粘土層遇水條件下隧道初期支護(hù)方法探討

　　摘要：以沈陽至鐵嶺城際鐵路起點-醫(yī)學(xué)院站區(qū)間粘土層遇水條件下隧道初期支護(hù)方法為例,簡要介紹粘土層遇水條件下的支護(hù)參數(shù),并提出施工過程中具體的施工措施。同時為今后類似工程施工提供借鑒。

　　關(guān)鍵詞：粘土層,遇水,隧道,初期支護(hù)

　　0 引言

　　在1987年北京地鐵首次采用暗挖法設(shè)計、施工建成了復(fù)興門車站折返線工程之后，由于造價低、拆遷少、靈活多變、無須太多專用設(shè)備、不干擾地面交通和周圍環(huán)境等特點，取得了很大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。其方法的實質(zhì)內(nèi)涵可用l8字原則概括，即：“管超前”、“嚴(yán)注漿”、“短開挖”、“強(qiáng)支護(hù)”、“快封閉”和“勤量測”。該方法不僅在北京地層中應(yīng)用，而且也可以在全國類似地層和各種地下工程中應(yīng)用。

　　王夢恕[1]院士在多年工程實踐和理論研究的基礎(chǔ)上，并把大家的工程實踐經(jīng)驗和教訓(xùn)吸納進(jìn)來，歷經(jīng)5年著成《地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論》，對淺埋暗挖技術(shù)的理論基礎(chǔ)、工程理念、設(shè)計與施工方法進(jìn)行了全面論述。本書是我國第一部全面系統(tǒng)論述“淺埋暗挖法”理論、設(shè)計、施工的專著，是

　　在求真、求實、求是的科學(xué)寫作的態(tài)度上完成的，

　　它不但是隧道修建史上里程碑式的著作，更是地下

　　工程領(lǐng)域劃時代的作品。本書注重理論聯(lián)系實際，力求簡單明了，具有指導(dǎo)性、理論性和可操作性，可供從事地鐵、鐵路、公路、水利、礦山、軍工、城市規(guī)劃各行業(yè)、建設(shè)管理、設(shè)計、施工、監(jiān)理、運(yùn)營養(yǎng)護(hù)各部門、高校、研究單位的科技、工程技術(shù)人員應(yīng)用，是隧道與地下工程建設(shè)者難得的設(shè)計、施工指導(dǎo)手冊。

　　隨著經(jīng)驗的積累，我國淺埋暗挖法隧道施工技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并在北京、廣州、深圳、上海等大城市修建了大量地鐵，沈陽、南京、成都、杭州、西安、長沙等城市也在建或者籌建地鐵。地鐵是位于地下的大型工程，由于中國各城市地質(zhì)情況不盡相同，因此地鐵在修建過程中不可避免地會遇到不同地質(zhì)條件，下面筆者結(jié)合沈陽至鐵嶺城際鐵路土建工程施工實踐，就粘土層遇水條件下隧道初期支護(hù)方法提出相關(guān)建議。

　　目前，在地鐵隧道尤其是在粘土層遇水條件下開挖的地鐵隧道施工，對于相關(guān)支護(hù)參數(shù)沒有具體優(yōu)化，在施工過程中遇到的地質(zhì)失穩(wěn)等特殊情況也無相關(guān)建議。因此，本文以沈陽至鐵嶺城際鐵路起點-醫(yī)學(xué)院站區(qū)間為例，通過長時間的經(jīng)驗積累，對隧道支護(hù)參數(shù)以及現(xiàn)場安全現(xiàn)場施工給出指導(dǎo)性建議。

