复杂环境下浅埋暗挖隧道控制降水应用与实践

| 工程技术与应用 | Engineering Technology and Application2019年第17期

复杂环境下浅埋暗挖隧道控制降水应用与实践

丁恒军

（中铁隧道股份有限公司，河南󰀃郑州󰀃450000）

摘 要：文章以厦门市轨道3号线人才中心站～湖里公园站区间暗挖隧道为例，对穿越市区主干道及重要管线浅埋暗挖隧道超前加固措施优化进行了分析研究，主要阐述了在复杂环境下超前帷幕注浆加固止水实施过程中存在的问题，根据实施情况，寻求新的解决方法，为复杂环境下浅埋暗挖隧道安全快速施工提供了成功经验。关键词：复杂环境；浅埋暗挖；设计优化；降水控制中图分类号：U455󰀃󰀃󰀃󰀃󰀃文献标志码：A󰀃DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2019.17.037

随着我国城市轨道交通的发展，地铁施工主要集中于市区，其中浅埋暗挖隧道施工风险较高。经常面临土体工程性差、围岩含水率高、自稳能力弱等地质状况，实施过程中易形成隧道坍塌、突泥涌水等危险。尤其是临近城市主干道，周边建（构）筑物以及管线密集，对隧道开挖安全稳定要求较高，利用超前帷幕注浆加固地层，可提高土体自稳性能和减少围岩含水率，但极易引起地表及管线隆起，造成管线与道路的破坏，故在周边复杂环境地段的浅埋暗挖隧道，采用地面控制降水措施，避免类似问题发生，效果显著。

1 工程背景

厦门地铁3号线人才中心站～湖里公园站区间位于厦门市思明区和湖里区，区间隧道全长1648m，采用矿山法施工，设置2个竖井作为施工通道，其中1号竖井及横通道位于湖滨东路与仙岳路交叉口，横通道全长52m，垂直于区间线路方向。横通道及区间隧道分别下穿湖滨东路、仙岳路及重要管线，周边环境复杂。1.1 工程地质

横通道及区间隧道埋深约6.1m～23m，穿越区域主要为全风化辉绿岩、散体状强风化花岗岩、碎裂状强风化花岗岩。

其中，全风化辉绿岩：灰黄、褐黄色，原岩矿物已基本风化变异，成分主要由斜长石风化黏土矿物及部分辉石残留物构成，母岩结构特征较清晰。

散体状强风化花岗岩：灰白色，黄褐色，灰黄色，原岩矿物中长石少量风化变异，成分主要由长石、石英及少量云母矿物构成，岩芯呈砂土状，手捻易散，遇水易软化。

碎裂状强风化花岗岩：褐黄色，中粗粒结构，母岩风化强烈，岩芯大部分成碎块状，手可折断碎块，含少量石英颗粒，局部呈透镜体分布。1.2 水文地质

区域内含水岩组分为第四系松散岩类孔隙含水岩组、风化残积孔隙裂隙含水岩组及基岩构造裂隙含水岩组三个类型。钻探期间测得初见水位埋深为1.4～3.3m，水位标高1.22～5.71m；钻探结束后测得地下水稳定水位埋深为2.1～3.8m，水位标高0.8～5.21m。1.3 周边管线及建（构）筑物

横通道及区间范围内的路段管线种类较多，地面管线主要有DN600，DN400的给水管、X500×300mm、

作者简介：丁恒军（1983—），男，本科，工程师，研究方向：地铁施工技术管理与研究。

󰀃󰀃文章编号：2096-2789（2019）17-0086-03 X100×100mm的通信光缆和D600的雨水管，横通道主要侧穿重要管线，区间下穿重要管线，其中给水管和雨水管为有压管是施工控制的重点。临近横通道的主要建（构）筑物为仙岳路、仙岳高架桥。

2 原设计超前加固止水方案

2.1 原设计方案

原设计Ⅴ级围岩隧道采取全断面超前预注浆对地层进行加固止水，径向加固范围为工作面及开挖轮廓线外1.5m，采用分段前进式注浆，加固长度25m，开挖20m，如表1所示。注浆顺序按“由外到内、由上到下、间隔跳孔”的原则进行，以达到分区注浆、控制加固的目的。注浆后依据地层出水量对注浆效果进行评价，如图1和图2所示。

