淺埋富水軟弱圍巖下穿城市公園施工技術(shù)

趙 善 同

(中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001)

淺埋富水軟弱圍巖下穿城市公園施工技術(shù)

趙 善 同

(中鐵三局集團有限公司，山西 太原 030001)

針對隧道在淺埋富水條件下下穿城市公園，圍巖遇水崩解的情況，為保證下穿隧道及地表建筑的安全，提出了施工中在隧道范圍內(nèi)采取高壓旋噴樁加攪拌樁組合加固地層，隔斷地下水通道，并輔以真空降水、玻璃錨桿加固掌子面等措施，使掌子面實現(xiàn)了干環(huán)境作業(yè)，順利下穿城市公園。

淺埋，富水，軟弱圍巖，旋噴樁，攪拌樁

新建廣州至珠海貨運鐵路工程作為廣州樞紐至粵西地區(qū)的一條重要出海通道，廣珠貨運鐵路設(shè)計時速為120 km。江門隧道全長9 185延米，為單洞雙線鐵路隧道，是廣珠鐵路的重點工程和控制性工程。該隧道DK111+735～DK112+470段上部為圭峰山國家公園、城市干道、紅星運動俱樂部，圍巖軟弱，地下水豐富，隧道埋深淺，施工風(fēng)險巨大。

1 工程概況

江門隧道DK111+735～DK112+470段地形較為平坦，基巖揭示為花崗巖，該段處于丘陵地區(qū)坡麓地帶,洞頂上覆第四系松散堆積層和全風(fēng)化層,洞身大部分穿越全風(fēng)化花崗巖層,圍巖疏松,遇水極易分崩瓦解為砂土狀；地下水受地表降水影響較大，主要為第四系孔隙潛水,正常平均洞身截面涌水量3 555 t/d，汛期最大涌水量突增。隧道之DK112+320～DK112+470地段洞身上面，縱長150 m范圍有化工廠1座及市政道路(圭峰路)1條；隧道之DK111+735～DK112+320地段縱長585 m范圍，下穿江門市最主要的市民公共場所——圭峰山國家森林公園，卡丁車俱樂部、圭峰山游樂場、紅星俱樂部、摩天輪密布其中,景觀湖瀕臨隧道右側(cè)，該段埋深較淺僅為10 m～17 m,原設(shè)計圍巖類別為V級，存在地表開裂沉降、冒頂坍塌等重大安全隱患，對上部構(gòu)筑物、道路及其他設(shè)施形成嚴(yán)重不利影響。

2 工程地質(zhì)

DK111+735～DK112+470段主要地質(zhì)為燕山期侵入(γ25)花崗巖，主要礦物成分為長石、石英及黑云母，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，本次揭露有全風(fēng)化、強風(fēng)化、弱風(fēng)化三帶，各風(fēng)化帶巖性特征如下：1)全風(fēng)化(W4)花崗巖：褐黃、褐紅等色，絕大部分礦物已風(fēng)化成土狀，可見殘余結(jié)構(gòu)，手捏有砂感，巖芯呈堅硬土柱狀，浸水易軟化崩解，揭露厚度3.60 m～26.40 m，頂面埋深1.00 m～29.00 m。2)強風(fēng)化(W3)花崗巖：褐黃、青灰色，大部分礦物已顯著風(fēng)化，節(jié)理裂隙很發(fā)育，巖芯呈碎塊狀或塊狀。揭露厚度1.30 m～10.20 m，頂面埋深0 m～39.10 m。3)弱風(fēng)化(W2)花崗巖：青灰色，中粗粒結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖芯呈柱狀，節(jié)長一般6 cm～38 cm，RQD=85%。揭露厚度0.5 m～22.70 m，頂面埋深2.00 m～43.20 m。

3 水文地質(zhì)

DK111+735～DK112+470段地下水主要為賦存于第四紀(jì)土層中的孔隙水、具隔水層的砂層中含有微承壓水及基巖風(fēng)化裂隙中的裂隙水。第四紀(jì)地層中的地下水主要受大氣降水及地表水入滲補給，水位變化因氣候、季節(jié)而異；因此由于氣候變化或季節(jié)性變化的影響，地表水、大氣降水以及上層地下水補給的綜合作用使得各基巖風(fēng)化帶裂隙中的地下水位有顯著變化。

4 施工難點分析及對策

在施工過程中，工作面現(xiàn)場揭示圍巖情況如圖1所示，比設(shè)計勘察所描述的地質(zhì)情況還要惡劣，洞頂覆蓋層多為回填土，土體含水量基本飽和，全斷面注漿效果較差，開挖圍巖遇水崩解，呈流塑狀，施工過程中多次出現(xiàn)小型坍塌，且掌子面在DK112+385處出現(xiàn)涌水涌砂，造成地表塌陷。

