富水软弱地层地铁隧道浅埋暗挖施工技术

Dec,200412月GeotechnicalEngineeringTechnique2004年

文章编号:1007Ο2993(2004)06Ο0295Ο04

富水软弱地层地铁隧道浅埋暗挖施工技术

黄　俊1　张顶立2　陈来生3

(11中交公路规划设计院,北京100010;21北京交通大学隧道及地下工程试验研究中心,北京100044;

31绍兴县建设工程监理有限公司,浙江绍兴312030)

　　【摘　要】　浅埋暗挖法在深圳地铁一期工程23标区间隧道施工中成功运用,其中地表降水、旋喷止水帷幕、天桥基础托换和地质超前预报等技术都在含砂、含水、软土地层中成功实施,隧道顺利通过富水软弱含砂地层及两座人行天桥,施工进度、安全性和施工质量都得到保证,并有效地控制了地表沉降,取得了很好的经济效益。对各项技术措施、施工工艺及技术难点进行了分析,指出该技术在富水软弱地层中广阔的应用价值和前景。

【关键词】　浅埋暗挖法;地表降水;旋喷止水帷幕;地质超前预报;基础托换【中图分类号】　TU941

ShallowTunnelConstructionTechnologyin

Watery&WeakStraum

HuangJun1　ZhangDingli2　ChenLaisheng3

(11ChinaHighwayPlanningandDesignInstitute(HPDI)Consultants,INC,　Beijing100010China;

21ReaserchCenterofTunnelingandUndergroundEngineering,NorthernJiaotongUniversity,　Beijing100044China

31ConsultantLd1CoofShaoxingConstructionProject,ZhejiangShaoxing312030China)

【Abstract】　STCMisusedsuccessfullyin23LotofShenzhenMetroPhaseⅠProjectandmanytechnicshaveimplementedin

water,sandy&weakstratum,suchasgroundprecipitation,jetgroutingwaterproofpurdah,geologicpre-predict,basesubstituteandsoon1Tunnelpassedtwooverbridgeandsandystratumsafelywithquickexcavatingspeed,goodquality,smallgroundsettlementandlargeeconomybenefit1Eachmeasure,technicsanddifficultyofthisprojectareintroduced,anditisshownthatSTCMhasawideapplyfongroundinwatersandyandweakstratum1

【KeyWords】　shallowtunnelconstructionmethod(STCM);groundprecipitation;jetgroutingwaterproofpurdah;geologicpreΟpredict;basesubstitute

0　引　言

浅埋暗挖法[1]是基于岩石隧道新奥法

(NATM)的原理在第四纪软土中开创出的新方法,已广泛应用于世界各国的地铁隧道建设。北京、广州、南京和深圳等已建成或在建地铁工程都表明,与明挖法、盾构法相比,浅埋暗挖法有明显的优点,其可操作性、经济性以及对复杂多变地层的灵活性都无可置疑[2,3]。

浅埋暗挖法最初应用北京地铁是在第四纪地层、无水(在隧道开挖前可以进行超前降水)、地表无建筑物的条件下,采用了管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测的十八字方针成功应用的。目前广州、深圳地铁第四纪地层富含地下水(不能实现超前降水,开挖在有水条件下进行),且伴有砂层,地表密集民房、埋深浅等复杂条件。因此,对浅埋暗挖

法的施工工艺和辅助工法提出了更高的要求,以确

保地铁施工对周边环境的保护和施工安全[4～6]。本文基于深圳地铁一期工程侨城东—华侨城区间隧道的施工难点和施工技术要点分析,明确了浅埋暗挖法在富水软弱地层中的应用价值。1　工程概况

深圳地铁一期工程侨城东—华侨城区间隧道始于侨城东站站后折返线终点,终于华侨城东端。右线长8731161m,左线长609165m(其中含短链31022m),为两平行单线隧道,线间距1312m。隧道为两单洞结构形式,马蹄形断面,暗挖法施工。衬砌采用复合式衬砌。

