3 地表注漿加固施工

經(jīng)過地質(zhì)雷達檢測，對疑似疏松區(qū)、空洞位置處進行鉆孔取芯（如圖3），探孔共計26 個，其中異常孔13 個，異常區(qū)域3 處，根據(jù)檢測結果采取地表注漿加固，鉆孔共計223 個，注漿量約640 立方米。為檢驗地面注漿效果，現(xiàn)場采取地面取芯（如圖4），1 號取芯點位于第二次塌陷區(qū)域南側3m，芯樣長度14m，其中1m 至4m 段為雜填土，5m位置出現(xiàn)水泥塊，6m 至8m 段為角礫，9m 至11m 段為注漿結塊密實的角礫，12m 至14m 段為混凝土，過程中未出現(xiàn)掉鉆、跑漿等異常情況。

圖3 鉆孔打設位置圖

圖4 注漿加固后芯樣

5 監(jiān)測情況

5.1 隧道下穿辰野地下商場

辰野地下商場結構沉降最大累計值為-12.60mm，結構傾斜控制值為4/1000，監(jiān)測橫、縱向傾斜最大累計值分別為1.03/1000、1.44/1000，基礎沉降控制值為20mm，監(jiān)測最大累計值為-12.60mm，相鄰結構端部差異沉降控制值為10mm，監(jiān)測最大累計值為4.01mm，均未達到預警標準，詳見表1。

表1 南北區(qū)間辰野地下商場沉降及差異沉降

5.2 隧道上方地表沉降監(jiān)測

圖5 所示為南北區(qū)間主測斷面DB-67 平面位置，圖6所示為地表最大沉降點（DB-67-05）的歷時曲線。在隧道開挖到該點影響范圍之前，已產(chǎn)生-0.27mm 沉降。3月24日，隧道開挖至該點附近（距離第一處坍塌空洞西側3m處）發(fā)生首次塌方。沉降累值達到-20.66mm，速率為-4.14mm/d，達到黃色預警標準（-2.00mm/d）。4月9 日，該點附近道路第二次坍塌前（距離第二次坍塌空洞西側3m，北側10m 處）沉降累值達到-24.17mm，速率為-4.68mm，達到雙控橙色監(jiān)測預警標準。4月14 日，該道路在第一處坍塌位置出現(xiàn)凹陷，沉降累值達到-30.02mm，速率為-2.06mm/d。消除施工影響，監(jiān)測數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定后，進行階段性消警。

圖5 地表沉降監(jiān)測點位圖

圖6 DB-67-05 歷時曲線圖

6 經(jīng)驗總結與建議

區(qū)間開挖處于上部角礫、下部巖石的上軟下硬地層，拱頂自穩(wěn)能力較差，開挖時伴有滲漏水，且周邊環(huán)境復雜，易引起地層變形過大、地面塌陷等風險事件發(fā)生，其主要特征如下。

①帶水管線下方，地質(zhì)條件為砂、卵石等透水層；②施工過程中發(fā)生過滲漏水、拱頂塌落的位置；③初期支護背后滲漏水，且伴有泥、砂，回填不及時或效果不佳的地方；④監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)異常。

當項目出現(xiàn)上述特征時，應引起高度重視，并建議采取相應的處理：①做好超前預報，對前方道路和地質(zhì)不良的地方，建議通過鉆探等方式確定地質(zhì)疏松區(qū)、空洞區(qū)，并采取加固措施；②開挖過程中遇到掉塊、滲漏水應做好記錄，做好回填加固，并關注相應位置處的監(jiān)測數(shù)據(jù)；③類似上軟下硬地層，可提前采取上半斷面深孔超前注漿、初支后徑向注漿、地面鉆孔注漿回填等風險控制措施。