城市地铁穿越不均匀地质暗挖施工技术

【摘要】城市地铁不均匀地层是浅埋暗挖隧道的难点。本文在隧道上断面为砂质粘性土夹孤石，下断面为岩石的情况下，采用一系列措施使隧道顺利贯通，并有效地控制了地表沉降。

【关键词】砂质粘性土；孤石；岩石

中图分类号：P642.16+2文献标识码： A 文章编号：

0. 前言

浅埋暗挖隧道穿越不均匀地层时极易产生涌砂涌水现象[1]。本文以东莞市城市快速轨道交通R2线工程蛤地站～陈屋站区间为背景，通过仔细研究分析后，采用超前深孔注浆、控制爆破震速和增强支护刚度等措施使隧道顺利贯通，同时有效地将地表沉降控制在一定的范围内，具有很大的经济效益和社会效益。

1. 工程概况

东莞市城市快速轨道交通R2线工程蛤地站～陈屋站区间东北起南城水濂公园站、西南至陈屋站，区间线路大体呈东北～西南走向；区间前段（蛤地站端）线路大体上沿东莞大道敷设，中段线路下穿大片厂房或商业用房区，靠近陈屋站端小段线路沿莞太路敷设。蛤地站～陈屋站区间中间风井～陈屋站段，线路大体呈东北～西南走向；线路出中间风井后，下穿环莞路，再下穿大片厂房或商业用房区，在陈屋站前约300m，沿莞太路敷设。

隧道上断面为硬塑状砂质粘性土，黄褐色、褐黄色、棕黄色、棕红色、褐红色、灰褐色等，硬塑状，局部夹可塑状，质地不均，含25~50%的石英砂、砾，由下伏花岗闪长岩风化残积而成，原岩组织与结构已全部破坏，遇水易软化、崩解，岩芯呈土柱状。天然密度ρ=1.64~1.92g/cm³，天然含水率w=15.0~37.0%，天然孔隙比e0=0.647~1.110，液性指数IL=-0.10~0.28，压缩系数a=0.19~0.48MPa，压缩模量Es=3.7~7.7MPa，直剪指标：凝聚力c=15.4~46.8kPa，内摩擦角Φ=14.6~23.8°，自由膨胀率Fs=10~45%。上断面砂质粘性土中含孤石，孤石直径10cm至100cm不等。

隧道下断面为微风化花岗闪长岩（γδ），灰色、灰色、青灰色、灰白色，中粗粒变晶结构，块状构造。。天然密度ρ=2.35~2.78g/cm³，饱和单轴抗压强度fr=12.2~113.0MPa，极大值129MPa，近似RQD值40~90%，岩体完整程度属较破碎，岩石坚硬程度属坚硬岩，岩体基本质量等级为III类。隧道地质断面见图1。隧道内地下水丰富。

图1 隧道地质断面图

2. 工程难点

2.1 夹杂孤石砂质粘性土

隧道上断面穿越的地质由于地质软弱、地下水丰富且夹杂孤石，隧道开挖掌子面和洞周土体极易坍塌，形成涌水、涌砂和塌顶等地质灾害，造成掘进困难和地表沉降过大；施工时如何确保上断面掌子面稳定是本工程一大难点。

2.2 地质断面突变

隧道下断面为岩层，岩层本身稳定性好，下断面不会发生塌方事故；但由于下断面要不间断地实施爆破，爆破震动对上断面的软弱层影响巨大，因此，如何处理好上下断面的刚度突变是本工程的另一难点。

2.3 地下水丰富

隧道地下水位高，在地表以下2m，地下水丰富。为保护周边建筑物及周边环境，禁止在隧道外施做降水井点，同时为控制地表沉降地下水位不能降至过低，只能采用洞内排水，如何形成止水帷幕是本工程的难点。

