田飛虎

摘要：隨著城市地鐵施工的開展，越來越多的城市開始修建地鐵。城市地鐵埋深淺、地質(zhì)復(fù)雜多變、環(huán)境復(fù)雜的特點(diǎn)對(duì)隧道施工影響較大，本文針對(duì)大范圍淺埋富水飽和粘土段隧道下穿樓房方案進(jìn)行比選，確定最佳處理方案。

Abstract： With the development of urban subway construction， more and more cities began to build subways. The characteristics of shallow depth， complex and changeable geology， and complex environment of urban subways have a great impact on tunnel construction. This paper compares and selects the schemes for tunnels under the large-scale shallow-buried water-rich saturated clay tunnels to determine the best treatment plan.

關(guān)鍵詞：城市地鐵;淺埋;富水飽和粘土;下穿房屋;方案比選

Key words： urban subway;shallow burial;water-saturated clay;passing through buildings;comparison and selection of schemes

中圖分類號(hào)：U45? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2020）12-0151-04

1? 工程概況

貴陽地鐵一期工程剩余工程第四工作段安北區(qū)間位于省政府后門，屬于貴陽老城區(qū)。起止樁號(hào)為：DK21+483.38～DK21+871.32，線路總長(zhǎng)387.94m，為雙洞單線隧道。線路出安云路站后下穿數(shù)棟7～8層居民樓，再沿安云路下敷設(shè)至北京路站，下穿的居民樓均位于規(guī)劃的市政道路范圍內(nèi)，按照設(shè)計(jì)施工前由市政部門進(jìn)行拆除。但到目前為止仍有6棟房屋未完成拆除需要進(jìn)行下穿。

2? 工程地質(zhì)及周邊環(huán)境

2.1 工程地質(zhì)情況

安北區(qū)間隧道拱頂埋深6～12.5m，隧道上方覆土主要為第四系覆蓋層（紅粘土、中風(fēng)化及強(qiáng)風(fēng)化白云巖），由于隧道位于黔靈山山腳下，地屬溶蝕中低山及貴陽溶蝕盆地北側(cè)、默靈山溶蝕殘丘東面和貴陽溶蝕盆地核心地段，地質(zhì)復(fù)雜多變，溶洞密集，隧道地質(zhì)情況詳見地質(zhì)剖面圖。（圖1）

2.2 周邊環(huán)境

安北區(qū)間位于安云路及周邊房屋下方，臨近省政府機(jī)關(guān)幼兒園、貴州大飯店等，區(qū)間上方管網(wǎng)密布、交通流量大，環(huán)境十分復(fù)雜。

安北區(qū)間周邊環(huán)境復(fù)雜、埋深淺，其中K21+525～K21+640段（拱頂埋深6～8m）、K21+730～K21+871（終點(diǎn)）段下穿安云路，其余段落下穿待拆遷的房屋。安北區(qū)間兩側(cè)房屋密集，其中安北區(qū)間與最近非拆遷房屋的水平距離僅5m，距離省政府機(jī)關(guān)幼兒園水平距離不足25m、距離貴州大飯店水平距離不足10m。由于房屋眾多，地下管網(wǎng)密布，包括燃?xì)狻⒆詠硭?、雨污水、?qiáng)電、弱電等管網(wǎng)，環(huán)境十分復(fù)雜。（圖2）

3? 可采用的方案

3.1 危害分析

3.1.1 水文地質(zhì)危害

①巖溶危害：根據(jù)本工作段施工經(jīng)驗(yàn)，安北區(qū)間所揭露的溶洞均為充填型溶洞，溶洞內(nèi)富含水和填充物，易發(fā)生涌水、突泥;②淺埋危害：安北區(qū)間隧道埋深淺，施工時(shí)易發(fā)生冒頂、坍塌;③圍巖和水的危害：安北區(qū)間位于黔靈山山腳，地下水位較高，而可塑紅粘土、硬塑紅粘土和強(qiáng)風(fēng)化白云巖遇水后軟化，呈流塑狀態(tài)，易出現(xiàn)坍塌、突泥、冒頂、不均勻沉降等。

