苑麗娜

（中交二航局第三工程有限公司， 江蘇 鎮(zhèn)江 212021）

0 引言

地鐵建設是城市市政建設的重要一環(huán)，由于歷史原因，城市地下分布大量人防工程，而且部分已經廢棄，在勘察過程中搜尋不到相關信息，當?shù)罔F區(qū)間隧道下穿廢棄人防工程時，特別是大斷面區(qū)間通過時，可能突然發(fā)生拱頂坍塌、區(qū)間涌泥和支護大變形等施工風險，是城市地鐵施工過程中的重大不安全因素。地鐵區(qū)間下穿城市道路、橋梁和建筑物等臨近構筑物取得了較多經驗[1-4]，但對于復雜地質條件下區(qū)間下穿廢棄人防工程且突發(fā)涌泥涌水事故的預防、整治及安全施工技術研究較少。因此，在隧道施工過程中,對廢棄人防工程進行超前探測和合理整治，對城市地鐵的安全施工和運營十分重要。

1 工程概況

某城市軌道交通為城市的重要環(huán)線工程，采用礦山法施工，地處廣闊的沖洪積平原，波狀起伏，隧道拱頂覆土厚度約8.5～21.2m，穿越地層為黃褐色～褐黃色粉質粘土和粉砂層。地鐵施工范圍內存在大量人防地道，人防通道的周圍巖土工程性質也比較復雜，直接到影響其臨近地鐵大斷面區(qū)間的施工和運營安全。

區(qū)間為暗挖單洞單線馬蹄形隧道，采用臺階法施工，施工至1#豎井右線小里程洞內時，從拱頂發(fā)生涌泥導致掌子面坍塌，涌入正線洞內約35m，平均高度約1.8 m。地面塌坑呈橢圓狀，坑口長9m，寬8m，深度3～6m，塌陷方量估算約280m3。塌陷處覆土深度19m。涌泥中夾雜舊磚塊，推測隧道臨近區(qū)域存在廢棄人防滲水產生局部泥囊，隧道開挖破壞水土壓力平衡，導致掌子面發(fā)生涌泥，地面發(fā)生塌陷，位置關系見圖1所示，地面塌陷如圖2所示。

圖1 區(qū)間與涌泥及塌陷區(qū)位置關系

2 廢棄人防通道探測

2.1 地面挖探

在城市地下隱蔽工程探測中，通過機械設備進行地面挖探是查明地下工程位置、結構和臨近區(qū)域地質情況最直觀有效的探測方法。地面塌陷發(fā)生后，除采用三七土回填，在臨近區(qū)域開挖了四道探溝排查是否存在人防出入口或通風口，探溝深3m，其中正線右側開挖兩道25m長探溝，沿正線方向挖掘52m探溝，尋找其他出入口。通過地面挖探，可直接查明是否存在人防出入口，減少鉆探工作量。

2.2 地球物理探測

地下隱蔽工程常用的物探方法包括地質雷達、多波勘探技術、瞬變電磁法及地震勘探方法等[5]，受外界地形和安全生產因素要求，在塌陷區(qū)人防通道探測時采用一種基于天然震源的微動物探方法。微動探測采用類空間自相關法—SPAC法從微動臺陣記錄中提取瑞雷波頻散曲線，計算視S波速度Vx，再經插值光滑計算獲得二維視S波速度剖面，視S波速度剖面能客觀、直觀地反映地層巖性變化和隱蔽工程[6]。觀測系統(tǒng)采用圓形陣列，0.6m及0.9m臺陣半徑，測點點距5m。視S波速度剖面獲取流程如圖2所示，微動觀測系統(tǒng)如圖3所示。

圖2 視S波速度剖面獲取流程圖

圖3 微動觀測系統(tǒng)

地面塌陷臨近區(qū)間線路沿線大多位于城市道路兩側，來往行人和車輛較多。為保證原始記錄質量，現(xiàn)場測試時及時檢查原始記錄。微動探測共處理418個微動勘探點的實測微動數(shù)據(jù)，獲得418條光滑的頻散曲線。微動視S波速度剖面和實測頻散曲線如圖4和圖5所示。

結果表明：在地面深度7～12m范圍內附近呈現(xiàn)明顯低阻異常，推測為人防通道充水表現(xiàn)。準確找到人防通道位置區(qū)域，為后期整治提供極其有益的信息。

2.3 洛陽鏟地質補勘

區(qū)間涌泥為軟塑-流塑狀粉質黏土，與地勘報告上可塑-硬塑狀的粉質黏土不相符合。軟塑狀后，自穩(wěn)能力較差引起掌子面前上方土體的滑動。在地面用洛陽鏟開挖探孔三個，探測地下土質含水情況，并取土進行含水率試驗，探孔位于區(qū)間右線的右側2.5m，孔深度20m，含水率見圖6。

圖6 洛陽鏟含水率橫斷面圖

結果表明：涌出土體含水率為33%，遠大于勘察報告粉質黏土含水率18%，推測區(qū)間掌子面臨近區(qū)域存在富水層。

通過地面挖探、地球物理探測和洛陽鏟補勘，準確找到了廢棄人防通道的走向和規(guī)模，為后期整治提供了極其有益的信息。在地下隱蔽廢棄人防通道探測時，單純依靠一種探測方式，效率低，準確度不高，需采用多種手段綜合探測。