3. 施工技术要点

为解决上述难点，经专家论证及详细计算，决定采以下措施：

3.1注浆加固

3.1.1 掌子面超前注浆加固

根据本工程地质情况，同时考虑到施工工艺，决定采用深孔注浆的方法进行掌子面超前加固。超前注浆可有效地防止坍塌并加强隧道掌子面稳定，浆液填充土体空隙，稳定掌子面，同时注浆能有效地把孤石与土体进行粘结，减小上下断面的地质强度差别，增强上断面的抗震能力（下断面爆破引起）。同时，水泥-水玻璃双浆液对止水效果显著[2]，根据地质情况，为达到止水及加固的效果，对水泥-水玻璃进行现场试验。其中，水玻璃双浆液的配比是关键，如果水泥凝结过早，将造成堵管现象；如果凝结过晚，浆液将随着地下水流失。水泥水玻璃双液浆中水玻璃浓度为30～35Be’，水灰比为1:1。配比见表1.

表1 现场配比试验表

深孔注浆施工参数：采用地质钻机，后退式注浆。注浆深度15m。孔间距：0.8m。

注浆压力根据注浆试验确定，采用0.4～0.6MPa，每孔注浆持续时间在60～80min[3]。

3.1.2 隧道周边环向注浆

开挖后要尽快喷射混凝土，支护体系封闭成环。但喷射混凝土与围岩之间有一定的空隙，易形成泄水通道，同时，初衬与土体间的空隙也是发生沉降的重要原因。因此，在初衬与土体之间预埋注浆导管，多次循环注浆，使隧道初期支护与围岩紧密接触，同时间接提高了初支截面有效刚度，增强初衬结构的强度与刚度。主体隧道顶部初支背后注浆浆液采用纯水泥浆，水灰比为1:1。注浆压力根据注浆试验确定，采用0.3～0.5MPa。

3.2 爆破震动控制

采用浅孔爆破，控制爆破震速。减小对上断面及围岩周边的扰动。施工措施：严格控制周边眼的间距和最小抵抗线，合理选择周边眼线装药密度，装药结构和装药不偶合系数，借助导爆索传爆进行间隔装药，使药量沿炮眼均匀分布，充分利用炸药能量，控制爆破对围岩的扰动；为减少周边眼底部的爆破约束，周边眼底部装药要加倍；为确保隧道周边成形良好，还要严格控制周边眼的钻孔精度。为保证隧道开挖轮廓线的成形效果，周边眼最好一次同时起爆；如果受一次起爆单响最大药量的控制，周边眼要分段起爆，最好成片分组微差起爆。

3.3增强初衬支护强度和刚度

为隧道开挖后迅速完成应力转换，及时改善地下结构的受力条件，减少开挖应力释放，减少地表沉陷，要增加初衬的强度及刚度。在开挖安装工作面形成后，格栅钢架要快速安装就位，迅速封闭形成闭合框架，安装完毕并检验合格后喷射混凝土。

4. 实施效果

1．超前深孔注浆稳定了掌子面土体，增加了上断面的稳定性，在爆破震动下未出现塌方等事故；

2．环向注浆减小了地表沉降，增强了初衬的自密实性，减小了地下水渗漏；

3．隧道开挖后的地表最大沉降见图2。

图2隧道横断面地表沉降图

5. 小结

实践证明，超前深孔注浆、超前洞内排水和增强初衬强度的方案是成功的，方案实施后，在隧道开挖过程中各导洞掌子面及侧壁土体稳定，未再出现局部塌方现象；初衬结构安全；以上措施确保了隧道顺利贯通。

参考文献：

[1] Fluder, A.; Otto, B. Proceedings of the 3rd International Symposium on Field Measurements in Geomechanics[M]. Publ by A.A. Balkema, Rotterdam, Neth,1991, 9-11:p 809-819

[2] 王胜等. 水泥-水玻璃浆液凝固特性试验研究 探矿工程 2012年第39卷第4期

[3] 吴应明.深圳地铁区间浅埋暗挖隧道施工与沉降控制[J].铁道建筑技术,2005(2),26-29