广州地铁某联络通道软弱地层中施工措施
2011-06-23 21:55
广州地铁某联络通道在软弱地层中的施工措施
【摘 要】联络通道作为盾构附属工程，一般在盾构通过后、隧道贯通前与盾构隧道同时施工。当联络通道在软弱地层中施工时，其施工安全性不仅与通道本身能否顺利施工有关，还关系到整个隧道的施工安全。如处理不当，会影响盾构施工的正常进行，甚至威胁已建成的盾构隧道的安全。因此，在软弱地层中施工联络通道，是盾构地铁施工中的难点之一，本文通过介绍广州地铁某联络通道在软弱地层施工的实例，为类似工程提供参考。
【关键词】联络通道；软弱地层；施工
1、引言
在地铁盾构隧道的施工中，联络通道受隧道线路设计的制约，其地质情况却往往不甚理想，在施工过程中倘若方法不当则很容易出现塌方事故，风险较大。在广州、深圳地区都曾出现过联络通道塌方事故，引起了广大工程技术人员的关注。
广州地铁某联络通道处于富水软弱地层，在综合考虑施工风险和工程造价后，选取了合适的施工方法，使工程得以顺利完成。
2、工程概况和地质水文条件
2.1工程概况
广州地铁某盾构区间平面线形沿某城市主干道布设，道路两侧有房屋但一般距离隧道边线15m以上。区间内设计一座联络通道，拱顶埋深约11m，采用矿山法施工。盾构隧道估计在2~3个月内贯通，因此联络通道工期较紧。
2.2工程地质和水文地质条件
联络通道下部洞身为粉质粘土层，上部洞身为中粗砂层，洞顶以上依次为中粗砂层、淤泥粉细砂层、人工填土层。地质情况如图1所示。
此类地层具有高含水量、高渗透性、高敏感度、高压缩性、低强度的特点，需经过加固处理后才能进行开挖。
3、施工方法选择
本工程工期紧，施工安全风险高，且对周围环境的影响较大。根据工程地质、水文条件，结合目前地铁联络通道的施工经验，主要有以下几种工法[1][2]：
（1）直接采用新奥法施工。采用此工法有施工简便、工期短、成本低的特点，但仅限于围岩自稳性较好，地下水较少的情况，本工程不适用。
（2）采用冷冻法先进行水平冻结加固后开挖构筑。此工法适用于有一定渗透性的土层，加固效果较好，安全性高，但造价很高，且工期较长。考虑到成本和工期因素，本工程舍弃采用此工法。
（3）先进行水平注浆加固后再开挖构筑。当围岩有一定自稳性，但容易受地下水影响时，可以选择通过隧道内水平注浆隔断水源和加固土体，然后快速开挖支护以确保安全的施工方法。此工法在广州、深圳地区广泛使用，具有工期短、成本低、安全性较高的特点。但本工程位于中粗砂层和粉质粘土层，地质情况很差，单使用水平注浆进行加固的方法具有一定的风险。
（4）进行地面旋喷桩或搅拌桩竖直加固辅以水平注浆后开挖构筑。在淤泥质土、粉土、粉质粘土、砂性土等软弱地层中，当联络通道的加固深度适合做旋喷桩或搅拌桩时，可以从地面采用旋喷桩（地下水较多时）或搅拌桩（地下水较少时）加固洞顶上方土体，在隧道内用水平注浆的方法隔断水源和加固洞身及其周边土体，然后再开挖构筑联络通道。此工法安全性高，通过提前加固土体的方法可以缩短对盾构隧道施工影响的工期，且施工成本比冻结法低，结合本工程的特点，这是最适用的方法。
4、加固方案设计与实施
加固方案思路是以地面加固为主，水平注浆主要是为了隔断水源和进行补充加固。
4.1地面加固方案与实施
在联络通道对应的地面位置，采用Φ800@600三管旋喷桩进行加固。加固范围为隧道边线外延1.6m；纵向长度为联络通道边线外3.6m；加固深度拟定为地面以下13m。对于盾构管片范围内的旋喷桩，保证其桩底位置离开盾构管片不小于10cm。加固前，为保护特殊管片环，需先安装型钢支撑，如图2所示。
旋喷桩水泥浆液采用P.C32.5R早强复合硅酸盐水泥，水泥浆液水灰比为0.8∶1～1∶1，水泥浆喷射压力0.8～1.2MPa，高压水压力30~35MPa，空气喷射压力大于0.7MPa，喷射提升速度10～15cm/min，旋转速度5～20rpm。施工前先进行试桩，并进行抽芯检测，最终以试桩确定的施工参数组织施工。
