高建強，孟鑫壘，謝 暉

（1、廣東建科建設咨詢有限公司 廣州510500；2、中國中鐵四局集團有限公司 合肥230051）

0 引言

隨著我國地鐵建設規(guī)模的不斷加大，各大城市地鐵網(wǎng)不斷加密和向城市周邊延伸，地鐵區(qū)間下穿的環(huán)境也呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢，如地鐵區(qū)間下穿重要建（構）筑物、高鐵、既有地鐵、鐵路或高速公路、河道等。地鐵區(qū)間在下穿不同環(huán)境時，關鍵控制的重點就是采取措施減弱對穿越地層的撓動影響，以及將地面的沉降量控制在一定范圍［1，2］。

在地鐵區(qū)間下穿高速公路路基段時，首先需要考慮的是如何保證高速公路的正常通行不受影響，即把地面的沉降控制在合理范圍內。本文結合工程實例對地鐵區(qū)間下穿高速公路路基控制沉降的綜合技術進行研究及分析，再以工程施工實例進行效果驗證。

1 工程實例

廣州地鐵13 號線溫～東區(qū)間暗挖段，區(qū)間左右線長度約為970 m。隧道下穿高速公路，左線里程ZDK54+555～ZDK54+655，下穿長度100 m，右線里程YDK54+574～YDK54+664，下穿長度90 m，隧道開挖邊線距離高速公路0#臺樁中線為1.55 m。具體位置關系如圖1所示。

圖1 樁基與隧道的位置關系Fig.1 Position Relationship between Pile Foundation and Tunnel （m）

區(qū)間下穿高速段圍巖地質級別以Ⅳ～Ⅴ級為主，主要位于中風化混合花崗巖層中，個別拱頂部位于強風化層，最大拱頂部埋深達14.0 m。地下水類型以基巖裂隙水為主，地層分布較連續(xù)，圍巖地質水質屬弱～中等透水性地層，且具有微承壓性。下穿段地下水埋深在1.80～5.80 m之間，常水位標高為3.8～9.7 m。地質縱斷面情況如圖2所示。

圖2 地質縱斷面Fig.2 Geological Profile

2 綜合技術措施

工程項目區(qū)間下穿高速公路路基段（部分位于橋臺段）對地面沉降要求高，穿越地層為強～中風化花崗巖層且地下水較豐富，工程設計采用礦山法進行施工，為保證區(qū)間順利下穿通過，采用綜合技術措施如下：

2.1 采用系統(tǒng)性的加固措施

針對區(qū)間地質特點及地面沉降需求，研發(fā)出一套“預加固、強擴散、補周邊、再背后”的系統(tǒng)加固方案，對區(qū)間的掌子面及圍巖進行加固。該加固方案基于傳統(tǒng)的前進式注漿，通過對注漿參數(shù)進行合理優(yōu)化增加了其擴散性，以達到對區(qū)間周邊施工影響區(qū)范圍全方位的加固，在區(qū)間下穿范圍前后及橋臺部分等有條件的部位進行袖閥管預注漿，在區(qū)間掘進的同時利用洞內超前小導管和邊墻注漿錨管電動注漿，最后對初支進行及時的背后二次注漿［3-7］。

2.1.1 地面預注漿加固

隧道右線開挖邊線距離高速公路0#臺樁中線為1.55 m，為保證隧道下穿高速公路時橋臺的穩(wěn)定性，需要對橋臺處采用袖閥管預注漿加固，具體加固區(qū)域情況如圖3所示。

圖3 高速路橋臺加固位置示意Fig.3 Schematic of Reinforcement Location of Expressway Sbutment

袖閥管預注漿材料采用P.O42.5R普硅水泥（早強型），漿液灌注原則為先灌注低濃度漿液再灌注高濃度漿液，并隨灌注壓力及注漿量逐漸調整漿液的水灰比。開環(huán)注漿壓力控制在0.35 MPa 左右。正常注漿時，注漿壓力在0.4～0.8 MPa之間，最高不得超過1.0 MPa。

注漿時，漿液通過對土層的滲透、襞裂作用，充填封閉土層中的裂隙、空洞，固結土層中水分，改善地下土層的性質，從而提高土層的承載力、防滲性能，增強土層的穩(wěn)定性，以達到加固的目的。

