地鐵隧道淺埋暗挖施工和深孔注漿加固技術(shù)研究

李京陽

摘要：簡述淺埋暗挖施工技術(shù)和淺埋暗挖施工步驟，詳細闡述深孔注漿前的各項準(zhǔn)備工作和深孔注漿施工方法，通過深孔注漿加固技術(shù)的應(yīng)用實例，深入開展了地鐵隧道淺埋暗挖施工深孔注漿加固的技術(shù)研究，以有效控制地鐵隧道大斷面開挖施工的安全和質(zhì)量，對促進地鐵隧道工程建設(shè)具有一定的應(yīng)用價值。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；淺埋暗挖；深孔注漿；技術(shù)研究

0? ?引言

地鐵隧道施工過程中，受到隧道管線結(jié)構(gòu)與地質(zhì)條件等影響，施工難度較大[1]。地鐵隧道內(nèi)的地層擾動較強，土體狀態(tài)容易出現(xiàn)失衡、沉降與收斂情況，由此造成隧道開挖施工時存在塌方、地表沉降、涌水等安全風(fēng)險隱患[2]。為了解決上述問題，本文在傳統(tǒng)淺埋暗挖施工技術(shù)的基礎(chǔ)上，進行優(yōu)化設(shè)計，以北京地鐵8號線三期隧道工程為例，開展地鐵隧道淺埋暗挖施工和深孔注漿加固技術(shù)的研究。

1? ?淺埋暗挖施工技術(shù)

1.1? ?具有的優(yōu)點

淺埋暗挖施工技術(shù)在隧道工程施工中占據(jù)了重要地位，適用于距離地表較近的地下。通過淺埋暗挖施工技術(shù)，可開挖各種不同類型、結(jié)構(gòu)、軟弱地層的地下洞室。淺埋暗挖施工技術(shù)遵循新奧法原理、依據(jù)十八字法則開展施工。施工過程中將噴錨作為支護手段，可保證淺埋暗挖施工的質(zhì)量與安全。

1.2? ?存在的問題

傳統(tǒng)的地鐵隧道淺埋暗挖施工技術(shù)多數(shù)采用文獻[3]提出的技術(shù)。隧道淺埋暗挖施工技術(shù)雖然具有諸多優(yōu)點，但是在實際隧道施工過程中也表現(xiàn)出不足之處，主要體現(xiàn)在施工流程復(fù)雜、破壞原有地面環(huán)境、占用資源較多、施工周期較長，以及無法顯著提升隧道內(nèi)土層的自穩(wěn)能力與承載能力，加固效果不佳[4]。

2? ?淺埋暗挖施工步驟

在地鐵隧道深孔注漿加固前，采用淺埋暗挖施工方法對地鐵隧道進行開挖施工，并根據(jù)開挖施工的實際需要進行注漿加固。淺埋暗挖施工步驟如下：

首先，選用挖掘機配合人工開挖的方式，根據(jù)設(shè)計圖紙要求和地層開挖的實際情況，判斷是否需要進行超前支護。

其次，在地鐵隧道內(nèi)開挖出環(huán)形拱部，并預(yù)留核心土。地層開挖面的臺階長度一般控制在1～1.5倍洞徑范圍之內(nèi)。

再次，核心土距離拱頂約1.6m，其兩側(cè)距邊墻約0.8m，長度為1～1.5m，核心土邊緣應(yīng)設(shè)安全坡度。

接著，架設(shè)拱部格柵鋼架，掛鋼筋網(wǎng)片，均勻噴射混凝土[5]，打設(shè)鎖腳錨桿[6]，開挖核心土，施作臨時仰拱。

最后，開挖隧道下部臺階土體，安裝鋼格柵，掛鋼筋網(wǎng)片，施作邊墻，仰拱初期支護，管片封閉成環(huán)。

3? ?深孔注漿加固技術(shù)

3.1? ?深孔注漿前的準(zhǔn)備工作

3.1.1? ?選擇施工方法

隧道全斷面深孔注漿選用后退式（WSS）注漿施工方法，分節(jié)鉆孔，每節(jié)長度為2m，兩節(jié)之間采用雙孔專用接頭，使用專用鉆頭鉆孔。單根注漿管長度為2m，鉆孔角度為15°。每個注漿循環(huán)段之間搭接2m，下一段注漿前應(yīng)施作止?jié){墻。

3.1.2? ?計算注漿比

深孔注漿應(yīng)選擇流動性、滲透性和充填性較高的注漿材料。計算深孔注漿加固的注漿比，其計算公式如下：

（1）

式中：N1表示深孔注漿加固的注漿比；D15表示大于注漿材料粒徑的砂粒質(zhì)量占總質(zhì)量的15%；d85表示小于注漿材料粒徑的砂粒質(zhì)量占總質(zhì)量的85%。

