紅黏土淺埋暗挖隧道施工風(fēng)險(xiǎn)及處理措施

汪 東，鄭文昌，劉 浩

(1.中國水電顧問集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院巖土工程有限公司，貴州 貴陽 550081； 2.中國電建集團(tuán)貴陽勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，貴州 貴陽 550081； 3.中鐵隆工程集團(tuán)有限公司，四川 成都 610046)

1 工程概況

擬建七云區(qū)間隧道全長908.598 m，區(qū)間為雙洞單線隧道，施工豎井設(shè)置于區(qū)間隧道中部，分4個(gè)作業(yè)面向兩端車站開挖，采用礦山法施工。區(qū)間線間距為11～14 m，隧道拱頂埋深8.2 m～19.0 m，隧道底板標(biāo)高1 248.9～1 263.6 m，洞寬6.5～6.7 m，洞高7.0～7.2 m，屬于淺埋暗挖隧道。

2 工程地質(zhì)條件及設(shè)計(jì)超前支護(hù)措施

2.1 工程地質(zhì)條件

七云區(qū)間地貌類型為中山溶丘和溶蝕洼地相間地貌，地形較為平緩，地面標(biāo)高1 269.0～1 280.9 m，平均坡度2°左右。該區(qū)間自上而下分布的地層依次為第四系覆蓋層、三疊系下統(tǒng)大冶組石灰?guī)r，巖層產(chǎn)狀100°∠8°。第四系覆蓋層上部是由混凝土、瀝青及人工回填碎塊石夾紅黏土構(gòu)成的現(xiàn)狀道路，厚2～5 m；下部為殘坡積紅黏土，厚3～15 m，由上至下可塑及軟塑狀。

根據(jù)勘察資料，該區(qū)間初詳勘59個(gè)鉆孔中有23個(gè)鉆孔揭露溶洞，鉆孔見洞率39.0%，巖溶強(qiáng)發(fā)育。場區(qū)地下水位埋深 3.5～11.5 m，標(biāo)高1 261.2～1 271.7 m，地下水類型主要有孔隙水、基巖裂隙水及巖溶管道水三種類型，七云區(qū)間為區(qū)域范圍內(nèi)地下水匯集區(qū)，地下水豐富。

七云區(qū)間大里程(左線ZDK10+836～11+182；右線大里程YDK10+858～11+182)隧道拱頂埋深8.2～10.6 m，至上而下依次為雜填土層(1.6～11 m)，可塑狀紅黏土層(1.2～10 m)，軟塑狀紅黏土層(0～5 m)，中風(fēng)化灰?guī)r，隧頂大部分位于可塑、軟塑狀紅黏土中，見圖1。

圖1 七云區(qū)間大里程綜合地質(zhì)剖面圖

2.2 設(shè)計(jì)超前支護(hù)措施

隧道圍巖為Ⅴ級(jí)，超前支護(hù)在隧道拱部120°范圍打設(shè)Φ42×4 mm超前小導(dǎo)管，L=3.5 m,環(huán)向間距0.35 m，縱向間距1.5 m，搭接區(qū)域2 m，外插角5°～7°。

3 存在的施工風(fēng)險(xiǎn)

3.1 洞內(nèi)坍塌

隧頂大部分位于可塑～軟塑狀紅黏土中，由于紅黏土自穩(wěn)性差且地下水豐富，開挖過程中掌子面及拱頂易出現(xiàn)涌水、涌泥現(xiàn)象，未采用預(yù)加固段施工過程易出現(xiàn)頂拱失穩(wěn)。掌子面拱頂失穩(wěn)見圖2。

圖2 掌子面拱頂失穩(wěn)(YDK10+882)

3.2 地面沉降、塌陷

七云區(qū)間大里程段沿白云中路往南敷設(shè)，沿線有雨水、污水等管線分布，埋深較淺，根據(jù)現(xiàn)場雨污水管線調(diào)查，破損嚴(yán)重，隧道開挖過程，大量雨污水沿土體下滲，導(dǎo)致局部下部紅黏土層遇水軟化，局部低洼處紅黏土遇水后變成流塑狀，施工中掌子面坍塌、拱頂?shù)魤K以及拱頂上部紅黏土失水收縮均可能引起地表沉降、塌陷，施工風(fēng)險(xiǎn)高。整個(gè)區(qū)間在施工過程因?yàn)閹r溶、雨污水管滲漏多次發(fā)生地面沉降、塌陷。

3.3 環(huán)境影響

隧道平行下穿城市主干道白云北路、白云中路，車流量大，交通繁忙，地面沉降、塌陷對行車安全影響較大。道路下方市政管網(wǎng)、燃?xì)夤?、給水管、強(qiáng)弱電密布，路面的沉降、坍塌可能導(dǎo)致自來水管的斷裂，由于自來水管道屬于有壓管道，自來水對土體的沖刷作用極其強(qiáng)烈，可在短時(shí)間內(nèi)形成空洞，影響范圍較大，危害很強(qiáng)烈，安全隱患大。七云區(qū)間在施工過程中總計(jì)發(fā)生8次比較嚴(yán)重的自來水管破裂情況，并導(dǎo)致洞內(nèi)出現(xiàn)了涌水、坍塌或地面塌陷等不同危害程度的工程地質(zhì)災(zāi)害，對周邊環(huán)境影響較大。

