陳 雷

(濟(jì)南軌道交通集團(tuán)有限公司,濟(jì)南 250100)

0 引言

隧道工程的前期勘察、論證往往難以全面反映施工過(guò)程中圍巖結(jié)構(gòu)的實(shí)際力學(xué)狀態(tài),尤其是在圍巖性質(zhì)較差的隧道工程中,需對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控觀測(cè),收集開挖、支護(hù)過(guò)程中結(jié)構(gòu)各部分所發(fā)生的應(yīng)力及變形情況,在此基礎(chǔ)上針對(duì)性地選擇支護(hù)方案及施工工藝,確保支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠。某地鐵2號(hào)線右線長(zhǎng)12.4 km,左線長(zhǎng)12.8 km,覆土厚度9.8～18.5 m。在第一區(qū)段中間設(shè)兩處施工豎井及橫通道兼聯(lián)絡(luò)通道,1號(hào)施工豎井及橫通道、泵房位于右DK6+250處,2號(hào)施工豎井及橫通道位于右DK5+870處,暗挖施工以此兩處豎井作為施工面開展。在1號(hào)豎井工區(qū)左線和右線小里程段施工至DK6+200,遇到較大上層滯水,如圖1所示。

圖1 地鐵隧道及車站與地下水層位關(guān)系Fig.1 Relationship between subway tunnel and station’ and groundwater level

1 暗挖穿越滯水層施工方案及重難點(diǎn)

由于黏土層為不透水層,不透水層上沿依靠降水井不易完全排干地下水,因此黏土層上沿與砂層交界處會(huì)存在一層滯水,即形成了滯水層。當(dāng)黏土層在隧道作業(yè)范圍內(nèi),而滯水層位于隧道開挖起拱線以下時(shí),拱部開挖不受滯水影響,按照原設(shè)計(jì)即可保證開挖安全,而側(cè)墻仰拱開挖時(shí),受滯水影響,需進(jìn)行引排,因此滯水層位置在起拱線以下采用洞內(nèi)引排措施進(jìn)行施工。按照原設(shè)計(jì)采用單排小導(dǎo)管超前支護(hù),增加洞內(nèi)導(dǎo)流措施。

管線滲漏。區(qū)段地面狀況為車站西門約200 m處存在一道DN600的雨水管線,是區(qū)間降水井排水的主要輸出管道,管線內(nèi)水量幾近滿管。經(jīng)調(diào)查,該管線為老舊管線,必然大范圍滲漏,如不做處理,將增加大量滯水,增加施工風(fēng)險(xiǎn),而此處管線管徑小,管內(nèi)淤泥多,占道手續(xù)繁瑣,做管線內(nèi)襯的條件苛刻。

滯水導(dǎo)流工作量大。1號(hào)井工區(qū)根據(jù)第一區(qū)段的經(jīng)驗(yàn)均為滯水層在隧道斷面水平中線之上,黏土層為夾層,隧道底部為中粗砂,具有一定的透水性,而該區(qū)段主要措施為導(dǎo)流開挖,底部土層的透水性大大減少了導(dǎo)流的工作量。而新增工區(qū)第一區(qū)段大部分隧道斷面底部仍為黏土層,滯水無(wú)法通過(guò)底部滲透,所有滯水均需要導(dǎo)流,為施工帶來(lái)了大量導(dǎo)水方面的工作,且隧道延開挖方向?yàn)橄缕?滯水均會(huì)流向正在開挖的掌子面方向,對(duì)于仰拱開挖及支護(hù)施工有著非常大的影響,處理不好將會(huì)嚴(yán)重制約施工進(jìn)度,甚至導(dǎo)致無(wú)法施工。

