海濱城市地鐵區間穿越卵石層河道技術【內容提要】XX市地質條件復雜，地鐵區間穿越城市河道更是施工風險控制的要點，若事先調查不充分、方案不當、應急準備不足，將極有可能發生坍塌冒頂、河水倒灌等災難性事故，甚至殃及地面建筑、人群。本文通過對某區間隧道穿越河道施工前的風險分析、地質勘測、降水、地表注漿止水、以及施工過程中的洞內全斷面注漿、加強支護等技術措施研究，從而為類似穿越河道等復雜條件下淺埋隧道施工提供經濟、安全、可靠的指導性施工方案。【關鍵字】卵石河道旋噴樁降水小導管全斷面注漿建筑物監測1引言本文中介紹的地鐵區間位于城市繁華街道處，設計區間將穿越的河道現狀為城市排洪渠，渠頂采用砼蓋板封閉后上方建有二層辦公樓。地鐵施工從河道卵石層中穿過，地下水豐富。施工過程中，經多次現場勘查及專家會議研究，制定了洞外、洞內綜合治理的技術措施。從穿越河道的風險分析入手，全面考慮周邊環境、現場施工條件，提出施工控制要點及主要施工措施。2工程概況2.1基本概況本段區間線路線間距12m，隧道拱頂覆土11.7m，區間采用暗挖法施工。區間隧道下穿某排污河。區間隧道線路與河道交角約78°，穿越段隧道長9m。河床寬8.7m，河床經人工硬覆蓋，為季節性河流，雨季形成河流，現狀為排污通道。2.2工程地質及水文地質下穿段區間隧道埋深較淺，且處于全風化泥灰巖與全風化鈣質板巖交界處，穿越段隧道拱頂上方為卵石層，透水性極強。卵石層地層局部已侵入隧洞頂面下3.0m。在穿河段，隧道位于全風化泥灰巖地層中，屬Ⅵ級圍巖。本場地地下水按賦存條件主要為基巖裂隙水，基巖裂隙水主要賦存于卵石層以及基巖裂隙中。地下水位埋深2.30～9.10m，地下水的排泄途徑主要是蒸發和地下徑流，主要補給來源為大氣降水。詳見附圖1、2地質縱段圖。圖1右線下穿春柳河段地質圖圖2左線下穿春柳河處地質圖3穿越河流段隧道施工重難點及存在問題分析區間隧道左、右線下穿春柳排污河，隧道埋深較淺，且處于全風化泥灰巖與全風化鈣質板巖交界處，穿越段隧道拱頂不同程度上存在極強透水性卵石層侵入情況，該段施工處于雨季，施工中安全風險極大。根據地質資料、施工圖紙和現場踏勘和分析，在該段施工中存在以下重難點需要解決：a需要對隧道穿越河段進行進一步探測，摸清地質情況。河道下方即為卵石地層，且河底滲水嚴重，雨季地表水可滲透卵石層直接灌入隧道。因為原河道崎嶇，且經過城市修建改造，很難判斷河底卵石層分布情況及地下滲水通道，需要對此段地質狀況進一步做詳盡勘察。b需對隧道穿越河段進行隔斷處理，阻斷卵石層水進入隧道，引起河水倒灌，造成淹洞事故本區段地下水主要為基巖裂隙水，且主要賦存于卵石層中，卵石層透水性極強。必須采取有效措施截斷地下水的補給源，并降低地下水位，使土層排水固結，增加圍巖自穩穩力；避免開挖擾動造成涌泥、涌水和拱頂下沉、塌方等事故。c需防止隧道穿河段周邊管線、建筑物因開挖排水和施工擾動造成的破壞。隧道埋深較淺，河底距離隧道拱頂僅10m，春柳河兩側為居民樓。此段為全風化泥灰巖遇水軟化崩解，成流塑狀，極不穩定，在隧道通過及降水過程中為保證安全，必須采取有效措施加固地層，加強開挖和初期支護措施。d需防止侵入隧道局部卵石地層突涌，造成淹洞施工。隧道穿河段為Ⅵ級圍巖洞段，隧道洞身處于全風化泥灰巖中，拱部為卵石地層，地下水豐富；河底至拱頂埋深在10m左右，開挖過程中需采取必要的地表加固卵石地層措施，確保隧道施工的穩定。4穿河段隧道施工技術方案穿越河道主要補堪、地表雙排咬合旋噴樁隔離、卵石層地表注漿、洞內超前注漿、加強支護等措施，具體敘述如下：4.1進一步補充地質勘察技術方案補充勘察的主要任務是詳細探明本區段的工程地質條件，進一步查明不良地質、特殊地質的性質、特征、范圍，特別是卵石層的范圍。