暗挖隧道埋深715～18m,渗透系数为0105～

ml

)、20m/d。隧道上覆第四系全新统人工堆积层(Q4

m+aldl+pl

)、)、海冲积层(Q4坡洪积层(Q4第四系残积层

作者简介:黄　俊,1979年生,男,浙江金华人,硕士研究生,从事隧道与地下工程设计和科研。

　　　　　　　　　　　　　　岩　土　工　程　技　术　　　　　　　　　2004年第6期296

(Qel4),下伏燕山期花岗岩(γ3

5),花岗岩内有辉绿岩岩

脉侵入。隧道穿越的地层主要为:砂质粘性土、砾质粘性土、强—微风化燕山辉绿岩和花岗岩,详见表1。

表1　隧道穿越地层地质情况调查表

里　　程

地　质　情　况

SK14+958

～SK15+020

隧道拱顶上覆砂层,穿越砾质粘性土

SK15+020

上半断面为砾质粘性土,下半断面为强风化花

～SK15+150

岗岩

SK15+150

隧道穿越强风化及中风化的燕山期辉绿岩及～SK15+410

全风化至微风化的燕山期花岗岩

SK15+410隧道大部分穿越砾质粘性土,有少量强风化花～SK15+470岗岩

SK15+470隧道大部分穿越强风化花岗岩,有少量砾质粘～SK15+570性土

SK15+570～SK15+831

隧道穿越砾质粘性土

　　地下水埋深210～7177m,,水位变幅015～210m。砂层中地下水丰富,为强含水透水层;

砂质粘性土、砾质粘性土透水性一般;强风化燕山期辉绿岩及全风化燕山期花岗岩透水性较差2　工程难点及方案分析211　地层含水与地表降水

从施工初期区间竖井及通道施工中实际揭露的地质条件看,区间隧道洞身部分地段穿越砾质粘性土和全风化花岗岩地层,该土层在无水或少量水条件下自稳能力及承载力较好,而在有水及施工扰动作用下,工作面自稳能力及承载力下降,易液化,上覆砂层地段甚至产生流泥、流砂现象;工作面暴露时间过长易失稳,并成流塑状,影响施工安全、进度,并引起地表较大范围沉降,施工风险较大,同时也存在安全隐患问题。

基于上述原因及深圳地铁其它标段的降水试验成果

[5]

,且本标段具备降水施工的条件,同时考虑

试验成果对地层的适应性,在大面积进行地面降水前,对1#竖井前后先布设了四口降水试验井,经抽水试验,井深、孔径、出水量等达到了预期的目的,从竖井开挖情况看,降水后效果很明显。区间范围内实施降水方案。

结合区间隧道工程地质、水文地质条件、深圳地铁其它标段降水试验经验及本标段在新增施工竖井处的降水试验,降水井设计孔径为600mm,井点管采用内径围400mm的钢筋笼,钢筋笼四周外包两层滤网,内层为40孔/mm2细滤网,外层为5孔/cm2粗滤网,填充滤料为3～15mm砂石,滤层厚度为

100mm。降水井间距为13～16m,井深24～28m

之间。

212　地层含砂与旋喷止水帷幕

从深圳地铁6标和3A标的情况[7]看,上覆砂层的存在对洞内施工存在很大的安全隐患:6标在没有采取措施前曾发生了洞内的局部涌水、涌泥,对应地表沉降达400mm;3A标则更严重,出现了大面积的波及地表的塌方,而且连续发生了两次,总结两者的共同点是砂层位置不采取措施无法隔断水源,且隔水层的汇水点位置是水量最大位置。6标采用小管棚通过后初期支护仍然水量很大,从拱部的两榀格栅之间的微裂隙和注浆管里流出;3A标则采用地表垂直旋喷加固地层,从抽芯试验和开挖面看加固效果很好。结合211的分析及本标段已采用的地表降水措施,在含砂地层段采用旋喷止水帷幕切断水源。