3.1.2 危害環(huán)境

①危害樓房和交通：部分樓房和安云路位于線路單側(cè)，導(dǎo)致安北區(qū)間隧道出現(xiàn)偏壓，施工時(shí)易出現(xiàn)初支開裂變形、塌方、隧道整體位移等，同時(shí)樓房易出現(xiàn)開裂、垮塌，道路易出現(xiàn)塌陷等;②危害管線：安北區(qū)間上方管線眾多，隧道施工出現(xiàn)較大沉降、塌方時(shí)，會(huì)對(duì)上方管線造成破壞，導(dǎo)致燃?xì)庑孤?、爆炸、自來水管道破裂、電力通訊中斷等?/p>

3.2 措施分析

針對(duì)上述危害，施工方案在進(jìn)行選擇時(shí)要有針對(duì)性的處理，盡可能避免或最大限度的降低危害，以達(dá)到安全施工的目的，同時(shí)還要考慮成本的節(jié)約。

依據(jù)上述危害，施工方案在選擇時(shí)可選擇：區(qū)間隧道自身支護(hù)加強(qiáng)、危害的清除、周邊環(huán)境的保護(hù)。就現(xiàn)有的危害來說，危害的清除工作實(shí)施困難，除非將樓房拆除、管線遷改后進(jìn)行明挖施工，但工期時(shí)間緊張、拆遷難度大，不具備明挖條件。因此方案的選擇主要為洞身支護(hù)參數(shù)的加強(qiáng)和周邊環(huán)境的保護(hù)。

3.3 方案比選

3.3.1 隧道初期支護(hù)參數(shù)的加強(qiáng)

由于前期對(duì)安北區(qū)間施工規(guī)劃時(shí)確定的條件是房屋拆遷完成后進(jìn)行施工，隧道初期支護(hù)未考慮下穿房屋，加之地質(zhì)條件較差，因此隧道初期支護(hù)必須進(jìn)行加強(qiáng)，經(jīng)過計(jì)算，隧道初期支護(hù)的參數(shù)加強(qiáng)為：拱部D25中空錨桿，L=3m，邊墻Ф22砂漿錨桿L=3m，間距均為1.0*1.0m;？準(zhǔn)6鋼筋網(wǎng)全環(huán)布置，網(wǎng)格大小為20*20cm;I18型鋼鋼架全環(huán)布置，間距為0.5m;26cm厚C25噴射砼。

3.3.2 方案的比選

方案選擇時(shí)，主要依據(jù)實(shí)際情況來確定，既要保證隧道施工安全，又要保證周邊環(huán)境的安全，經(jīng)研究，確定了6種方案對(duì)安北區(qū)間施工安全最為有效，具體如表1。

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3.3.2.1 方案工作原理及分析

方案一：長(zhǎng)管棚（低壓注漿）+超前小導(dǎo)管+排泥孔。

工作原理：利用管棚、超前小導(dǎo)管將隧道段落整體的受力均勻分不到隧道初支上，由點(diǎn)轉(zhuǎn)化成面，使隧道支護(hù)形成一體。排泥孔的作用是便于超前支護(hù)注漿效果更好、提前卸載掌子面前方和上方突涌出物;

施工耗時(shí)：管棚（20m/根，40根）施工需要搭設(shè)簡(jiǎn)易操作室、管棚鉆孔、鋼管安裝、注漿，合計(jì)3.5天;超前小導(dǎo)管（3.5m/根，40根）采用自制臺(tái)架進(jìn)行打設(shè)，需要鉆孔、鋼管安裝和注漿，合計(jì)耗時(shí)0.5天，排泥孔在超前小導(dǎo)管鉆孔時(shí)打設(shè)，不占總時(shí)間。經(jīng)計(jì)算，此種方案平均每延米隧道施工耗時(shí)增加0.5天;