4 超前預(yù)加固措施

由于紅黏土自穩(wěn)性差，加之雨污水的滲漏，區(qū)間隧道富水條件下原有超前支護(hù)措施(超前小導(dǎo)管)無法保證施工安全； 隧道平行下穿城市主干道白云北路、白云中路，交通繁忙、管線復(fù)雜，不具備地表注漿加固的條件。為保證施工安全，七云區(qū)間大里程采用洞內(nèi)拱頂深孔注漿(后退式注漿)加固圍巖的處理措施。

4.1 基本原理

在軟、流塑狀紅黏土層隧道開挖掌子面利用無風(fēng)壓鉆機(jī)鉆至設(shè)計(jì)深度，在鉆桿退出時(shí)，直接利用鉆桿對前方紅黏土體進(jìn)行注漿加固處理，固結(jié)軟弱圍巖，形成保護(hù)拱圈。并利用后方圍巖作為天然止?jié){墻，確保注漿過程中注漿壓力快速提升至設(shè)計(jì)強(qiáng)度，避免重復(fù)修建止?jié){墻。

4.2 施工工藝

1)修建止?jié){墻(首段)：為方便施工，止?jié){墻的施作采用C25網(wǎng)噴混凝土，網(wǎng)片采用Φ8@150×150單層網(wǎng)片，同時(shí)在掌子面初支環(huán)向施作Φ22×2 m錨筋，與鋼筋網(wǎng)片連接成整體，增加其受力特性，若加固段落連續(xù)，在考慮2～3 m的搭接時(shí)，為簡化工序，該步驟可省略，一般用在首段加固。

2)測量定位布孔：在掌子面布設(shè)一環(huán)(25孔)，然后用鉆機(jī)定位、鉆孔，孔深16～30 m。

3)后退式注漿：按照“由外到內(nèi)、由上到下、間隔跳孔”的原則進(jìn)行注漿加固處理，注漿分段長度1～2 m(根據(jù)鉆孔情況可現(xiàn)場調(diào)整)。即鉆進(jìn)孔底，注漿一次，注漿結(jié)束后再退1～2 m進(jìn)行注漿，依次循環(huán)，直至結(jié)束該孔注漿。后退式注漿示意圖見圖3，注漿參數(shù)見表1。

圖3 后退式注漿示意圖

表1 后退式注漿注漿參數(shù)

注漿材料采用普通水泥-水玻璃雙液漿、普通水泥單液，現(xiàn)場注漿施工中根據(jù)情況進(jìn)行漿液種類和配比的選擇調(diào)整。

4.3 加固效果

未進(jìn)行超前預(yù)加固前，普通超前小導(dǎo)管無法起到加固土層的作用，七云區(qū)間大里程開挖過程中經(jīng)常出現(xiàn)拱頂?shù)魤K、掌子面坍塌，甚至地表開裂變形、路面坍塌等，施工風(fēng)險(xiǎn)極大。

采用后退式注漿進(jìn)行超前預(yù)加固后，開挖面注漿凝固體呈脈狀分布，土體穩(wěn)定，解決了開挖過程拱頂失穩(wěn)、涌水、突泥等情況，有效約束了地層變形，增強(qiáng)了地層的自穩(wěn)能力，保證了隧道施工安全。同時(shí)，該工法操作簡單，可根據(jù)不同段落不同地質(zhì)圍巖情況實(shí)時(shí)調(diào)整注漿參數(shù)，達(dá)到動(dòng)態(tài)施工的目的，與傳統(tǒng)全斷面注漿、水平旋噴樁施工等工藝比較經(jīng)濟(jì)效益顯著。超前預(yù)加固開挖掌子面見圖4。

圖4 超前預(yù)加固后開挖掌子面

5 結(jié) 語

1)貴陽地鐵2號(hào)線七云區(qū)間采用淺埋暗挖的礦山法施工，隧頂大部分位于可塑～軟塑狀紅黏土中，由于雨水、污水等管線的滲漏，圍巖穩(wěn)定性差，普通超前小導(dǎo)管無法起到加固土層的作用。

2)隧道施工存在洞內(nèi)坍塌、地面沉降、地面塌陷的施工風(fēng)險(xiǎn)；由于隧道下穿城市主干道白云北路、白云中路，車流量大，管線復(fù)雜，施工對周邊環(huán)境影響大。

3)采用后退式注漿加固方式可達(dá)到對掌子面超前預(yù)加固的效果，加固后漿脈清晰，開挖過程中可保證掌子面、路面及市政管線安全。

4)該工法工序簡單、利于操作，與傳統(tǒng)全斷面帷幕注漿、水平旋噴樁等工藝相比，簡化了施工工藝，節(jié)約了施工工期及施工成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

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