詳細查明本區段附近地表水水位、流量、水質、及補給、排泄條件與地下水的相互關系，為降水設計提供資料；查明地下水的水位、流向、了解地下水動態和周期變化規律。4.1.1補充勘察的主要方法a工程地質調繪：現場對場地進行全面地質調繪并數碼照相。調查新、老堆積土、特殊土工程地質特征；調查構造類型類型、形態、產狀、分布規律；調查地下水類型、基本特征、補給來源和排泄條件。b鉆探:主要是揭示地層層序、結構、巖土工程特征、取樣及孔內測試，認識地表以下地層特征，了解地下水具體情況，摸清卵石層的具體范圍、侵入隧道具體深度等。采用全站儀按坐標放孔并超平，同時人工挖掘2～3m探坑，確認孔位處無地下管線等障礙物及地上障礙物后，鉆機就位，開鉆。鉆探工藝、取樣、孔內測試等嚴格執行《鐵路工程地質鉆探規程》（TB10014—98）的有關規定。巖芯按順序放于巖芯箱內，及時鑒定、記錄，并用數碼相機逐孔、逐箱拍攝記錄。準確量測初見及穩定水位。鉆孔終孔時現場進行鉆探質量評定，合格后及時封填鉆孔并移入下孔鉆探。c抽水試驗：施工219mm直徑的水文鉆孔，鉆孔作為水文觀測孔及后續施工降水孔，采用抽水設備在水文鉆孔內進行單孔分層抽水試驗，抽水試驗前及時進行洗孔，測量自然靜止水位。根據地層情況和水量先試抽，以便清洗鉆孔、檢查抽水機械設備是否正常運轉，了解最大降深的涌水量，然后按照有關規范要求進行正式抽水試驗，分3次降深，準確觀測記錄水位、水量，當出現水量和水位降深與時間關系曲線在一定范圍內微小波動，且沒有持續上升或下降趨勢時，確定為抽水穩定，穩定時間不少于4小時，達到要求穩定時間后進行恢復水位觀測。試驗完成后按照有關要求進行資料整理。4.1.2補充勘察勘探孔布置按照《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范》（GB50607—1999）規定，結合場地情況，布置勘探孔。本次補勘探孔A、B、C、D共4個，抽水孔1個，鉆探總進尺120m。勘探孔位置詳見圖3《補勘探孔位置平面圖》。圖3補勘探孔位置平面圖4.2雙排高壓旋噴咬合樁止水墻施工卵石層范圍主要分布在某廠區內，該范圍沿線路縱向延伸約70m，其中間約35m部分埋深較大，與區間隧道的垂直距離較近，局部已侵入隧道拱頂。為截斷地下水的補給，在隧道周圍上方做一道高壓旋噴樁止水帷幕。詳見圖4《旋噴止水帷幕平面示意圖》。圖4《旋噴止水帷幕平面示意圖》高壓旋噴樁的施工原理是利用鉆機的鉆具將帶有噴嘴的鉆頭鉆進至設計深度后，在高壓泵高壓的作用下，將一定水灰比的水泥漿液，通過高壓管泵送至鉆頭，使所注入的高壓水泥漿液經過噴嘴噴射出來，沖擊、切割周圍土體；同時鉆具又以一定速度旋轉并進行提升，這樣水泥漿液強制攪拌周圍土體形成圓柱體的樁體。由于漿液克服地層阻力而滲入周圍地層孔隙中，依靠水泥漿液的特性，固化地層，使得地層強度得以提高。當設計為咬合施工時，形成的固化體連接密實可以達到止水的效果。本次高壓旋噴注漿采用二重管旋噴注漿法，當二重注漿管鉆進到土層的預定深度后，通過在管底部側面的一個同軸雙重噴嘴，同時噴出高壓漿液和空氣這兩種介質的噴射流，沖擊破壞土體，具體來說，即以高壓泥漿、高壓發生裝置噴射出20Mpa左右壓力的漿液，從內噴嘴中高速噴出，并用0.7Mpa左右的壓力把壓縮空氣從外噴嘴中噴出，在高壓漿液流及其外圈環繞氣流的共同作用下，破壞土體，噴嘴一面噴射一面旋轉和提升，最后在土體中形成圓柱狀固結體。二重管旋噴注漿法結構如圖5所示。