方案優(yōu)點(diǎn)：施工工藝成熟、簡(jiǎn)單，施工安全，施工速度快、成本費(fèi)用相對(duì)較低;

方案缺點(diǎn)：隧道埋深較淺，注漿有較小可能導(dǎo)致地面隆起、開裂、建筑物開裂等。

方案二：超前大管棚劈裂注漿。

是將管棚的第一次注漿凝固后進(jìn)行二次高壓劈裂注漿，是利用漿液將土層、巖層內(nèi)的水?dāng)D壓出去，使?jié){液擴(kuò)散范圍更大，且與土體、巖體更好的結(jié)合，從而使隧道上方形成一層護(hù)拱來保證隧道的施工安全;

施工耗時(shí)：管棚施做及第一次注漿同方案一，耗時(shí)3.5天，等待漿液凝固7天，第二次高壓劈裂注漿2天，經(jīng)計(jì)算，此種方案平均每延米隧道施工耗時(shí)增加0.63天;

施工優(yōu)點(diǎn)：施工工藝較為成熟，施工速度相對(duì)略慢，一般費(fèi)用相對(duì)較低;

施工缺點(diǎn)：隧道埋深淺，高壓劈裂注漿極易導(dǎo)致地面隆起、開裂、構(gòu)建筑物開裂及倒塌，還易造成地下水污染、管道破裂等，施工風(fēng)險(xiǎn)較高。

方案三：水平旋噴樁+108管棚樁芯。

水平旋噴樁是在初支外打設(shè)一環(huán)水泥旋噴咬合樁，利用水泥與富水飽和粘土充分混合，形成一環(huán)護(hù)拱，同時(shí)，在旋噴樁中心安設(shè)？準(zhǔn)108鋼管（內(nèi)填充砂漿）作為管心，增加旋噴樁的抗折性。

施工耗時(shí)：旋噴樁8.5h/根（20m）;管棚鉆孔2.5h/根（20m），安裝管0.5h/根，經(jīng)計(jì)算，此種方案平均每延米隧道施工耗時(shí)增加0.77天;

施工優(yōu)點(diǎn)：施工工藝相對(duì)較成熟，隧道施工及周邊環(huán)境的安全性高，能夠很好改善粘土土質(zhì);

施工缺點(diǎn)：施工速度較慢，費(fèi)用相對(duì)較高，施工控制較為困難，可能存在部分旋噴樁侵入開挖輪廓內(nèi)。

方案四：地表注漿改善地質(zhì)。

地表注漿是在地面打設(shè)注漿管進(jìn)行注漿，將隧道上方及洞身的地質(zhì)進(jìn)行注漿固結(jié)，但是對(duì)于存在房屋段落實(shí)施困難，需要對(duì)居民進(jìn)行交涉進(jìn)行補(bǔ)償，該方案施工速度快、費(fèi)用低，但是實(shí)施苦難，且易破壞燃?xì)?、自來水等管道，因此該方案不予考慮。

方案五：帷幕注漿改善地質(zhì)。

帷幕注漿是在掌子面打設(shè)向前、四周呈不同外插角的長(zhǎng)鋼花管，利用較高壓強(qiáng)的注漿改善隧道周邊及掌子面前方的地質(zhì)，達(dá)到安全施工的目的。

施工耗時(shí)：施工包括鉆孔、鋼花管安裝、注漿等工序，同時(shí)掌子面開挖速度同時(shí)降低，經(jīng)計(jì)算，此種方案平均每延米隧道施工耗時(shí)增加1.8天;

施工優(yōu)點(diǎn)：施工工藝相對(duì)較成熟，能夠很好改善粘土土質(zhì)，能夠保證隧道施工安全;

