超浅埋大跨度矿山法隧道过饱和含水砂层

超浅埋大跨度矿山法隧道过饱和含水砂层
的方案设计与比选
黄建明
广州地铁设计研究院
摘要本文通过详细介绍客村二、三号线联络线段区间超浅埋大跨度矿山法隧道过饱和含水砂层的方案设计与比选，以便今后遇到类似工程问题提供参考。

关键词超浅埋大跨度矿山法隧道饱和含水砂层
1工程概况
客村二、三号线联络线段区间隧道位于赤岗站至客村站区间左线上，区间东端为盾构隧道，西端为客村站，设计起点里程为ZDK4+905.000,设计终点里程为ZDK5+128.690，左线隧道长度为229.594m(左线长链5.094m)；联络线在左线ZDK4+930.000处向西南出岔，设置单开(左开)9号道岔一付，联络线隧道设计终点里程为LAK0+100.000。

由于本段区间隧道内净空必须同时满足盾构通过及联络线开岔的要求，致使本段隧道具有如下几个特点：1）跨度大，净空高（最大的Ⅴ型隧道开挖断面跨度15.553m，高度11.550m）；2）断面型式多变（共设置了Ⅰ~Ⅶ型七种不同断面）；3）施工工法多样（采用了上下超短台阶法、中隔壁CRD法、双侧壁导坑法等工法）；4）覆土浅，地质差（最大的Ⅴ型隧道断面顶部覆土不足8.0m，地质上下软，中间硬）；
客村二、三号线联络线段区间隧道是广州地铁二号线首期工程中临时考虑增加的工程，隧道由原设计盾构法施工改为矿山法施工后，在施工过程中揭露的地质情况与原详勘地质情况严重不符，并在施工阶段进行了补钻，发现在左线里程ZDK4+988.000～ZDK5+000.000段及联络线里程LAK0+059.000～LAK0+069.000段，即区间Ⅴ型隧道断面顶部顶切穿冲积—洪积砂层〈3-2〉，属Ⅰ类围岩，与原地质钻孔揭示为硬塑状粉质粘土〈5-2〉的地质情况相差较大，并在联络线分叉处形成沙漏斗，施工过程中地表监测也表明此区域地表沉降极为异常，与沙漏斗的位置较为吻合，必须采用有效措施预加固该段地层。

由于本段区间隧道处于新港中路正下方，地面交通繁忙，地下管线多（洞顶上方有6条管线，其中φ1200的排水管和φ800的给水管距洞顶仅5.0m）；隧道顶部饱和含水砂层自稳性极差，开挖时极易失水，同时此处Ⅴ型隧道断面为本段区间最大的开挖断面，跨度大，净空高，覆土浅，采用复杂的双侧壁导坑法施工。

在此情况下，隧道施工存在极大的难度和风险，如若处理不当，极易产生地表下沉，影响地面交通及地下管线的安全，甚至会产生流砂、涌泥等灾害性的坍塌事故。

因此，选择一个有效、合理的过含水砂层方案在此处尤为重要，以确保隧道施工的安全。

2方案设计
根据地层特性、隧道施工工法及加固要求，主要设计了如下三个加固方案：
2.1地表注浆加固方案
采用地表注浆对隧道上方软弱地段进行双液固结，将砂层中地下水挤出，并改善地层物理力学参数，从根本上提高隧道上方土体的承载能力，保证隧道施工安全，主要设计参数如下：
2.1.1 注浆加固范围
注浆加固范围里程分别为ZDK4+981.800~ZDK5+013.000及LAK0+52.100~LAK0+090.000，宽度为20.0m，厚度为隧道砂层以下1.0m至隧道顶部以上2.0m。

2.1.2 注浆孔布置
注浆管采用φ50PVC管，外设φ89套管，套管设置止浆塞；注浆管长9.0m~11.0m，注浆段长3.0m~5.5m，并沿管壁钻设φ8小孔；注浆管横向间距
1.5m，纵向间距1.5m，呈梅花形布置。