2.1.2 洞內加強型前進式深孔注漿預加固

在洞內進行預加固采用前進式深孔注漿工藝，對區(qū)間掌子面的上半部分進行加固，施工程序為：先在首次開挖的掌子面施做止?jié){墻，采用20 cm 厚的噴射混凝土作為止?jié){墻，待止?jié){墻混凝土達到強度后，在墻上鉆孔安裝直徑108 mm 的孔口管，以孔口管為導向分段進行鉆注漿孔及灌注漿液。為增加注漿效果，每次鉆注深度控制在1 m 左右，單孔循環(huán)進尺控制在6～8 m，并根據(jù)地質變化情況實時調整。鉆注孔在掌子面上按由外向內的順序進行施工，直到完成全部注漿加固作業(yè)［8］。

前進式深孔注漿是由掌子面外側孔向內側孔循環(huán)反復跟進向前鉆進和注漿，從而保證了鉆進作業(yè)及注漿工作均在已加固的土體內進行（首次鉆注施工除外），有效保證了成孔的質量及施工安全，并且對控制開挖面的涌水起到堵斷作用，同時每一次注漿均對上一次的鉆孔注漿區(qū)域有復注和加強的作用，保證了注漿效果的良好。

上臺階前進式注漿布孔32 個，具體布置如圖4 所示。施工前按照注漿先后順序對每個注漿孔進行編號管理，注漿原則是先外圈，再內圈，且做到跳孔施工。為保證注漿漿液能夠擴散到開挖輪廓線3.5 m 以外，施工中應嚴格控制注漿液的配合比，同時采用注漿壓力及注漿量雙控的形式進行加固質量控制。

圖4 加強型前進式注漿布孔Fig.4 Hole Pattern of Reinforced Forward Grouting

注漿漿液采用水泥漿單液漿與水泥漿-水玻璃雙液漿，單液漿采用水泥漿液配合比為1∶1，水泥漿-水玻璃雙液漿采用波美度為40 的水玻璃加水按1∶1 稀釋后使用，雙液漿配合比為水泥漿與水玻璃稀釋液1∶1，混合后的凝固時間設計為20 s 左右。注漿管直徑108 mm，間距按設計進行布置。當注漿量及注漿壓力達標時即可開始進行鉆注其他孔位。

注漿結束后，對注漿效果進行檢測。采用取芯機對前方加固體進行取芯檢查，如果芯樣拌合有大量漿液，說明已達到加固效果。如果所取芯樣沒有漿液，則這個地方需要繼續(xù)注漿加固。

單一循環(huán)的深孔注漿長度控制在6～8 m，現(xiàn)場每循環(huán)累計掘進長度5 m，保留1～3 m作止?jié){段。

2.1.3 周邊孔注漿及二次注漿加固

地面預加固完成后，區(qū)間圍巖為強風化混合花崗巖時采用環(huán)形臺階法形式進行區(qū)間開挖［9］，上臺階每次進尺按0.6～0.8 m、下臺階按1.0 m 進行開挖，為保證開挖后掌子面的穩(wěn)定。邊墻及拱頂部分預埋φ32注漿錨管進行加固，錨管設計長度3.5 m，設計間距0.8 m×0.6 m，鉆孔深度及角度達到標準后，開始安裝錨管，并采用電動注漿機灌注水灰比為1∶1 的水泥漿液，施工注漿壓力應事先通過試驗確定，一般情況下按注漿量和注漿壓力進行雙控，當單管注漿量及注漿壓力達到設計要求時結束注漿。如果注漿壓力已達設計要求且不少于20 min，注漿量仍未達設計要求，也可以結束本次注漿，但要保證錨管孔漿液充填飽滿。

每完成3 個循環(huán)尺（約25 m）的開挖，對區(qū)間隧道進行二次補注漿進行加固以保證后期沉降的穩(wěn)定。注漿材料采用水灰比為1∶1 的水泥漿液，注漿效果為采用雷達掃描無空洞。

2.2 其他安全輔助措施

2.2.1 超前地質預報

現(xiàn)場采用地質雷達進行超前地質預報。地質雷達預報是采用無線電波來檢測探測介質分布，同時對不可見目標體及探測界面進行掃描，用以確定被檢測體的內部結構形態(tài)及檢測位置的電磁技術。地質雷達預報的工作原理是以高頻電磁波以寬頻帶脈沖形式通過發(fā)射天線發(fā)射，經(jīng)過目標體反射或透射，被接收天線所接收。

