高含水率淤泥質(zhì)地層中地下通道暗挖施工技術(shù)

賈喜濤

(北京中鐵隧建筑有限公司，北京 100022)

淤泥質(zhì)黏土地層曾被視作暗挖施工禁區(qū)，在修建城市地下工程時(shí)常采用明挖法，需要占用大量公用資源，在杭州和上海地區(qū)成功進(jìn)行了地下通道暗挖施工，解決了在淤泥質(zhì)黏土地層中采用淺埋暗挖法修建地下通道的技術(shù)難題，為在淤泥質(zhì)地層修建地下工程提供了新的選擇。

本文介紹應(yīng)用暗挖法在溫州施工過街通道的案例。

1 工程概況

溫州附二醫(yī)人行地道下穿溫州市學(xué)院西路，連接溫州醫(yī)學(xué)院與附屬第二醫(yī)院，整個(gè)通道呈“丁”字形分布，結(jié)構(gòu)平面如圖1。

圖1 附二醫(yī)人行地道結(jié)構(gòu)平面及位置示意

通道采用淺埋暗挖法施工，用豎井做為施工通道和作業(yè)空間，沿水平方向?qū)Φ貙幼{;拱部設(shè) φ108 mm超前水平大管棚+超前水平TSS注漿管;利用上半斷面垂直打設(shè)WSS注漿管對(duì)下半斷面土體補(bǔ)注漿;CRD法開挖，保持適當(dāng)?shù)呐_(tái)階距離，使整個(gè)通道的初期支護(hù)逐步封閉成環(huán);縱向分段拆除臨時(shí)支護(hù)，鋪設(shè)防水板，完成二次襯砌。

注漿加固以WSS超前預(yù)注漿為主，TSS超前小導(dǎo)管補(bǔ)注漿為輔，改良范圍是通道拱部開挖輪廓線外2 m、邊墻開挖輪廓線外3 m、底部開挖輪廓線外4 m范圍內(nèi)的土體;拱部打設(shè) φ108 mm超前水平大管棚，壁厚8 mm，環(huán)向間距為20 cm;斷面為單拱直墻帶仰拱，開挖斷面凈空為7.5 m(寬)×6.8 m(高)，初期支護(hù)為格柵鋼架 +(φ22 mm連接筋@50 cm)+(雙層φ6.5 mm@10 cm×10 cm網(wǎng))+C20噴射混凝土;二次襯砌為C30 S8混凝土，構(gòu)成復(fù)合式襯砌，初期支護(hù)厚30 cm，二次襯砌厚40 cm。暗挖通道橫斷面見圖2。

工程地質(zhì)剖面如圖2所示，對(duì)本工程有影響的地層現(xiàn)狀如下:

地層①雜填土:灰黃、灰色，飽和，不均勻，稍密;主要由建筑生活垃圾、碎石及黏性土組成，最大塊徑達(dá)30～40 cm、碎塊石含量為40% ～60%，在深度2 m以下，土層以黏性土為主，碎石、塊石、碎磚等粗大骨料含量為10% ～30%。層底高程0.90～1.50 m，厚度3.50～4.10 m。

地層③淤積軟土:青灰、灰色，土體呈流塑狀，高壓縮性、高靈敏度。高韌性，干強(qiáng)度高，無搖振反應(yīng)，切面光滑;本層共分三個(gè)亞層，對(duì)本工程有影響的是地層③1淤泥，為青灰色，含少量粉砂或貝殼碎片及少量腐植質(zhì)，上部發(fā)育有小孔洞、水溶洞。層底高程-9.80～-10.15 m，厚度10.70～11.60 m。為人行地道通道所處土層。

圖2 地道結(jié)構(gòu)斷面及地質(zhì)柱狀圖(單位:mm;高程:m)

圖3 暗挖通道施工工藝流程

本工程所在場(chǎng)區(qū)勘探深度內(nèi)有上層滯水和潛水，上層滯水主要存在于雜填土，潛水賦存于黏土及淤積軟土;淤積軟土具微透水性，地下水徑流條件差、水量小;主要受上層土層滲流、大氣降水等補(bǔ)給?？碧狡陂g，鉆探孔內(nèi)地下水埋深1.71～1.90 m、高程為3.23～3.60 m，根據(jù)區(qū)域資料顯示，地下水位年變化幅度為2.0～3.0 m。