根據(jù)本段地質(zhì)條件及地表情況，本段工程施工重難點在于：1)如何保證隧道復(fù)雜的周邊環(huán)境及地下水發(fā)育條件下軟弱圍巖地段的施工作業(yè)安全；2)如何有效控制下穿地段的地表沉降并確保地面市政道路的運行安全；3)如何通過精細(xì)化管理，科學(xué)的施工組織設(shè)計，滿足施工的快速有序和有效支護形成。

上述難點的工程實施是能否順利實現(xiàn)施工安全、質(zhì)量、進度和效益目標(biāo)的關(guān)鍵，而且切斷隧道地下水的補給將尤為重要。

5 施工技術(shù)措施

針對隧道施工的難點及對策，針對隧道各段落采取了針對性的技術(shù)措施。

5.1 前期地表加固

為緩解工期壓力，在DK112+015處增設(shè)豎井，自新增豎井開始正洞施工后，發(fā)現(xiàn)圍巖情況較設(shè)計情況更為惡劣。提出采用旋噴樁和攪拌樁整體加固措施：1)在DK112+050～DK112+320段，在開挖邊界線外地表投影和端頭位置采用2排φ600@450咬合高壓旋噴樁止水,深度至隧道仰拱底以下3 m，形成一個封閉圈,斷開洞身側(cè)向圍巖的水源補給,然后在此封閉圈內(nèi)采用φ400的真空井進行井點降水，真空井間距20 m，深度至仰拱底以下2 m。洞內(nèi)開挖施工可根據(jù)圍巖情況進行調(diào)整，以加快施工進度。2)在DK112+320～DK112+360段采用帷幕注漿止水，DK112+320～DK112+340段下穿圭峰路，采用φ159大管棚一次施作后再行開挖，開挖方法采用CRD工法。DK111+735～DK111+950段地質(zhì)鉆孔揭示，主要為粉質(zhì)黏土和全風(fēng)化花崗巖，掌子面開挖揭示，遇水軟化崩解，上部為回填土，且地表有紅星俱樂部、摩天輪、高壓電塔及公園內(nèi)觀賞水庫等，為保證隧道施工及地表建構(gòu)物的安全，地表同樣設(shè)置2排φ600@450旋噴樁止水帷幕，中間設(shè)置φ400降水井的方式進行超前降水加固。旋噴樁施作深度過深后，效果難保證，設(shè)計采用旋噴樁深度不超過26 m，施工前進行試樁，以保證止水效果。旋噴樁施作至內(nèi)軌頂面深度，如深度超過26 m，則仍按26 m施作，以保證隧道開挖上半部降水效果即可。對上部地勢相對較高的坡地地段，上部2 m～3 m旋噴樁采用空樁。前期地表旋噴樁加固及降水見圖2。采取上述措施后，掌子面涌水量有所減小，圍巖狀態(tài)稍有好轉(zhuǎn)，上臺階水分基本疏干，可自穩(wěn)，但由于圍巖含泥量較大，下臺階降水效果較差，仍為流塑狀(見圖3)，上部覆蓋層多為回填土，開挖后不能有效成拱，上臺階拱腳處支撐不足，開挖后圍巖變形量較大，并出現(xiàn)多處裂縫。地表亦出現(xiàn)明顯下沉(見圖4)，施工安全隱患仍然巨大。為保證施工安全，在洞內(nèi)及地表采用袖閥管預(yù)注水泥—水玻璃雙液漿加固，以控制圍巖變形。

在采用以上地表加固措施后,隧道內(nèi)圍巖狀況得到了一定的改善,但是隧道內(nèi)涌水較大,施工進度緩慢。

5.2 旋噴樁和攪拌樁組合加固

為確保隧道施工安全和保證施工進度，提高隧道內(nèi)圍巖強度、減少隧道內(nèi)施工涌水，保證地表不出現(xiàn)大的沉降，采取在地表隧道兩側(cè)增加旋噴樁和地表洞身范圍內(nèi)攪拌樁加固，提高旋噴樁成樁深度、施工降水井等措施。