表1 注浆设计参数表

参数名称参数值备注纵向加固段长25m

不含止浆墙

横向加固范围开挖轮廓线外1.5m

浆液扩散半径1.0m注浆速度5～110L/min注浆终压0.5～1.5MPa

根据应用情况调整

终孔间距1.8m

注浆方式全断面前进式分段注浆结分段长度3～5m根据实际

合孔底注浆地层调整

注浆孔数量

79个

图1 横通道设计注浆方案图

2.2 注浆浆液选取

因横通道及区间地层围岩复杂多变，其中黏土层与

分化层分层明显，掌子面围岩较破碎，故施工主要选取普通硅酸盐水泥单液浆，在注浆过程如遇孔内塌孔、出水量较大、止浆墙开裂时采用1∶1的普通硅酸盐水泥-水玻璃双液浆加固地层。若注浆时无压或压力未能达到

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图2 区间通道设计注浆方案图

要求以及在靠近管线附近控制隆沉，则采用单液浆、双液浆交替进行。

2.3 注浆存在的问题

横通道按照设原计划注浆1.5MPa压力过大，过程中地表最大隆起284mm，管线最大隆起64mm，均超控制值；地表局部开裂，部分浆液从地层裂隙渗出。通过调整优化，采用较小的注浆压力仍导致地表及管线隆起，且部分孔位塌孔，孔底未进浆液，加固止水效果较差，如图3所示。

图3 地表监测结果

3 浅埋暗挖段区间隧道超前加固优化

3.1 优化原因

横通道侧穿重要管线，为确保管线安全，对三个注浆段落方案进行了优化，但要保证管线及地表隆起可控，注浆压力达不到既定值。根据现场实施情况显示，过低的注浆压力达不到预期注浆加固止水效果，无法保证施工安全。

浅埋暗挖段区间隧道穿越围岩主要为Ⅴ级，洞身大部分段处于残积土、全风化凝灰熔岩、散体状强风化凝灰熔岩等软弱围岩地质带，隧道开挖形成临空面后，受地下水的渗透和浸泡围岩易软化、崩解，严重时呈稀泥状，易失稳发生坍塌，甚至“冒顶”等现象，隧道穿越的岩土层地下水主要赋存于上述风化岩的裂隙中，注浆为劈裂注浆，要采用足够大的注浆压力，方可保证止水效果，确保施工安全。但区间横穿重要管线，对注浆压力控制要求较高，过大注浆压力易导致地表及管线隆起，甚至爆管渗水造成隧道坍塌恶性事故的发生。因此，既要保证管线安全，又要确保隧道开挖安全，不宜采用原设计全断面帷幕注浆加固止水的方案。3.2 优化后的方案

结合浅埋暗挖段区间地质情况，在实施过程中，采取超前管棚+超前小导管+地面控制降水措施，主动疏干区间隧道内的地下水，以便于隧道开挖施工前对地下水提前进行疏干，同时在开挖过程中打设小导管进行注

浆，对地层进行加固，确保施工安全。3.3 地面控制降水

（1）地下水控制设计。根据设计文件，区间需降水区域隧道埋深16m～23m；地下水水位黄海高程13～21m，埋深约2m，控制设计降深为16m～30m，设计降深最大处为1#竖井～仙岳山隧道出入口附近（区间隧道最大埋深处），设计降深约30m。

（2）降水井深度控制。隧道宽度约6m，两侧锁脚锚管长度3m，降水井与锁脚锚管端部预留的安全间距取1m，降水井的深度应进入隧道底部开挖面不小于10m，且进入或穿越碎裂状强风化火山凝灰熔岩（中等透水层）。

（3）降水井设计计算。在实际条件下，矿山法隧道开挖降水模型类似矩形基坑降水，可按大口井降水公式计算，公式详见《建筑基坑支护技术规程》（JGJ 120-2012）。降水井采用Φ300mm钻孔，安设Φ219mm井管。群井涌水量计算可以按照大井进行简化，采用潜水非完整井进行计算，通过计算可以得到上述设计（降水井直径、降水井深度）满足降深要求。在沉降计算时，需要特别指出用变形模量替代压缩模量参与土体变形计算，降水最大沉降值计算结果为67.3mm，现场施工实测最大沉降值约33mm。3.4 减小降水影响的措施