根據(jù)注漿比計算結(jié)果，選擇符合粒徑要求的高性能注漿材料，保證注漿材料充填到淺埋暗挖深孔后，能夠達到較高的固結(jié)強度，且能夠在地鐵隧道環(huán)境內(nèi)長期處于穩(wěn)定[7]。

3.1.3? ?計算注漿量

在進行深孔注漿之前，應(yīng)計算注漿量，其計算公式如下：

（2）

式中：Q表示深孔注漿加固的注漿量，R表示深孔注漿漿液擴散半徑，H表示深孔分段注漿長度，φ表示地鐵隧道地層空隙率，δ表示地鐵隧道空隙充填率，η表示注漿漿液損失率。通過計算，獲取地鐵隧道淺埋暗挖施工深孔注漿量。

3.1.4? ?確定注漿方法

根據(jù)該工程的實際情況，采用扇形方式布置預(yù)留注漿深孔，控制深孔注漿的間距不超過0.4m，末端間距不超過1m[8]。

采用后退式分段注漿方法，配套選用止?jié){閥、接頭管和孔口管，將其放入注漿管中，隨后布設(shè)在隧道淺埋暗挖深孔內(nèi)。沿著地鐵隧道的前進方向，進行超前注漿加固土體。地鐵隧道淺埋暗挖深孔后退式分段注漿原理如圖1所示。

3.1.5? ?設(shè)置止?jié){墻

進行深孔注漿前，需要在上臺階核心土范圍外的掌子面設(shè)置厚度為0.3m的止?jié){墻。止?jié){墻設(shè)置雙層?6@150×150鋼筋焊接網(wǎng)和?22@500×500鋼筋加強。采用C20噴射混凝土進行噴射加固。核心土范圍采用厚度為50mm的C20噴射混凝土噴射加固。封閉地鐵隧道淺埋暗挖掌子面，形成封堵墻，在墻內(nèi)預(yù)埋符合加固施工要求的鋼管，便于鉆機開孔施工[9]。

3.1.6? ?鉆進成孔

注漿孔采用地質(zhì)鉆機成孔，鉆桿采用?50雙重管鉆桿，鉆機按照指定的位置就位，調(diào)整鉆桿角度，對準(zhǔn)孔位后，鉆機不得移位。注漿孔分3層布置，層間距為0.5m×0.5m，孔間距為0.5m×0.5m呈梅花型布孔。

鉆進成孔過程中，按注漿長度及注漿范圍要求，嚴格控制鉆桿深度，保持慢速運轉(zhuǎn)，掌握地層對鉆機的影響情況，以確定該地層條件下的鉆進參數(shù)。密切觀察溢水、出水情況。若出現(xiàn)大量溢水，應(yīng)立即停鉆，查清原因后方可繼續(xù)施工。

退出鉆桿過程中嚴格控制鉆桿的退出速度，每次退出不大于200mm，均速后退。退出后的鉆桿應(yīng)及時清洗干凈。

3.2? ?深孔注漿施工方法

注漿壓力為0.2～0.8MPa；采用速凝漿液，其凝固時間為1～2min；鉆桿回抽幅度約15～20cm。注漿速度與地層的孔隙、連通情況和密實度有關(guān)，因此將注漿速度暫定為10～20L/min。

注漿采用注漿量和注漿壓力雙控注漿，每根導(dǎo)管注入規(guī)定漿液，壓力達到注漿終壓時，即可結(jié)束注漿。如注漿壓力長時間不上升，流量不減少，可能出現(xiàn)跑漿現(xiàn)象，此時采用間歇注漿。由深孔孔底向外分段注漿加固。按照分段注漿順序，循環(huán)加固施工，直至整個地鐵隧道加固區(qū)段完成深孔注漿，即結(jié)束深孔注漿加固施工。

4? ?深孔注漿加固技術(shù)應(yīng)用實例

在將深孔注漿加固技術(shù)投入地鐵隧道工程施工之前，需模擬淺埋暗挖施工流程，對該技術(shù)的有效性及施工加固效果進行測試，確認該項技術(shù)的施工加固效果能夠達到預(yù)期要求后，方可投入工程應(yīng)用。

4.1? ?工程概況

選取北京地鐵8號線三期隧道工程作為實例進行應(yīng)用分析研究。該隧道工程龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本次試驗從中選取一個區(qū)間，即木樨園橋南站至大紅門站區(qū)間。選取的隧道區(qū)間始于京煤二廠中街與南苑路相交路口，由北往南敷設(shè)，直至南苑路與石榴莊路相交路口。8號線地鐵隧道區(qū)間段的工程參數(shù)如表1所示。

選取的區(qū)間段為正線下穿涼水河隧道工程，其包括D2000污水管、D3000污水管、3400mm×1600mm雨水方溝等管線。在掌握地鐵隧道工程相關(guān)情況后，參照淺埋暗挖施工方法和深孔注漿加固技術(shù)，開展分析研究。