　　1 工程概況

　　1.1 設(shè)計概況

　　起-醫(yī)區(qū)間隧道從起點起至醫(yī)學(xué)院站，沿黃河北大街向北至醫(yī)學(xué)院站，起訖里程為：右K0+0.000～右K1+390.500，全長1390.500雙線米，區(qū)間設(shè)1座風(fēng)井和一個聯(lián)絡(luò)通道與左右線連通，其中心里程分別為右K0+398.178及右K0+900.000。區(qū)間為單洞單線馬蹄形斷面，線間距15m，線路縱向呈“∨”型坡，區(qū)間隧道覆土厚度為10-12m，采用礦山法施工。

　　1.2 工程地質(zhì)概況

　　區(qū)間主要位于礫砂(③-4)、中粗砂(③-3)層，均處于潛水層內(nèi)，上覆土層主要為圓礫、礫砂及中粗砂層。依據(jù)《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范》[2]場地人工填土可挖性分級為Ⅲ級，圍巖級別為Ⅴ級，其它地段土層可挖性分級為Ⅰ級，圍巖級別為Ⅵ級。

　　1.3 粘土層遇水情況

　　2010年11底區(qū)間左、右線施工至K0+239里程附近時，拱部地層出現(xiàn)滲水，隨掌子面開挖滲水時大時小，掌子面和已完初支局部表面都有明水，受此影響拱部和掌子面土體遇水易失穩(wěn)，多次出現(xiàn)局部塌方和掌子面涌泥現(xiàn)象，見圖1。

　　1.4 設(shè)計概況

　　起-醫(yī)區(qū)間采用淺埋暗挖法施工，區(qū)間設(shè)1座風(fēng)井和一個聯(lián)絡(luò)通道與左右線連通，其中心里程分別為右K0+398.178及右K0+900.000。

　　起-醫(yī)區(qū)間正線支護(hù)參數(shù)：初期支護(hù)開挖凈空為6.00m(高)×6.50m(寬)，采用臺階法施工，支護(hù)體系為：超前注漿小導(dǎo)管φ32×3.25，L=1.8m，環(huán)向間距300mm+φ6.5@150X150單層鋼筋網(wǎng)+250mm厚鋼格柵C25噴射混凝土。

　　支護(hù)參數(shù)和措施

　　隧道多次出現(xiàn)掌子面失穩(wěn)和掌子面涌泥現(xiàn)象，且隧道沉降和地表沉降值均較大，因此，研究粘土層遇水條件下的隧道支護(hù)參數(shù)和制定具體施工措施是十分必要的。

　　文章通過該工程的實踐經(jīng)驗提出粘土層遇水條件下的隧道支護(hù)參數(shù)，并給類似地質(zhì)條件下施工提出具體措施。

　　2.1 粘土層遇水條件下隧道支護(hù)參數(shù)

　　由于黃河北大街車道中間的兩條主排水管淤堵相當(dāng)嚴(yán)重，咨詢了多家專業(yè)排水管清理公司，都無法處理;并且由于地面排水管管徑小、支管多、排水量大，不具備施工管道內(nèi)防水內(nèi)襯或地面導(dǎo)流的條件，因此管線滲水無法從地面根治，洞內(nèi)也需采取措施。通過現(xiàn)場試驗和施工總結(jié)，原設(shè)計參數(shù)無法滿足施工現(xiàn)狀，需將區(qū)間左右線有水區(qū)段的設(shè)計參數(shù)進(jìn)行局部調(diào)整：

　　(1)加強(qiáng)超前地質(zhì)預(yù)探。 每2榀在拱部及兩側(cè)起拱線打設(shè)3根4m長導(dǎo)管作為超前探管進(jìn)行超前地質(zhì)探測，及時了解前方地質(zhì)、是否有水囊等情況。

　　(2)加強(qiáng)超前支護(hù)。超前小導(dǎo)管由單層Φ32x3.25mm，L=1.8m,@300mm,調(diào)整為Φ32x3.25mm，L=2.5m,@150mm，擴(kuò)大注漿加固范圍，支護(hù)參數(shù)隨掌子面的情況動態(tài)調(diào)整。