为尽量减小降水引起的地表差异沉降，应做好以下几点。

（1）降水时应减缓降水速度，均匀出水，减少急剧降水引起地面较大的差异沉降，保持地下水对含水层的潜能作用。

（2）应设置自动抽水系统并安装水表，根据出水量调整抽水条件，尽量避免间歇和反复抽水。

（3）根据施工进度，提前1～2个月，逐步启动相关的降水井；同时，当隧道支护结构完成并达到强度后，可根据实际情况逐步关闭已完成段周边的降水井。这时若沉降尚不稳定，可利用附近降水井进行回灌，以便尽快恢复该区域的地下水水位。

（4）对于地表建（构）筑物距离隧道较近或变形敏感区段，隧道地下水水位降深可适当减小，控制在隧道中部以下，以便减弱降水的影响，同时加强隧道内部的地下水疏干措施。3.5 超前管棚注浆加固

在开挖过程中打设Φ76mm自进式管棚及Φ42mm的超前小导管进行注浆，对地层进行补充注浆加固，确保施工安全，如图4所示。

4 施工效果对比

4.1 施工进度对比

采用全断面注浆，每循环注25m，开挖20m，循环注浆时间为10d，折合每开挖1m需注浆0.5d。地面降水开挖提前进行，不占用隧道开挖工序时间。辅助Φ76超前自进式管棚，每循环12m，开挖8m，管棚需施作3d，折合每1m需施工管棚0.3d，采用降水+超前管棚进度优于全断面帷幕注浆。4.2 施工效果对比

施工监测情况对比如表2所示，结合现场选取有代表性监测点进行统计分析，因降水引起地表沉降监测情况如图5所示。

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图4 暗挖隧道超前支护图

表2 施工监测情况对比表

项目地表监测数据

内容最大沉降（mm）最小沉降（mm）最大沉降速率（mm/d）

降水效果

出水量（L·m-1·min-1）

地表沉降（mm）拱顶下沉（mm）围岩收敛（mm）

全断面注浆管棚+井点降水备注+284+35+860.017-54-32-21

-33-12-110.02-12-34-24

开挖监测数据（最大值）

优于全断面注浆方案。

（2）浅埋、超浅埋隧道全断面帷幕注浆对地表隆起难以控制，尤其有重要管线地段，易导致道路、管线隆起破坏，存在压力管线开裂的风险且施工占用时间相对较长。

（3）降水+管棚措施相对全断面帷幕注浆投资更少，经济效益更好。

（4）全断面注浆及降水过程均需对地表进行严密监测，根据地表变形情况调整施工参数。

（5）降水过程需持续进行，并设置水位观测井，保证水位降至隧道底部。

（6）采用降水辅助隧道开挖方案时，应对拟降水区域是否合适降水进行评估，对于上卧土层存在饱和软土或难以降水的强透水层，该方法不适用。

6 结束语

采用帷幕注浆止水，受周边复杂环境影响，穿越地层主要为碎裂状强风化地层的浅埋暗挖隧道，采用地面控制降水措施，社会效益显著。

参考文献：

图5 降水阶段地面监测

根据现场实施比较，全断面注浆加固及地面降水后掌子面干燥无滴水，均能达到隧

道安全开挖要求。但全断面注浆地表隆起大，差异沉降大，对道路路面及管线造成较大的危害，而地面降水地表沉降相对较小，差异沉降也小，能保证道路及管线的安全。

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5 结论与建议

（1）对于全风化、散体状强风化花岗岩地层的浅埋暗挖隧道，采用控制降水+管棚辅助隧道开挖的措施

Application and Practice of Controlling Precipitation in Shallow Excavation Tunnel in

Complex Environment

Ding Hengjun

(China Railway Tunnel Limited by Share Ltd,Zhengzhou,Henan 450000)

Abstract：Taking the underground excavation tunnel between Xiamen Rail Line 3 Talent Center Station and Huli Park Station as an example,this paper analyzes and studies the optimization of advance reinforcement measures for shallow buried underground excavation tunnel through urban main road and important pipeline,mainly expounds the problems existing in the implementation process of advance curtain grouting reinforcement in complex environment,and seeks new solutions according to the implementation situation.It provides a successful experience for the safe and rapid construction of shallow buried tunnel in complex environment.

Key Words：complex environment,shallow excavation,design optimization,precipitation control