施工缺點(diǎn)：施工工藝較為復(fù)雜、施工控制要求精確，施工速度慢（開挖速度也慢），施工費(fèi)用高，由于隧道埋深淺，可能會(huì)打穿地下管道、管線，較高壓強(qiáng)的注漿較大可能導(dǎo)致地面隆起、開裂、建筑物開裂等，風(fēng)險(xiǎn)較高。（圖5）

方案六：冷凍法。

冷凍法是在隧道周圍布置水平凍結(jié)孔，利用人工制冷技術(shù)，在凍結(jié)孔中循環(huán)低溫鹽水，使凍結(jié)孔附近的含水地層結(jié)冰，形成強(qiáng)度高，封閉性好的凍結(jié)壁（凍結(jié)帷幕），然后在凍結(jié)壁的保護(hù)下運(yùn)用礦山法進(jìn)行隧道開挖施工。

施工耗時(shí)：冷凍法施工包括凍結(jié)孔施工、安裝凍結(jié)制冷系統(tǒng)、安裝凍結(jié)鹽水系統(tǒng)和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、凍結(jié)、隧道掘進(jìn)與支護(hù)（冷凍后掌子面土體變硬，開挖速度變慢）、停止凍結(jié)，經(jīng)計(jì)算隧道施工耗時(shí)增加4天以上;

施工優(yōu)點(diǎn)：能夠很好改善施工環(huán)境，隧道施工相對(duì)安全;

施工缺點(diǎn)：施工工藝相對(duì)新穎、工藝較為復(fù)雜、施工控制精確、施工耗時(shí)長(zhǎng)，由于是采用冷開挖（非盾構(gòu)），凍結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)、凍結(jié)后開挖速度慢、成本費(fèi)用較高，且凍結(jié)時(shí)控制不當(dāng)易造成地下管道的破壞，風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高。

經(jīng)過比較，選用方案一進(jìn)行安北區(qū)間的施工。

3.3.2.2 方案描述

方案一是利用長(zhǎng)管棚的抗折型、超前小導(dǎo)管的補(bǔ)充管棚縫隙、排泥孔排出泥水的作用，實(shí)現(xiàn)三者有效結(jié)合到一起，各自參數(shù)、作用具體如下：

長(zhǎng)管棚：采用環(huán)向間距40cm、長(zhǎng)15m-20m、Ф108鋼花管，其作用是利用掌子面后方導(dǎo)向墻、掌子面前方圍巖以及管棚形成支撐，將洞身上方軟弱巖體進(jìn)行底部加固支撐，消除巖溶危害，抵抗富水飽和粘土、房屋、道路的壓迫，從而使下方隧道施工安全可控;

超前小導(dǎo)管：采用環(huán)向間距40cm、長(zhǎng)3.5m、Ф42鋼花管布設(shè)在兩根管棚中間，每1.5m打設(shè)1環(huán)超前小導(dǎo)管，其作用是用于管棚注漿效果的檢驗(yàn)、對(duì)管棚薄弱位置的補(bǔ)充加強(qiáng)，使隧道頂部支撐更加堅(jiān)固;

排泥孔：對(duì)掌子面前方打設(shè)仰角15°的3-5個(gè)Ф150的排泥孔，其作用是將掌子面前方軟泥、泥水等排出，既能避免掌子面發(fā)生突泥，還能加強(qiáng)超前導(dǎo)管的注漿效果。

3.3.3 實(shí)施效果

自2016年6月開始實(shí)施，2016年11月安北區(qū)間安全順利貫通，日均進(jìn)尺2m，比預(yù)期計(jì)劃節(jié)約1個(gè)月，期間周邊房屋、道路未出現(xiàn)過裂縫、坍塌，掌子面未出現(xiàn)突泥、涌水，通過對(duì)周邊水體監(jiān)測(cè)，周邊水體未受到污染。

4? 結(jié)束語

地鐵隧道環(huán)境復(fù)雜、埋深淺、地質(zhì)差，我部將已處理完成的、效果較好的安北區(qū)間施工進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，積累了一些資料，為以后的類似處理提供參考。

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