3 廢棄人防通道整治

3.1 鉆孔注砂

采用鉆孔注砂法不破壞原地層，對環(huán)境干擾小，是技術可靠性高的地下隱蔽空間整治方法[7]。鉆孔注砂法采用機械鉆進成孔，每20m一孔，成孔后檢查質量，人工完成廢棄人防通道的修復或補漏作業(yè)。由于廢棄人防通道內長期缺乏維護，通風不暢，可能殘存沼氣等有害氣體，當人工下孔檢查時，必須提前采取有效的防毒和不良氣體檢測措施，保證人員安全。

3.2 地面和洞內注漿

地面注漿采用后退式分段注漿工法。對地面塌陷處進行地面深孔注漿加固，以加固正線上方土質，采用單液漿注漿加固，此處覆土深度平均19m，注漿深度控制在22m，采用鉆機鉆桿進行注漿，間距1.5m梅花形布置，注漿壓力控制在1.0～1.5Mpa，注漿過程中當注漿壓力穩(wěn)定時停止該處注漿。注漿加固范圍如圖7所示。

圖7 地面注漿加固范圍

洞內開挖斷面采用全斷面注漿，注漿孔呈梅花狀布置，最深為4m。洞內注漿采用雙液漿注漿，在完成地面的深孔注漿加固后，在正線洞內對掌子面進行深孔注漿，以加固正線方向掌子面土體，注漿深度4m注漿壓力控制在0.8～1.0 Mpa，間距成1m梅花形布置。

通過地面及洞內深孔注漿，后續(xù)開挖過程中發(fā)現(xiàn)掌子面、核心土體中包裹著明顯的漿脈，有清晰的注漿痕跡，掌子面滲水情況明顯改善，推測掌子面土質含水率有明顯變化，表明注漿效果良好。通過注漿達到了止水和穩(wěn)固土體的目的。

4 區(qū)間下穿富水土層影響分析

4.1 超前大管棚加固

地鐵下穿廢棄人防通道區(qū)間，掌子面臨近土體為富水土層，超前管棚鉆孔時易塌孔，無法提前成孔，采用跟管鉆施工工藝，依靠鉆機壓力直接將小導管直接壓入。棚管采用φ108mm*6mm鋼管，長度10m，分節(jié)長度1.5*6+1。鋼管布設圓心角為120°，環(huán)向間距30 cm。采用超前大管棚預加固的方式，解決了掌子面土體自穩(wěn)能力極差，開挖后易產生坍方的危險。

4.2 軟流塑地層 CD法施工技術

軟～流塑粉質黏土地層具有高壓縮性、靈敏度強、強度較低，易產生蠕動變形的特點，開挖后掌子面不能自穩(wěn)，易坍塌涌泥，同時極易引起地面沉降[8-9]。在軟流塑地層中城市地鐵區(qū)間施工難度極大，需引起較大重視。隧道原設計采用臺階法通過，因為地質因素的變化，臺階法通過軟流塑地層時，拱頂沉降控制難度較大，施工過程中日沉降量均超過報警值，為確保區(qū)間隧道掘進施工安全，采用了CD法開挖，最大限度地降低隧道施工對周邊環(huán)境的影響。

區(qū)間隧道從東西兩端對向掘進，變更設計后采用CD法開挖，保證掌子面軟流塑土體的穩(wěn)定，開挖方法主要為人工配合小型挖掘機開挖，采用豎井提升機運輸出土。區(qū)間下穿廢棄人防通道CD法開挖見圖8，支護類型見表1。

地鐵區(qū)間下穿廢棄人防通道涌泥區(qū)時，拱頂沉降是隧道安全變形的控制性指標，在選擇CD法掘進施工時，重點研究了復雜地質條件下荷載與隧道結構的相關關系，以保證支護結構有足夠的強度抵抗隧道的變形。

表1 區(qū)間下穿廢棄人防通道支護類型

隧洞支護結構采用Midas GTS進行非線性有限元分析，襯砌結構采用板單元模擬，支護外圍土體采用實體單元，同時考慮超前大管棚施工時注漿鋼管與漿液擴散體剛度等效，錨桿支護采用植入式桁架單元進行模擬。CD法三維模擬分析結果如圖9所示。

圖9 CD法開挖三維模擬剖面圖

從力學角度分析，對隧道變形控制最有效的手段是支護快速閉合，由于掌子面開挖斷面減小，便于支護快速架設封閉，軟流塑土體蠕動尚未形成破壞效應，結構已經閉合，可以對土體形成有效支護。計算模擬結果顯示，采用超前大管棚+CD法，區(qū)間拱頂累計沉降只有13.2mm，對隧道變形影響較小。

5 結論

（1）城市地鐵區(qū)間下穿人防通道時，由于周圍巖土工程性質復雜，可能存在坍塌或滲水情況，影響臨近地鐵區(qū)間的施工和運營安全，采用挖探、微動探測和洛陽鏟補勘的綜合探測方法，可以準確快速的確定風險源。

（2）軟塑-流塑狀粉質黏土工程性質極差，當含水率超過30%時，掌子面有失穩(wěn)風險，極易發(fā)生涌泥事故。

（3）鉆孔注砂法、地面注漿和區(qū)間初支背后注漿是治理下穿廢棄人防通道的較好方法，對交通和環(huán)境影響小，工效高，整治效果較好。

（4）臺階法通過軟流塑地層時，拱頂沉降控制難度較大，應考慮變更工法，加強支護。采用超前大管棚+CD法通過軟流塑地層時，拱頂沉降可以得到有效控制，便于安全快速通過不良地質段。

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