2 暗挖施工

2.1 施工方案

根據(jù)“加固超前、小分塊、快封閉、環(huán)套環(huán)”的原則采用分部開挖;拱部φ108 mm大管棚為主輔以周邊徑向TSS管，形成棚幕超前支護(hù);在其保護(hù)下TSS輔助二重管無收縮雙液漿全斷面多角度、多頻次預(yù)加固;分上下二層共6塊，按CRD法錯(cuò)步開挖支護(hù)并設(shè)臨時(shí)仰拱和支撐，確保開挖安全;分段主動(dòng)換撐，按底板、邊墻及拱部順序施工二次襯砌。具體如圖3。

暗挖施工必須遵循“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”的方針。

1)管超前:采用超前支護(hù)的各種手段提高掌子面的穩(wěn)定性，防止周圍土體液化松弛和坍塌，本工程采用φ108 mm大管棚+TSS管聯(lián)合進(jìn)行超前支護(hù)。

2)嚴(yán)注漿:通過TSS輔助二重管無收縮雙液漿注漿工藝改良周邊土體，在通道周邊形成一定強(qiáng)度的止水殼，同時(shí)加強(qiáng)周圍土體及掌子面土體的自穩(wěn)能力。通道全斷面一次性縱向加固范圍為20 m，設(shè)有3 m厚止?jié){墻;開挖輪廓線以外2 m及基底以下3 m范圍內(nèi)采用TSS管超細(xì)水泥—水玻璃雙液漿進(jìn)行加固，一次性縱向加固范圍為6 m，縱向搭接3 m。

3)短開挖:一次注漿，多次開挖，嚴(yán)格限制一次性開挖進(jìn)尺為0.5 m，縮小暴露臨空面，縮短暴露時(shí)間，在周邊及土體松弛并坍塌之前進(jìn)行強(qiáng)支護(hù)。

4)強(qiáng)支護(hù):嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)進(jìn)行初期支護(hù)、臨時(shí)支護(hù)的施工，使結(jié)構(gòu)能較快達(dá)到較大的剛度，以控制開挖初期的變形。臨時(shí)支護(hù)采用20 cm厚C20噴混凝土+I20工字鋼臨時(shí)支撐，初期支護(hù)采用φ6.5 mm@150 mm×150 mm鋼筋網(wǎng)片 +格柵鋼架0.5 m/榀 +30 cm厚C20噴混凝土聯(lián)合支護(hù)。

5)早封閉:通道采用CRD工法分為六塊進(jìn)行開挖支護(hù)，每一塊都是封閉成環(huán)自成支護(hù)體系的。為及時(shí)控制周圍土體松弛，必須采用臨時(shí)仰拱盡快封閉成環(huán)，開挖一環(huán)，封閉一環(huán)，提高初期支護(hù)的承載能力。

6)勤量測(cè):施工過程中進(jìn)行全程量測(cè)，掌握施工動(dòng)態(tài)，及時(shí)反饋指導(dǎo)施工。根據(jù)本工程的數(shù)值計(jì)算和對(duì)該地段周圍環(huán)境的影響分析，該地段的地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)為50 mm;施工完成后的地表最大沉降為39.31 mm;這說明通道在施工過程中所采用的地表沉降控制措施是切實(shí)有效的。

淤泥質(zhì)黏土層具有“四高兩低”(高壓縮、高靈敏、高蠕變、高含水率、低強(qiáng)度、低透水)的特性，暗挖施工的首要問題是完成淤泥質(zhì)地層加固改良，確保安全;通過預(yù)注漿的方法可有效改善淤泥質(zhì)黏土地層。預(yù)注漿工藝繁多，且易出現(xiàn)地面隆起、局部存在注漿盲區(qū)、造價(jià)過高及易造成二次擾動(dòng)等問題，因此，需選用合理的注漿工藝。

