摘  要 深圳地铁2 号线东延段安托山站—侨香站区间隧道顺利通过富水砂质地层的工程实例表明， 在复杂地层中采用地面降水、超前预注浆及水平旋喷桩加固等辅助措施是成功的，也是必要的；另外，在隧道下穿次高压燃气管施工中，采用悬吊保护措施也为矿山法隧道施工和管线的绝对安全带来了技术保障。

关键词 富水砂质地层 超前预注浆 水平旋喷桩 悬吊保护措施

 

      随着我国地下空间的不断开发和利用， 国内绝大多数的省级城市甚至二级城市已开始或规划修建地铁，城市地铁的建设正如火如荼地进行，掀起了城市轨道交通工程建设的热潮。 地铁区间隧道能否按时按质顺利贯通， 有时往往影响整条地铁线的开通运营。因此，区间隧道作为连接地铁车站的纽带在地铁系统工程中起着重要的不可替代的作用。

      目前国内比较成熟的区间隧道施工方法有明挖法、盾构法、矿山法，各有优缺点。 盾构有着安全、快捷、对周边环境影响小等显著优势被作为首选；明挖法造价较高，需考虑管线迁改和交通疏解，工期长，一般较少采用；矿山法工期长，安全性差，但在特殊的情况下有时反而作为唯一手段而凸显出它的特殊性和重要性。

 

      深圳地铁2 号线东延段安托山站—侨香站区间位于深圳市福田区，大致呈东西走向，区间隧道周边环境和地质条件复杂。沿线隧道穿越的各种地下管线和建（构）筑物较多，主要有隧道侧穿的鸣泉居住宅（16层，1层地下室）、香格丽苑住宅（31层，两层地下室）及部队驻地的水塔（钢筋混凝土结构），正下穿侨香四道及其路下的3000 mm×2500 mm、 埋深7.0 m 的雨水箱涵 ， 横穿侨香路及其路下的 6600mm×3100 mm、埋深 8.0 m 的雨水箱涵和 DN500 次高压燃气管。

      区间隧道所在位置原始地貌为台地及其山间沟谷，地势西高东低。 隧道沿线地质非常不均匀，除中间段（长度约占总长度的 40%）全断面位于花岗岩的中、微风化岩石层外，其余地质条件异常复杂。 以西段的隧道上半断面主要位于冲、洪积的砾砂层，下半断面位于花岗岩全、强风化带，隧道拱顶为较厚的人工填土、填石、填砂层；以东段的隧道上半断面主要位于冲、洪积的砾砂层和较厚的人工填石层，下半断面位于花岗岩风化残积层和全风化带中，隧道拱顶有约9.0 m 的人工填土层，局部有约 12.0 m 厚的填砂层。 花岗岩中、微风化强度较高，最大的达 150MPa；花岗岩残积层均匀性较差，强度不一 ，具有遇水软化、强度急剧降低等特点，甚至产生坍塌、流土等变形现象。区间隧道地下水位较高，第四系孔隙潜水主要赋存于冲洪积砂层及沿线砂 （砾） 质粘土层中，岩层裂隙水较发育，广泛分布在花岗岩的中—强风化带的构造节理裂隙密集带中。 砂质地层和填石层、填砂层含水丰富，且局部地段具有微承压性。 冲洪积砾砂层、中砂层、填砂层的渗透系数分别为 25m/d、10 m/d、15 m/d。

      原招标设计采用盾构法施工， 由于地质条件变化等因素， 后将盾构法变更为矿山法。 根据区间隧道沿线复杂的地质条件和周边环境条件，需采取多种辅助支护措施和保护措施， 以确保矿山法隧道施工的安全以及周边环境不受施工的影响， 这是本工程的重点和难点。

 

      区间东、 西两端的隧道上半断面主要位于第四系冲洪积的砾砂层（属于Ⅵ级围岩）中，拱部有较厚的人工填土、填石、填砂层，地下水丰富；地层非常松散，稳定性极差。 为防止突砂、突泥、地层坍塌、冒顶等不良现象的发生，需采取有效的辅助措施，以保证隧道的施工安全。

      辅助措施采用地面降水和洞内超前预注浆两种方式。

      在左、右线隧道中间位置，沿隧道纵向方向每隔8 m 布设一眼降水井，每个降水井设水位观测孔，在隧道开挖前将地下水位降至隧道开挖底面以下至少1.0 m。 每个降水井配备一台水泵，做到随集随排，严禁排出的水回流入降水井。为避免地面井点降水引起地层固结沉降对建筑物及管线的影响， 在降水施工期间加强对建筑物沉降、倾斜及地下水位的监测，同时在区间隧道过建筑物处设置地面回灌井， 以减少降水对建筑物和地下管线的影响， 保证周边建筑物的安全。