2 施工方案優(yōu)化

2.1 局部深孔注漿

由于黏土層為不透水層,不透水層上沿依靠降水井不易完全排干地下水,因此黏土層上沿與砂層交界處會(huì)存在一層滯水,即形成滯水層。當(dāng)滯水層位置在拱部下1 m以上至超前探測(cè)有水范圍,拱部開挖風(fēng)險(xiǎn)變?yōu)樽畲?拱部穩(wěn)定性最差,滯水直接沖刷拱部土體造成塌方的可能性最大,拱部不但需阻止水流,還需具備一定強(qiáng)度,避免阻水水壓增加造成突然涌水,如圖2所示。

圖2 半斷面深孔注漿Fig.2 Half-section deep hole grouting

1號(hào)井工區(qū)施工至第二區(qū)段,滯水層上移至隧道起拱線以上,按照已通過(guò)的滯水層施工優(yōu)化方案,采用雙排小導(dǎo)管進(jìn)行注漿加固,起到了很好的效果,但是隨著滯水層相對(duì)隧道開挖面的繼續(xù)上移,滯水層距隧道頂部距離逐漸減小,施工風(fēng)險(xiǎn)變大,在第三區(qū)段進(jìn)入半斷面深孔注漿階段。

局部深孔注漿是考慮開挖斷面上層滯水較豐富,為避免滯水沖刷導(dǎo)致大面積流砂坍塌事故的發(fā)生,對(duì)隧道斷面周圈局部滯水較大的部位進(jìn)行封堵,達(dá)到安全開挖的目的。

2.1.1 局部注漿加固范圍

滯水層水流較大部位在黏土層與砂層交界面隧道開挖斷面兩側(cè),對(duì)左上角與右上角的地層交界面做局部封堵即可阻止較大水流的沖刷,在左右上角各注處1 m×1.4 m的范圍,注漿處必須咬合至少20 cm黏土層,以保證交界面不漏水,加固范圍如圖3所示。

圖3 局部深孔注漿范圍Fig.3 Local deep hole grouting range

采用磷酸和水玻璃雙液漿,注漿時(shí)雙液漿發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成塊狀物體將上層滯水強(qiáng)迫擠出,達(dá)到止水的效果。采用水泥漿和水玻璃雙液漿,使顆粒間的空隙充滿漿材并使其固結(jié)達(dá)到改良土層性狀的目的。其噴漿特性是令該土層黏結(jié)力、內(nèi)磨擦角值增大,從而使地層黏結(jié)強(qiáng)度及密實(shí)度增加,起到加固作用。

2.1.2 效果評(píng)價(jià)

從開挖效果來(lái)看,由于黏土層上方砂卵層自身較好的穩(wěn)定性,加之兩側(cè)局部深孔注漿與雙排小導(dǎo)管加固措施后,兩側(cè)水流大量變小,掌子面穩(wěn)定,可達(dá)到安全開挖效果。各測(cè)點(diǎn)趨于穩(wěn)定(見圖4),累計(jì)地面沉降量最大值為3.39 mm、累計(jì)拱頂下沉為0.86 mm、結(jié)構(gòu)收斂為0.99 mm。正常開挖作業(yè)一天可完成兩榀累計(jì)1 m,此種注漿由于所需漿液較少,且打孔、注漿都可與小導(dǎo)管同步進(jìn)行,注漿時(shí)間短,不占用正常工期。根據(jù)1號(hào)井現(xiàn)階段經(jīng)驗(yàn),洞內(nèi)深孔注漿操作每循環(huán)開挖8 m大約用20 d,平均每天進(jìn)尺僅0.4 m。對(duì)比來(lái)看,采用局部深孔注漿+雙排小導(dǎo)管方法施工大大提高了工作效率,因此在條件允許的情況下優(yōu)先選取。

圖4 局部深孔注漿結(jié)構(gòu)變形結(jié)果Fig.4 Deformation results of local deep hole grouting structure