4.2? ?分析實驗結(jié)果

為了增強應(yīng)用分析測試結(jié)果的說服力，引入對比實驗。將8號線地鐵隧道區(qū)間段設(shè)置為實驗組，將文獻[2]、文獻[3]提出的施工技術(shù)，分別設(shè)置為對照組1與對照組2。模擬上述3組的淺埋暗挖施工加固全過程，獲取加固結(jié)果，并作出客觀評價。

選取地鐵隧道地表沉降值作為此次應(yīng)用分析的評價指標(biāo)，隧道地表允許的最大沉降值為30mm。根據(jù)該地表沉降監(jiān)測基準(zhǔn)，判斷本文提出的淺埋暗挖施工深孔注漿加固技術(shù)是否可行。

隨機在北京地鐵8號線三期隧道工程中布設(shè)沉降監(jiān)測點，保證每15m布設(shè)1個隧道地表斷面沉降監(jiān)測點，將沉降監(jiān)測點標(biāo)記為D-01、D-02、D-03、D-04、D-05、D-06。使用精密水準(zhǔn)儀，監(jiān)測北京地鐵8號線地鐵隧道區(qū)間段地鐵隧道的地表沉降值，得出的地鐵隧道3組地表沉降值，如圖2所示。

通過圖2可知，這3組淺埋暗挖施工加固技術(shù)應(yīng)用后，隧道地表沉降值存在較大差異。北京地鐵8號線應(yīng)用地鐵隧道淺埋暗挖施工及深孔注漿加固技術(shù)后，6組監(jiān)測點所在隧道地表位置對應(yīng)的沉降值，始終小于對照組1與對照組2的沉降值。北京地鐵8號線地鐵隧道地表沉降變形較小，最大沉降變形小于0.5mm。

從對比結(jié)果可知，本文提出的淺埋暗挖施工深孔注漿加固技術(shù)具有較高的可行性，隧道地表的自穩(wěn)能力與承載能力較強，確保了地鐵隧道開挖施工標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)的安全性與穩(wěn)定性，加固施工效果優(yōu)勢顯著。

5? ?結(jié)束語

綜上所述，為了優(yōu)化地鐵隧道淺埋暗挖施工深孔注漿加固效果，提高隧道地表土層的自穩(wěn)能力與承載能力，控制地表沉降變形。

本文以北京地鐵8號線三期隧道工程中的一個區(qū)間段為例，開展了地鐵隧道淺埋暗挖施工深孔注漿加固技術(shù)研究，有效控制了隧道大斷面開挖施工的安全和質(zhì)量，對促進地鐵工程建設(shè)具有積極意義。

參考文獻

[1] 胡高鵬，艾鵬，侯振華，等.富水復(fù)雜環(huán)境下地鐵暗挖施工

變形控制及地下水治理技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2023，54（15）： 1834-

1837.

[2] 楊磊，朱富麗，張浩.地鐵隧道側(cè)穿橋梁樁基工程注漿加固

控制及監(jiān)測管理研究[J].城市軌道交通研究，2022， 25（10）：

165-170.

[3] 楊潔，侯蕾，張君蘭，等.淺埋暗挖地鐵隧道施工技術(shù)與風(fēng)

險的相關(guān)研究[J].居業(yè)， 2022（9）： 34-36.

[4] 程險峰.換乘通道暗挖施工穿越既有地鐵車站的安全影響

分析及處理措施研究[J].工程與建設(shè)，2022， 36（4）： 1097-

1100.

[5] 周偉，牛斌，曾德光，等.淺埋暗挖法隧道下穿管線施工控

制標(biāo)準(zhǔn)及控制措施研究[J].城市軌道交通研究， 2021， 24（9）：

20-24.

[6] 張小偉，張麗，韓亞飛，等.大斷面平頂?shù)罔F暗挖車站下穿

既有建筑方案研究及變形控制：以北京地鐵8號線三期前

門站工程為例[J].隧道建設(shè)（中英文），2021，41（6）： 979-987.

[7] 胡平.城市地下綜合管廊淺埋暗挖下穿富水河道施工風(fēng)險

與控制技術(shù)研究[J].施工技術(shù)，2021，50（7）： 94-98+103.

[8] 閻巖，劉仰鵬，沈立偉，等.復(fù)雜地質(zhì)條件下熱力暗挖隧道

穿越道路的關(guān)鍵技術(shù)研究[J].區(qū)域供熱，2020（6）： 111-121.

[9] 付培英，張海東，劉亞斌，等.繁重交通、復(fù)雜管線、富水

軟巖高風(fēng)險差異洞室地鐵通道暗挖施工技術(shù)[J].施工技術(shù)，

2020， 49（S1）： 668-671.