      降水井井孔直径0.8 m，井管直径 0.5 m，滤水层厚度0.15 m； 降水井钢筋笼外侧采用两层铁丝网， 靠地面采用粘土回填夯实。 井深至隧道底以下3.0 m，滤水层材料采用碎石，以防将泥砂带走。 降水井管井结构见图1。

      （1）注浆加固范围

      位于砂质地层的开挖面及初期支护开挖外轮廓线外3.0 m。

      （2）注浆管

      采用长、短导管结合的注浆管进行注浆，注浆管由φ42 热轧无缝钢管加工制成，壁厚 3.5 mm。 每次注浆长度不小于6 m， 止浆墙厚度不小于 2.5 m，每循环隧道开挖长度3.5 m。

      （3）注浆浆液

      采用水泥－水玻璃双液浆， 配比为 C∶S=1∶0.6～1∶1（体积比）；水泥采用强度等级为 32.5 MPa 的普通硅酸盐水泥，水玻璃模数 2.6～3.0，水玻璃浓度为30～40 Be’。

      （4）注浆压力及浆液扩散半径

      注浆压力为4.0～6.0 MPa，达到注浆终压并继续注浆10 min 以上；浆液扩散半径不小于 1.0 m。

      （5）注浆方式

      采用后退式分段注浆。

      （6）浆液填充率

      对于砂质地层段为20%～30%，对于土质地层段为10%～20%。

      注浆结束后，需要对注浆效果进行检测和评定；对于检查孔根据需要取岩芯，观察浆液充填情况，并检查测量孔内涌水量。 洞内超前预注浆掌子面注浆孔位布置见图2，纵剖面见图 3。

      隧道按照“新奥法”原理进行设计及施工^[1]，衬砌设计为复合式衬砌结构型式，即初期支护+二次衬砌。 虽然有降水和超前预注浆的辅助措施作安全保障，但为安全考虑，尽量降低和控制施工风险，在隧道拱部120°范围设置小导管预注浆。

      拱部小导管注浆采用φ42、t=3.5 mm 的钢管，长度L=4.0 m；环向间距 0.3 m，纵向间距 1.0 m，外插角12°～20°；注浆浆液采用纯水泥浆。 边墙采用系统砂浆锚杆，环向、纵向间距均为 1.0 m，错开布置，长度L=3.5 m。 初期支护采用强支护控制围岩变形，即采用300 mm 厚的网喷支护 、φ8@150 mm×150mm 双层钢筋网； 钢拱架采用刚度较大的 I22b 工字钢，并用 φ42 钢管进行锁脚和用纵向连接筋进行连接（图4）。

      隧道严格按照浅埋暗挖法的“十八字方针”进行施工。采用预留核心土的上下台阶法开挖，为有效控制拱顶沉降和水平收敛、 减少施工开挖对地面建筑物和管线的影响， 在上、 下台阶之间设置临时仰拱（图5）。

      在区间线路的东段，隧道斜穿侨香路，道路下方有6.6 m×3.1 m 的混凝土雨水箱涵，在该雨水箱涵的正上方有一根DN500 次高压燃气管 （燃气管体为钢管），隧道顶距离雨水箱涵最近处仅4.285 m（图 6），需采用可靠的措施来保证隧道开挖时管线的安全。对于3.0 m×2.5 m、埋深 7.0 m 的雨水箱涵，从地面采用袖阀管注浆加固保护^[2]。

      雨水箱涵和次高压燃气管段的隧道洞身大部分位于花岗岩残积层（砂、砾质粘性土层）中，隧道拱顶与污水箱涵之间的夹层为含水丰富的冲洪积砾砂层。 隧道过 DN500 次高压燃气管施工时，必须采取措施保证燃气管的安全。据悉，燃气管一旦发生爆炸，距离爆炸点方圆10 km 的地方都要受到影响，后果不堪设想。因此，如何确保次高压燃气管的绝对安全并做到万无一失显得尤为重要。 为切实保证隧道过次高压燃气管及雨水箱涵的安全， 首先对次高压燃气管进行悬吊保护， 再在隧道洞内采取水平旋喷桩加固堵水， 最后对隧道开挖面采用全断面的帷幕注浆加固地层。 隧道初期支护钢架采用刚度较大的I22b 工字钢进行强支护，施工过程中加强对燃气管和周边路面的监测，做到信息化设计与施工。