在区间范围内实施地表降水后,对隧道SK14+9581039～SK15+030段特别采用旋喷止水帷幕技术,隔断砂层的渗水通道,加强降水效果。止水帷幕施工前,采用地质钻机在地面钻孔取样,探测砂层的具体位置、厚度、地下水位及与隧道关系,由此确定止水帷幕施工范围。(见图1、图2)

图1　止水帷幕横断面布置图

图2　砂层段止水帷幕及井点布置平面图

213　人行天桥基础托换

暗挖隧道在CK15+438与CK15+731处穿越

深南大道上两座钢筋砼连续梁结构的人行天桥,其四只桥墩落在隧道的正上方,施工时要对其进行加

黄　俊等:富水软弱地层地铁隧道浅埋暗挖施工技术

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固,且天桥加固必须与地表降水综合考虑。同时比

较洞内大管棚与地表跟踪注浆或旋喷桩结合方案和对天桥基础进行托换技术的安全性和可实施性。大管棚施工占用隧道洞内空间,施工与开挖相互干扰,且施工中即使能保证隧道能顺利通过天桥基础,对基础的沉降仍难以保证,必须采取必要的措施(地表跟踪注浆或旋喷桩)分散桩基底部1500kN的荷载;而采用桩基托换可以与隧道开挖同步作业,不耽误基础下的开挖工序,隧道可以快速通过天桥基础,施工安全质量有保证。同时综合施工造价及深圳地铁已成功的桩基托换技术成果等因素最终采用桩基托换技术。

天桥采用托换梁永久加固(见图3),在隧道施工通过天桥基础后,由于土的压缩、地下水部分散失及开挖引起的地层应力释放,天桥基础下可能存在空隙,采用从地表或扩大基础上注双液浆的办法填充和加固地层。

图3　SK15+731人行天桥基础加固断面图

214　地质超前预报与施工监测反馈技术

由于区间隧道地质调节较差,对施工中的超前预报技术和监测的及时反馈要求很高,由两者的结果调整施工工艺参数,并及时调整地表降水的速度,确定人行天桥加固的安全性、可靠性,保证隧道暗挖施工的顺利进行。

从以往的经验和深圳地铁其他标段的实施情况看,超前地质预报对地质条件较差地层施工中遇到的难点可以提前了解,在勘察资料的基础上对特殊地段的地层情况进一步了解,施工中做到有的放矢。

在地层条件较好的地段对工作面的地质描述是预报技术中最基本的方法;对地质条件比较复杂的地层除了前者外,还要采用铲探法、地质雷达探测、地质钻机取芯探测、间接判断法、触探法及物探法等进一步调查开挖面前方地质情况。

本标段在砂层地段要特别注意对工作面的地质描述和施作超前小导管钻孔时涌出的泥浆及小导管贯入的难易程度判断掌子面前方地层的密实情况及含水量。同时在止水帷幕施工前,采用地质钻机在地面钻孔取样,探测砂层的具体位置、厚度、地下水位及与隧道关系,与勘察资料一起确定止水帷幕的设计参数。

施工监测是地铁暗挖隧道施工的晴雨表,隧道开挖过程中对地表沉降、拱顶下沉、隧道收敛、地下管线位移及地下水位变化等项目的监控量测能全面地反映浅埋暗挖施工中的地层响应,反馈施工从而适当调整施工工艺参数,完善其开挖的动态系统。对于上覆砂层地段的施工监测要适当加大各类测点的密度和量测频率,对施工难度大的断面要布设土体水平位移、深层土体沉降、隧道结构受力等项目的观测,为浅埋暗挖法在该类地层中的应用积累试验数据。3　施工技术及工艺要点311　富水软弱地段隧道施工技术及工艺要点

富水软弱地段区间隧道采用台阶法,小导管超前预注浆的辅助工法,开挖、支护示意见图4。小导管采用<42无缝钢管,δ=4mm,长315m,环向间距30mm,搭接长度不小于1m,注浆压力013～015MPa,注浆材料采用水泥-水玻璃双液浆。采用风钻钻孔安装或钻机顶进导管方式。开挖循环进尺0175m,台阶长度5～7m。左右线开挖距离错开15m左右。