加固施工完成后，在地面对加固体进行抽芯检测，检测合格后，方可进行联络通道的开挖施工。如抽芯检测发现地层加固存在薄弱部位，则需要对薄弱部位进行补充加固，在确认加固达到效果后方进行联络通道开挖。
4.2隧道内水平注浆方案与实施
隧道内水平注浆主要分为两个步骤：一是在洞门管片切割前先在其两侧施工止水环；二是每段开挖前要进行超前小导管注浆加固。
（1）洞门管片切割前先施工止水环。洞门管片切割前，先在其两侧3环施注双液浆止水环，待止水效果理想方可破洞。若盾构隧道管片背后存在“水囊”，可先在通道洞口左右侧各5m范围处设一排水孔，提前做好排水工作。保证管片洞口切割后不会发生土方坍塌及涌水现象。
双液浆配合比如下：水玻璃溶液配比为水玻璃∶水=1∶2（重量比），所使用的水玻璃为40波美度；水泥浆水灰比为1∶1，水泥使用32.5普通硅酸盐袋装水泥；水玻璃溶液∶水泥浆溶液=1∶2。配比可根据现场试配结果适当调整。
在破洞前进行探水检查，了解该处围岩的裂隙发育情况和是否富存地下水。若发现地下富水量较大时，先在开口位置压注双液浆止水，待止水效果理想方可破洞。
（2）开挖前的超前小导管注浆。每段洞体开挖前，在拱顶180°范围内采用Φ42小导管超前支护。小导管长为3m，环向间距0.3 m，纵向间距1.5 m，纵向搭接1.5m，外插角约5～7度。再用1∶1水泥浆液采取“注一跳一”间隔注浆法对将要开挖的土体进行超前加固，小导管注浆有效长度为2m，梅花孔间距不大于100mm。
在每段超前小导管注浆要达到止水效果后才能进行开挖，如地下水较大，采用单液注浆效果不好时可改注双液浆。
5、开挖及支护方法
按照加固方案对联络通道洞身及其上部土体进行加固后方可进行开挖。联络通道洞门切割后可根据其周边地层情况，如地层不够稳定可考虑设置约2m长的渐变段进行小断面开挖，待开挖进尺超过渐变段到达正常开挖断面后，再对渐变段进行二次开挖至正常断面。隧道正常断面开挖采用环形开挖保留核心土法，边开挖边支护。
每次开挖完成后及时采用钢格栅+双层钢筋网片和喷射混凝土联合组成初期支护。掌子面稳定性差时，应随时喷射混凝土封闭工作面。环形开挖进尺为0.5m，台阶长度控制在3m以内。同时根据围岩类别，拱顶预留沉降变形量3～5cm。由于联络通道洞身长度短，作业空间受限制，采用人工出土，挖出土方由人工运出洞口后通过盾构隧道的运输列车运走。
6、针对开挖可能出现险情的应急保证措施
（1）联络通道开挖过程中，如掌子面发生小量掉块，可能发生不稳定情况时，应立即挂钢筋网喷射混凝土作为临时支护，使用方木临时支顶，并使用小导管注浆加固土体，待掌子面稳固后再继续开挖。再次开挖时应注意增加小导管和土钉数量。
（2）如掌子面发生较大量的坍塌，应立即采用砂袋回填等措施，并喷射混凝土充填满回填的砂袋与拱顶部的空隙和坍塌部位，同时坍塌部位的小导管加长、加密，土钉加大，待掌子面稳固后，再清除砂袋继续开挖。
（3）如遇局部透水砂层有涌水情况发生时，应立即采用掺有大量速凝剂的喷射混凝土封闭涌水面，喷混凝土前预埋泄水钢花管。然后加长、加密小导管，注浆时采用水玻璃或其它速凝剂的双液注浆，有效止水和稳固掌子面。
（4）若遇有含水层情况，应认真喷混凝土封堵工作面，在工作面前进行注浆堵水，然后探水，确认在无水范围内进行受控状态下开挖。
（5）施工场应准备有抢险用材料；如：方木支顶、注浆花管、砂袋、速凝剂、水玻璃及双液注浆泵等，以备随时调用。
7、结语
本工程于2009年9月初开工，于2009年10月底顺利完工，施工过程中未出现安全质量事故，对盾构总工期也未产生影响。
施工过程中根据地层条件采取环形开挖保留核心土法和及早进行初期支护成环，并针对开挖风险做足预防措施，这些对策在此类地层中施工联络通道是有效的。
参考文献
[1]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出社，2004.
[2]任志坚，佘才高.南京地铁盾构隧道联络通道设计与施工[J].都市快轨交通，2005.