1)地表增加旋噴樁和洞身范圍施作攪拌樁。a.在DK112+300～DK112+075及DK111+935～DK111+860隧道兩側(cè)已施工雙排φ600@450旋噴樁地段，在已施作旋噴樁的內(nèi)側(cè)，自地表增設(shè)與外側(cè)相同技術(shù)參數(shù)的雙排旋噴樁進行加固，加固深度下至仰拱底部以下1.0 m、上達(dá)外拱頂以上4.0 m；洞身范圍內(nèi)兩側(cè)旋噴樁之間采用攪拌樁進行加固，技術(shù)參數(shù)為φ600@600，加固深度下至內(nèi)拱頂以下3.5 m、上達(dá)外拱頂以上4.0 m。洞內(nèi)超前支護采用管棚鉆機施作φ108 mm管棚，并于管棚之間套打φ42注漿小導(dǎo)管；在開挖掌子面循環(huán)增設(shè)φ24 mm玻璃纖維錨桿以確保土體穩(wěn)定，纖維錨桿采用梅花形布置，間距為1.5 m×1.5 m；掌子面開挖采用三臺階臨時仰拱法進行施工。b.在DK111+860～DK111+760地段，自地表沿隧道洞身兩側(cè)設(shè)雙排φ600@450旋噴樁進行加固，加固深度下至仰拱底部以下1.0 m、上達(dá)外拱頂以上4.0 m；

洞身范圍內(nèi)兩側(cè)旋噴樁之間采用攪拌樁進行加固，技術(shù)參數(shù)為φ600@600，加固深度下至內(nèi)拱頂以下3.5 m、上達(dá)外拱頂以上4.0 m。洞內(nèi)超前支護采用管棚鉆機施作φ108 mm管棚，并于管棚之間套打φ42注漿小導(dǎo)管；在開挖掌子面循環(huán)增設(shè)φ24 mm玻璃纖維錨桿以確保土體穩(wěn)定，纖維錨桿采用梅花形布置，間距為1.5 m×1.5 m；掌子面開挖采用三臺階臨時仰拱法進行施工。地表洞身范圍未施作及已施作攪拌樁地段加固示意圖見圖5。

2)地表施作降水井。DK111+796～DK111+774段隧道兩側(cè)采用真空降水井降水，深度至隧底下3 m，縱向間距10 m；隧道洞身兩側(cè)設(shè)雙排φ600@450旋噴樁進行加固，加固深度下至仰拱底、上達(dá)外拱頂以上4.0 m；洞身范圍內(nèi)兩側(cè)旋噴樁之間采用攪拌樁進行加固，技術(shù)參數(shù)為φ600@600，加固深度下至內(nèi)拱頂以下3.5 m、上達(dá)外拱頂以上4.0 m。洞內(nèi)超前支護采用管棚鉆機施作φ108 mm管棚，并于管棚之間套打φ42注漿小導(dǎo)管；在開挖掌子面循環(huán)增設(shè)φ24 mm玻璃纖維錨桿以確保土體穩(wěn)定，纖維錨桿采用梅花形布置，間距為1.5 m×1.5 m；掌子面開挖采用三臺階臨時仰拱法進行施工。同時，在DK111+760～DK111+735段采用全斷面帷幕壓注水泥—水玻璃雙液漿止水，超前支護采用φ108超前管棚套打φ42小導(dǎo)管；開挖采用CRD法施工。

6 實施效果

工作面加固后，掌子面開挖施工揭示效果良好，僅有少量滲水，完全滿足正常施工條件，安全及進度狀況極大改觀。

7 結(jié)語

對于埋深較淺、地下水發(fā)育、圍巖軟弱破碎甚至雜填土或易于發(fā)生涌泥涌沙地質(zhì)條件下的隧道施工，尤其處于構(gòu)筑物下方或下穿市政運營道路時，對于位移和沉降的嚴(yán)格控制至關(guān)重要。在施工過程中采取增大超前支護密度和強度、全斷面帷幕注漿等技術(shù)措施，確保了隧道的施工安全；針對淺埋隧道的特點在地表實施了攪拌樁和旋噴樁組合加固、輔以地表真空井點降水等措施進行地表加固，在很大程度上對地下工程開挖過程中的地下水徑流進行了有效控制。通過采用上述技術(shù)和施工措施，實現(xiàn)了下穿隧道安全通過的目的，保證了地表臨近范圍內(nèi)建筑物、市政道路及城市其他公用設(shè)施的安全。

On construction technique of rich water weak rock down-traversing urban parks

Zhao Shantong

(ChinaRailwayNo.3BureauGroupCo.,Ltd,Taiyuan030001,China)

According to the surrounding rock’s degradation in tunnels down-traversing urban parks in the condition of shallow rich water, the paper points out the consolidation layer with high-pressure rotary jet grouting pile and mixing pile within the tunnels’ scope and separates the underground water channel and adopts vacuum dewatering and tunnel face with the glass anchor so as to ensure the safety of down-traversing tunnel and face building, so as to realize the environmental construction and complete the down-traversing urban park.

shallow buried, rich water, weak surrounding rock, rotary jet pile, mixing pile

2014-12-23

趙善同(1970- )，男，高級工程師

1009-6825(2015)08-0171-02

U455

A