2.1.3 注浆材料
注浆材料为水泥、水玻璃双浆，其中水泥采用425#普通硅酸盐水泥，水玻璃波美度为35～40Be，水泥浆水灰比为W：C=1：1，水泥浆与水玻璃体积比C：S=1：0.5，缓凝剂磷酸氢二钠3%，双液浆初凝时间1~2min。

2.1.4 注浆方式
采用一次压入式工艺注浆，注浆压力0.5~1.0Mpa。

2.2地表旋喷桩加固方案
采用三重旋喷管将浆液喷出与饱和含水砂层混合固结成旋喷桩，在隧道上方形成一层壳体，以保证下方隧道开挖的安全，主要设计参数如下：2.2.1旋喷加固范围
同2.1.1
2.2.2旋喷桩布置
旋喷桩设计桩径 1.5m，桩间距1.0m，呈梅花形布置，桩长9.0m~11.0m。

2.2.3浆液材料
浆液配比为水∶水泥（425#普通硅酸盐水泥）∶氯化钙=1∶1∶0.02（重量比）。

2.2.4旋喷工艺参数
旋喷管旋转速度15~20r/min，提升速度0.1~0.2m/min，泥浆压力2MPa，水压20Mpa，喷浆量0.12m3/min。

注：开工前首先作试验，以确定合理的旋喷参数和浆液配比。

2.3 洞内双排小导管超前注浆加固方案
在饱和含水砂层地段沿隧道拱部设置上下双排小导管，进行全断面双液封闭注浆，以形成固结止水帷幕，防止隧道顶部坍塌，主要设计参数如下：
2.3.1 注浆加固范围
同2.1.1
2.3.2 超前注浆支护小导管布置
隧道采用全封闭注浆，拱部设置双排小导管，第一排小导管为原各断面设计图中的超前注浆小导管，但外插角都改为7°；第二排小导管采用φ50无缝钢管，管长4.5m，壁厚4mm，外插角25°，环向间距0.4m，纵向间距3.0m，布于隧道周边150°范围内；掌子面注浆封闭采用φ50无缝钢管注浆，管长4.5m，注浆孔间距1.0m，纵向间距3.0m，梅花形布置于掌子面内。

止浆墙采用0.25m厚喷射混凝土及
1.5m厚预留止浆墙。

2.3.3 注浆材料
同2.1.3
2.3.4 注浆方式
同2.1.4
3 方案比选
由上可知，地表注浆加固方案具有操作方便、地层加固可靠性高、对
洞内施工无干扰、对工期影响较小，费用较低等优点，但对地面交通影响大，交通疏解困难，且受地下密布管线的影响，地面钻孔难以实施；地表旋喷桩加固方案也具有地层加固可靠性高、对洞内施工无干扰、对工期影响较小等优点，但对地面污染较大，费用偏高，同样受地面交通及地下管线的影响，难以实施；洞内双排小导管超前注浆加固方案对地面交通没影响，但需要增加工期。

通过综合经济技术分析比较，地表注浆加固方案及地表旋喷桩加固方案均难以实施，故采用洞内双排小导管超前注浆加固方案对Ⅴ型隧道断面顶部饱和含水砂层进行加固。

4总结
Ⅴ型隧道断面是典型的超浅埋大跨度隧道断面，采用双侧壁导坑工法施工，对于其顶部饱和含水砂层采用洞内双排小导管超前注浆加固方案加固后，现隧道已顺利通过此饱和含水砂层，证明当初选择这个方案的正确性、可行性。

综上所述，解决一个工程问题的方案具有多样性，但综合经济、技术及周边环境条件分析比较后却往往具有唯一性。

参考文献
[1]《广州市地下铁道二号线首期工程客村二、
三号线联络线段施工勘察阶段岩土工程勘察报告》
[2]《广州市地下铁道二号线首期工程客村二、
三号线联络线段施工图设计说明》
[3]《铁路隧道新奥法指南》。