　　(3)加長上下臺階距離。為減小掌子面突水涌泥影響，有效利用臺階長度控制坍塌方量，加大上下臺階距離至6m。

　　(4)增打一根鎖腳錨管控制沉降。在上臺階兩側(cè)拱腳鎖腳錨桿由一根增加到2根，并與格柵主筋焊接，注水泥漿，控制因掌子面強(qiáng)注漿和增加臺階長度引起的沉降問題。

　　(5)掌子面注漿(掌子面特別不穩(wěn)定地段采取)。對于掌子面特別不穩(wěn)定地段，在掌子面核心土位置,每榀打設(shè)2.5m長Φ32x3.25mm掌子面注漿管，注水泥水玻璃雙液漿加固核心土土體，提高掌子面自穩(wěn)能力，布設(shè)注漿小導(dǎo)管情況如圖3所示。

　　(6)及時回填注漿，滲水段洞內(nèi)跟蹤補(bǔ)償注漿堵水控制變形。預(yù)埋設(shè)回填注漿管，初支成環(huán)5m后緊跟回填注漿，以填充噴射混凝土與圍巖間空隙。同時在滲水段及時進(jìn)行徑向跟蹤補(bǔ)償注漿，堵水控制變形。

　　2.2 粘土層遇水條件下施工措施

　　從沈陽至鐵嶺城際鐵路起點-醫(yī)學(xué)院站區(qū)間施工結(jié)果看，未發(fā)生安全質(zhì)量事故，除了采用以上參數(shù)外，另外還采取了以下具體施工措施確保施工安全和質(zhì)量。

　　(1)粘土層遇水條件下在隧道初期支施工過程中，拱頂滲水嚴(yán)重且夾雜泥漿，必須及時回填注漿，且漿液選用具有止水性能的材料。

　　(2)在粘土層遇水條件下在隧道初期支護(hù)過程中，發(fā)生拱頂滲水較大而突然涌泥現(xiàn)象，須及時封閉掌子面，同時采取回填注漿等措施進(jìn)行補(bǔ)救。

　　(3)在粘土層遇水條件下整體施工過程之中，在已開挖完成的隧道拱頂鋪滿塑料薄膜，將拱頂滲水引至兩側(cè)流入隧道排水系統(tǒng)，有效避免掌子面核心土存水，如圖4所示。

　　3 結(jié)論與討論

　　采用粘土層遇水條件下隧道支護(hù)參數(shù)和措施，對沈陽至鐵嶺城際鐵路起點-醫(yī)學(xué)院站區(qū)間的施工完成而言具有決定性意義。因此，可以得到以下一些結(jié)論：

　　(1)按照原設(shè)計參數(shù)施工，隧道多次出現(xiàn)掌子面失穩(wěn)和掌子面涌泥現(xiàn)象，且隧道沉降和地表沉降值均較大，而采取粘土層遇水條件下隧道支護(hù)參數(shù)，順利完成此段隧道施工，認(rèn)為隧道在施工期間是安全的，滿足使用要求。

　　(2)除了采取粘土層遇水條件下隧道支護(hù)參數(shù)，輔以相關(guān)具體措施，此段隧道施工過程中未發(fā)生安全質(zhì)量事故，認(rèn)為該措施具有應(yīng)用到其它類似工程的意義。

　　由于粘土層遇水條件下初期支護(hù)的復(fù)雜性，單純的支護(hù)參數(shù)和具體施工措施極難反映所有的現(xiàn)場實際情況，而且，在本文的實例中僅考慮了埋深相對較深的臺階法施工情況，若埋深相對較淺或者步序較多的隧道工程，施工難度是非常大的。這些都是有待于進(jìn)一步研究和討論的。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 王夢恕. 地下工程淺埋暗挖技術(shù)通論[M]. 合肥: 安徽教育出版社, 2004.

　　[2] 中華人民共和國建設(shè)部.地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規(guī)范.1999.