通過對(duì)二重管注漿、TSS注漿、水泥漿液、水泥—水玻璃雙液漿等進(jìn)行針對(duì)性試驗(yàn)，對(duì)注漿方法、材料、工藝進(jìn)行對(duì)比，注漿方案以采用二重管鉆機(jī)無收縮漿液加固技術(shù)為主，TSS注漿管無收縮液漿加固為輔。二重管鉆機(jī)采用特殊的端頭混合器和二重管注入方式;TSS注漿管溢漿孔上覆蓋貼片，可以起到逆止閥的作用，能夠滿足后退式分段注漿工藝，且操作簡(jiǎn)單。

2.2 施工工藝

1)在超前管棚保護(hù)下，通過豎井對(duì)通道拱部及邊墻開挖輪廓線外2 m、底部3 m范圍內(nèi)土體采用二重管水平注漿工藝進(jìn)行土體改良并對(duì)開挖面進(jìn)行適當(dāng)加固。

2)通道上半部超前，對(duì)未開挖的下半部及底部3 m范圍內(nèi)采用二重管垂直注漿工藝，進(jìn)行再次補(bǔ)注漿液。

3)每部開挖前對(duì)開挖輪廓線外設(shè)徑向超前TSS注漿管，與拱部管棚共同形成超前棚幕支護(hù)，補(bǔ)注雙液漿。

通過試驗(yàn)選擇普通水泥+水玻璃+外加劑注漿材料作為主要加固材料，二次補(bǔ)注漿材料采用MC超細(xì)水泥+水玻璃漿+外加劑;漿液配比根據(jù)試驗(yàn)確定，針對(duì)不同地層進(jìn)行調(diào)整。

2.3 施工效果

溫州市附二醫(yī)人行過街地道工程，通過的淤泥層含水率高達(dá)70%;周邊建(構(gòu))筑物多、地下管線復(fù)雜，地道下穿的學(xué)院西路是交通主干道，施工難度較大。

施工中先通過二重管無收縮雙液漿全斷面多角度、多頻次預(yù)加固地層;然后采用 φ108 mm咬合大管棚形成超前支護(hù);分上下二層共4塊，按CRD法錯(cuò)步開挖支護(hù)并設(shè)臨時(shí)仰拱和支撐;分段主動(dòng)換撐，按底板、邊墻及拱部順序施工二次襯砌。成功地穿越高含水率淤泥質(zhì)地層，為在淤泥質(zhì)地層修建地下工程提供了一種新的施工方法。

3 結(jié)束語

隨著上海、杭州、南京等城市暗挖地鐵建設(shè)的開展，濱海相沉積淤泥地層淺埋暗挖技術(shù)將會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。該技術(shù)今后仍需在以下方面進(jìn)行更深層次的探索。

1)結(jié)合杭州、上海、溫州等城市淤泥地層中淺埋暗挖施工的開展，需對(duì)淤泥地層較大或超大斷面隧道的施工原則、技術(shù)、方案、方法和輔助措施等進(jìn)行深入研究，進(jìn)一步完善了施工技術(shù)。

2)在我國淺埋暗挖法作為一個(gè)處于發(fā)展中的施工技術(shù)，風(fēng)險(xiǎn)管理評(píng)估和研究實(shí)踐均屬于起步階段，需要在風(fēng)險(xiǎn)管理的法律性條文制訂、研究方法量化、研究成果轉(zhuǎn)化和實(shí)際應(yīng)用等方面作深層次的研究，以指導(dǎo)施工。

［1］王夢(mèng)恕.地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論［M］.合肥:安徽教育出版社，2004.

［2］劉勝群，吳延平，海鈞.淤泥質(zhì)軟土人行過街地下通道出入口施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2009(9):58-59.

［3］劉坤鵬，管澤英.注漿加固地層技術(shù)在淤泥地層中的應(yīng)用［J］.隧道建設(shè)，2006，26(1):74-77.

［4］白嵐.鐵路站場(chǎng)下軟土地層淺埋暗挖地下通道的施工技術(shù)［J］.鐵道建筑，2008(9):54-56.

［5］楊世武.淤泥質(zhì)地層淺埋暗挖施工技術(shù)措施［J］.鐵道工程學(xué)報(bào)，2003(2):64-67，78.