圖5二重管旋噴注漿法結構示意圖施工工藝：如圖6所示：測量放線定位引孔鉆機就位鉆進成孔清孔移鉆插入高噴管測量放線定位引孔鉆機就位鉆進成孔清孔移鉆插入高噴管高噴作業回灌搬遷開孔檢查泥漿注入換漿清渣孔內保持滿漿漿液配制泵送試噴檢查啟動空壓機送風觀察高噴參數4.3打設降水井，對地下水進行井點降水降水井直徑為Φ600mm，全孔下入Φ300水泥礫石濾水管。井孔沉淀管以上4m范圍的的濾水管外包一層密目尼龍網，全孔回填粒徑為3～7mm中粗砂濾料，井深考慮為12米，抽水采用200QJ40-39/3型潛水泵，流量30～55m3/h、揚程50m，采用自動抽水控制裝置，保證水位線時刻處于設計位置。降水井結構如圖7所示：圖7降水井管結構示意圖4.4河床底卵石地層的旋噴注漿加固河床底部的卵石松散，穩定性較差，采用旋噴注漿法加固地層。首先利用鉆機把安裝在注漿管(單管)底部側面的特殊噴嘴，置入土層下方12m處，控制注漿壓力為2.0MPa左右注入質量比為1:1的水泥漿，將河床底部的卵石地層固結。4.5洞內采用全斷面注漿及超前小導管注漿支護措施4.5.1洞內全斷面注漿在穿越段卵石層溝谷處洞內20延米范圍，進行全斷面注漿；用于注漿的孔口管采用φ80mm的焊接鋼管或外徑不大于90mm、壁厚5～7mm無縫鋼管制作而成。為保證注漿施工順利安全進行，工作面必須網噴50cm以上的混凝土進行封閉，然后按要求進行孔位放線、鉆機定位，試機運轉。4.5.1.1注漿參數：a注漿采用雙液漿，水泥漿與水玻璃漿體積比為1:0.6～1:1。b注漿壓力不宜超過1.5Mpa，凝膠時間控制在1～2min。c緩凝劑摻量應根據所需凝膠時間而定，一般為水泥用量的2%～3%。d注漿采用水玻璃漿液，濃度為20～35Be’。e拱部以下注漿范圍為開挖輪廓線外0～3m，終孔間距按（1.5～1.6）R考慮，一般為2～3m,注漿終壓為1.2～1.5Mpa,漿液擴散半徑R為1.5～2.0m。4.5.1.2注漿施工方式：采用前進式注漿方式。a鉆孔采用引孔導入法，即先用φ90mm鉆頭鉆進2.5～3.0m后停止鉆孔。將孔口管正確裝入鉆孔內，用快凝水泥進行堵孔，并保證孔口管方向與鉆孔方向一致。b在孔口管周圍堵孔1h后可進行短注漿，形成止漿墻，以防止正式注漿時漿液外溢滲漏。c進行止漿墻注漿2～4h后，改用φ65mm鉆頭繼續鉆孔，軟弱地層鉆孔采用分段前進形式，鉆一段注一段。圖8全斷面注漿示意圖超前小導管注漿支護每循環開挖前，采用環向小導管注漿，以此改善圍巖的物理力學性能，起到增加圍巖防滲和自穩能力。小導管為Φ42熱軋水煤氣管，壁厚3.25mm,管頭30°椎體，小導管環向間距0.3米。外插角度為10°～15°，L=3m，小導管中間部位鉆直徑為6～8mm的溢漿孔，呈梅花形布置，間距為15cm，尾部0.8m范圍內不鉆孔以防漏漿，末端焊直徑為6mm的環形箍筋。超前小導管注漿材料為水泥水玻璃雙液漿，水泥漿：水玻璃=1：0.8（體積比）。小導管打設完成后開始進行小導管注漿，嚴格控制注漿壓力為0.6Mpa，終壓必須達到設計要求，并穩壓，保證漿液的滲透范圍，防止出現結構變形、串漿等異常現象。4.6地質超前預報及地表建筑物監測施工前需洞內接近卵石層20m時，進行TSP超前地質預報或地質雷達測試，準確判斷出地質情況后在進行下一步施工；同時，加強地下、地表建筑物檢測工作，加強監測頻率及監測布點，采取24小時監控量測跟蹤施工，信息反饋指導施工。根據監測結果，必要時采取跟蹤注漿措施。當地下水位、地面變形任何一項超過警戒值時，應立即停止施工，對春柳河河床基礎底部土體進行注漿加固。確保周邊環境施工安全。4.7、其他注意事項及措施a隧道施工采用臺階法，開挖采用0.5m進尺循環，不得超挖，開挖結束后，立刻對掌子面進行封閉處理，在掌子面上初噴3—5cm混凝土，并安裝鋼筋網片，搭接長度2