從局部深孔注漿+雙排小導(dǎo)管加固來(lái)看,掌子面流水大量減少,穩(wěn)定性較好。由于開挖面后方預(yù)留泄水孔,大大減少了掌子面的水壓力,又通過(guò)局部深孔注漿阻隔了掌子面剩余水流,再采用雙排小導(dǎo)管加之砂卵層自身良好的穩(wěn)定性,可達(dá)到穩(wěn)定開挖效果,開挖過(guò)程可控。從開挖后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看,各方面數(shù)據(jù)包括地面沉降、拱頂下沉及結(jié)構(gòu)收斂等都在合理范圍,整體效果良好。從開挖進(jìn)度來(lái)看,相較洞內(nèi)深孔注漿有著很大的優(yōu)勢(shì)。

2.2 地面深孔注漿

2.2.1 深孔注漿方案

隨著滯水層的繼續(xù)上移,局部深孔注漿法無(wú)法阻擋上部滯水侵入,注漿不能滿足施工需要,按照1號(hào)井科研成果,不得不采用洞內(nèi)深孔注漿方法,但考慮洞內(nèi)深孔注漿工期長(zhǎng),進(jìn)度緩慢,加之隧道線路進(jìn)入建筑工地內(nèi),隧道上方場(chǎng)地寬闊,周圍無(wú)任何建筑物,地面條件良好,經(jīng)研究,施工時(shí)參考區(qū)間穿越雜填土注漿方案,選用地面深孔注漿加固施工。

綜合試驗(yàn)段前期施工經(jīng)驗(yàn)及土質(zhì)特點(diǎn),改善雜填土特性是保證暗挖施工正常、安全開挖的必要措施,考慮綜合因素,決定在試驗(yàn)段范圍內(nèi)地面進(jìn)行深孔注漿。加固范圍以前期施工經(jīng)驗(yàn)為依據(jù),以阻隔滯水層影響范圍內(nèi)滯水為主要目的,確定地面深孔注漿范圍。

2.2.2 效果評(píng)價(jià)

由于地面深孔注漿能將隧道上方土體固結(jié),大大減少了滯水沖刷風(fēng)險(xiǎn),能阻隔大部分滯水水流,減小洞內(nèi)開挖風(fēng)險(xiǎn),開挖過(guò)程中掌子面穩(wěn)定,可達(dá)到安全開挖效果。目前各測(cè)點(diǎn)已趨于穩(wěn)定(見圖5),累計(jì)地面沉降量最大值為2.32 mm、域累計(jì)拱頂下沉為2.09 mm、結(jié)構(gòu)收斂為1.27 mm。洞內(nèi)深孔注漿需在洞內(nèi)進(jìn)行,注漿期間開挖作業(yè)必須停止,而地面深孔注漿可保證洞內(nèi)連續(xù)作業(yè)。目前,正常作業(yè)一天可完成兩榀累計(jì)1 m,相較洞內(nèi)深孔注漿,大大提高了施工效率。

圖5 地面深孔注漿結(jié)構(gòu)變形結(jié)果Fig.5 Deformation results of ground deep hole grouting structure

從地面深孔注漿效果來(lái)看,掌子面流水大量減少,穩(wěn)定性較好,可達(dá)到穩(wěn)定開挖效果。開挖過(guò)程可控,從開挖后的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)看,各方面數(shù)據(jù)包括地面沉降、拱頂下沉及結(jié)構(gòu)收斂等都在合理范圍,整體效果良好。從開挖進(jìn)度來(lái)看,開挖速度較洞內(nèi)深孔注漿提高了2.5倍。

3 結(jié)束語(yǔ)

不良地質(zhì)給地鐵隧道工程施工及安全運(yùn)營(yíng)帶來(lái)了風(fēng)險(xiǎn),增加了施工與運(yùn)營(yíng)成本。針對(duì)地鐵暗挖隧道施工過(guò)程中穿越滯水層的情況提出應(yīng)對(duì)措施,采用深孔注漿技術(shù),對(duì)隧道結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。根據(jù)加固效果可以看出,地面沉降、拱頂下沉及結(jié)構(gòu)收斂均在合理范圍,整體效果良好,開挖加速加快,提升了施工效率及施工質(zhì)量,為其他類似復(fù)雜地層暗挖施工提供了參考,具有一定的實(shí)用價(jià)值。