每個掌子面每次可預測30 m范圍內的地質情況。

2.2.2 超前地質鉆孔

當開挖爆破和支護完成后，進行超前地質鉆探，通過對鉆孔的資料分析，充分掌握前方地質體的特點和地質信息參數(shù)，通過相應的施工方法的調整，達到施工安全的目的。

超前鉆探是比較成熟的技術，主要采用鑿巖機對未開挖巖體進行鉆探。通過鉆速、鉆進壓力、扭距等參數(shù)判斷前方巖體的特性，并且在孔口處可以進行有害氣體的監(jiān)測。

超前探孔主要用于中期地質預報，主要用于超前5 m 的預報，超前探孔位置為拱頂及兩腰各1點共3個點，施工中鉆探孔眼的數(shù)量、位置根據(jù)其他預測方法的預測結果，視情況適當增減。

2.2.3 地質素描

地質素描是在隧道掘進時根據(jù)圍巖的節(jié)理產(chǎn)狀確定不穩(wěn)定塊體出露位置。常用的地質素描預測法有巖層巖性及層位預測法、條帶狀不良地質體影響隧道長度預測法以及不規(guī)則地質體影響隧道長度預測法3種。

在礦山法施工中，由地質工程師在每次爆破后進行地質素描工作，工作內容為對開挖掌子面正面及側面的穩(wěn)定狀態(tài)、巖性風化程度、巖層產(chǎn)狀、節(jié)理裂隙發(fā)育程度、施工噴射混凝土質量、掌子面的涌水情況、水質特征、隧道內的不良氣體濃度等。同時對地表的水文情況進行定期觀測、監(jiān)測并記錄，并與設計及地勘資料進行對比分析，最終形成掌子面的地質素描圖和隧道洞身地質展示圖［10，11］。

對開挖面的涌水量進行測量，對其水質進行及時的分析和檢驗，把檢驗結果與地質水文資料進行對比和分析，對檢驗結果中出現(xiàn)影響隧道襯砌結構的不良水質情況提出處理措施或意見，形成書面報告，上報項目技術負責人，以及時采取有效的防護措施。

2.2.4 監(jiān)控量測

區(qū)間下穿高速公路部分沉降控制為重中之重，因此監(jiān)控量測工作尤為重要，監(jiān)測點主要為高速公路地表沉降點（布置于公路路肩及中間分隔帶上）、水位沉降監(jiān)測點、拱頂沉降點、洞內水平收斂位移點、周邊建筑物控制點、周邊建筑物傾斜觀測點，具體監(jiān)測頻率及控制值如表1所示。

表1 監(jiān)控量測項目、頻率及控制值Tab.1 Monitoring Measurement Items，F(xiàn)requency and Control Value

3 工程應用效果

地鐵區(qū)間下穿高速公路路基的沉降控制技術成功應用于廣州地鐵13 號線溫～東區(qū)間礦山法段，通過對區(qū)間暗挖過高速公路建（構）筑物沉降監(jiān)測結果進行分析，沉降數(shù)據(jù)如圖5所示。

由圖5數(shù)據(jù)可以看到，施工過程中拱頂沉降、收斂均遠小于設計及規(guī)范要求控制值。橋墩上的沉降點一直較小且較為穩(wěn)定，左線路面沉降點也一直較小且較為穩(wěn)定，右線在下穿期間沉降相對較大，最大處為A012 點，最大沉降值為-13.9 mm，小于限值-20 mm。加固處理取得了良好的效果。

圖5 沉降控制點沉降情況Fig.5 Settlement Situation of Settlement Control Points

4 結論

暗挖區(qū)間下穿高速路路基段施工時，采用以“預加固、強擴散、補周邊、再背后”的系統(tǒng)加固措施，配合環(huán)形臺階法施工工法，能有效地控制地面沉降，結合洞內與地面監(jiān)測數(shù)據(jù)的及時反饋，能有效地保證地鐵礦山法區(qū)間隧道下穿高速公路路基段施工的安全性，避免地層擾動、地下水流失等因素對高速公路的不利影響，從而達到在不影響高速公路正常通車的情況下，安全按期并保證施工質量的完成下穿區(qū)間掘進的效果。