图4　载荷板下土压力盒布置图

312　含砂层段隧道施工技术及工艺要点

在富水软弱地段隧道施工技术、工艺要点及地

质超前预报的基础上,对上覆砂层与通过人行天桥地段隧道施工适当调整施工工艺参数,具体措施如

　　　　　　　　　　　　　　岩　土　工　程　技　术　　　　　　　　　2004年第6期298下:

1)调整了超前注浆小导管布置参数,超前小导

管由原拱部150°调为180°,小导管环向间距调整为25cm,边墙局部增设小导管注浆;

2)格栅钢架特殊地段由原0175m/榀调为015m/榀,台阶长度适当减小;

3)初支背后及时回填注浆,局部出现地表下沉

较大时实行跟踪注浆;

4)上台阶的拱脚位置要用木板或钢板及时支撑,切勿直接坐落在土层里,在有水情况下更应注意拱脚的支护状态,控制拱顶及地表下沉;

5)在确保施工安排的前提条件下,及时施作了二次衬砌;

6)增大施工监测频率及反馈。4　暗挖隧道防水及二衬施工技术411　暗挖隧道防水施工技术

深圳富水软弱地层地铁隧道施工中以“初期支

护+柔性防水层+二次防水混凝土”三道防线设计结构防水(方案见图5)。

图5　隧道结构防水示意图

　　隧道结构防水设计遵循“以防为主、防排结合、

多道防线、刚柔并济、因地制宜、综合治理”的原则,结构防水等级为二级,结构不得有漏水,结构表面可有少量、偶见的湿渍。结构防水采用复合衬砌夹层全封闭防水层,其防水构造为:早强喷射混凝土、柔性防水夹层、二衬防水钢筋混凝土。防渗等级S8,耐腐蚀系数不低于018。防水卷材选用115mm厚ECB防水板。

　　初期支护应确保施工质量,保证喷射混凝土的均匀、密实性,确保在防水板施工时无水作业和基面平整。采用暗钉法防水板铺设。防水板铺设应注意搭接宽度、焊接工艺、充气法检查、施工中防水层保护等工艺质量,确保防水板的隔水效果412　暗挖隧道二衬施工技术

区间隧道二衬为复合式衬砌,采用C30二衬防

水混凝土,抗渗等级不小于S8,根据工程需要掺入适量的外加剂,改善混凝土的内部组织结构,提高抗渗性。

隧道拱、边墙和仰拱二次衬砌工序安排,均以纵向分段的仰拱先筑,边墙和拱整体浇筑的方式,以保证防水二衬混凝土的整体性。施工中,严格做好防水层的搭接和二次衬砌混凝土的施工缝处理。5　结　论浅埋暗挖法施工中的地表降水、天桥基础托换、上覆含水、含砂地层旋喷止水帷幕、地质超前预报、施工监测与反馈、隧道结构防水及二衬施工技术在深圳地铁23标富水软弱地层工程实践中的成功运用表明:浅埋暗挖法具有广泛的应用前景,适用于不同的地层条件。在工程实践中不断完善其施工工艺和辅助工法,使其在地铁建设中发挥更大的作用。

参　考　文　献

1　王梦恕.浅埋暗挖法设计施工问题新探.地下空间,

1992,12(4):289～294

2　刘招伟,王梦恕,等.浅埋暗挖法修建广州地铁杨—体区

间隧道工程.西部探矿工程,1999,11(6):10～12

3　施仲衡,张　弥,等.地下铁道设计与施工.西安:陕西科

学技术出版社,1997

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岩土工程界,2001,4(8):45～47

5　宋官平,雷建海.深圳地铁会展中心站—市民中心站区

间隧道治水防水施工技术.工程科技,2002(3):46～49

6　朱忠隆,等.土体加固与暗挖法在地铁联络通道施工中

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7　黄　俊,等.地铁隧道浅埋暗挖法施工工艺对地层变形

的影响.见:何川等编.地下铁道文集.成都:西南交通大学出版社,2003.583～588

收稿日期2004Ο04Ο12