      燃气管保护措施由基础体系和悬吊体系组成。基 础 体 系 采 用0.8 m ×0.8 m 的 混 凝 土 地 基 梁 +φ800 mm 钻孔灌注桩基础，桩基础必须嵌入基岩不小于1.5 m；悬吊体系采用型钢组合梁+悬吊筋。 型钢组合梁由两根I45C 工字钢通过 20mm 厚缀板焊接而成，悬吊筋采用 φ32 光圆钢筋，两端加工成螺纹，并与 20 号槽钢连接（槽钢钻孔，与吊筋匹配）共同组成传力构件。 对于需悬吊的 DN500 次高压燃气管外面采用钢板包封，为有效保护燃气管，在燃气管底部设置管托。钢板包封（含焊接等）施工时，需采取措施避免对燃气管有安全方面的影响。

      燃气管保护施工顺序和方法：先对需要悬吊保护段进行施工围蔽和交通疏解→施作桩基础及地基梁→仔细开挖燃气管处的基坑→架设悬吊型钢组合梁和安装悬吊筋进行管线悬吊→隧道开挖施工。 燃气管保护施工的整个过程以及过此段的区间隧道施工的整个过程中，必须重点对燃气管进行施工监测。燃气管悬吊保护横断面设计图见图7。

      为保证隧道过雨水箱涵和次高压燃气管的安全，对此段区间隧道拱部的含水砾砂层采用水平旋喷桩加固堵水。水平旋喷桩加固体在拱部形成梁、拱效应，能够起到改良不良地质以及防流砂、抗滑移和防坍塌的作用。同时水平旋喷桩在旋喷过程中，水泥浆液沿着地层的缝隙渗透扩散， 尤其在涌水量较大的地层中， 水泥浆液扩散填充缝隙后可起到止水隔水的效果^[3]。

      （1）水平旋喷桩加固原理

      采用水平定向钻机打设水平孔，钻进至设计深度后， 从喷嘴以大于 35 MPa 的压力把配制好的水泥浆液喷射到土体内，借助流体的冲击力切削土体，使喷流射程内的土体被冲击破坏。 与此同时钻杆以一定的速度旋转，并以低速徐徐外拔，使土体与水泥浆充分搅拌混合，胶结硬化后形成直径比较均匀、具有一定强度（0.5～8.0 MPa）的桩体，从而使地层得到加固；当旋喷桩相互咬合后，便以同心圆形式在隧道拱顶及周边形成封闭的水平旋喷帷幕加固圈。

      （2）水平旋喷桩技术特点

      ① 强度高

      在高压旋喷过程中，使土体与水泥浆充分混合，从而形成一种类似混凝土的固结体，其强度要比一般的水泥浆体强度高。

      ② 均匀性好

      在成桩过程中，高压水泥浆喷射流可以将较大的块状土体破碎，使其充分与水泥浆液混合，形成水泥浆液与土体较均匀的混合体。

      ③ 可控性强

      水平旋喷的浆液限制在土体被冲击破坏的范围内，浆液注入部位和范围可以控制，可通过调节注入参数(切削土体压力、固化材料注入速度与配比、注入量等) 达到设计要求的固结体。

       （3）水平旋喷桩布置范围

根据现场地质条件和计算的相关参数， 在隧道拱顶180°范围内布置水平旋喷桩，桩中心距离隧道初期支护开挖轮廓线200 mm。 为加强拱部加固体的强度和刚度，在隧道拱顶仍布置超前小导管，并注浆。为保证初期支护钢架的稳定性，在初期支护拱脚处布置一根旋喷桩，使拱部钢架落在旋喷桩上，从而有效控制拱顶沉降和水平收敛。 旋喷桩布置范围见图8。

      （4）水平旋喷桩设计

      水平旋喷桩成桩直径为φ500， 桩中心间距为350 mm， 相互咬合 150 mm， 采用单管旋喷成桩施工，水平旋喷桩预导孔打设坡度（外插）为 1%。

      （5）水平旋喷桩施工工艺和技术要求

      ① 位置偏差为±5 cm。

      ② 打设坡度偏差在 2‰以内。

      ③ 桩长不小于设计桩长。

      ④ 成桩后桩体必须满足强度要求，桩体应确保连续、均匀，达到止水效果。

      ⑤ 应严格按照设计桩位、桩径、桩长和桩数施工。

      ⑥ 施工前，现场应先进行两根成桩试验，通过试验桩掌握钻进速度、拔钻速度、旋喷速度、喷浆压力、 单位时间喷浆量等技术参数， 确定旋喷的均匀性，确定最佳施工参数和最佳施工工艺。

      ⑦ 桩体施工过程要连续，不能间断，防止出现断桩、短桩现象的发生。如因机械故障或其它原因停机30~120 min 的，应重复旋喷 1m，超过 2 h 的按断桩处理，应重新钻孔成桩。