中铁十局西北工程有限公司 陕西西安 710000
摘要：依托丈八一路站～科技八路站盾构区间富水砂层联络通道施工，根据现场实际情况并考虑成本、时间等因素确定了联络通道的施工方案，并对施工过程中的关键技术进行了说明，最后根据现场监测情况对施工过程中地表沉降和管片的变形进行了分析。
关键词：富水砂层；洞内WSS注浆；地面降水；预加固；进洞挑高反掏开挖
0 引言
联络通道的开挖面往往较小，但由于开挖时需对连接处隧道管片进行切割，因此主隧道和周围地层的稳定性会受到影响，不可预见因素多，易造成土体失稳从而引发工程事故。由于富水砂层孔隙率大，渗透系数高，稳定性差，施工时极易出现涌水、涌砂现象，在该地层进行联络通道施工时风险较大，稍有不慎就有可能破坏已建隧道的结构安全。基于西安地铁六号线TJSG-8标丈八一路站～科技八路站盾构区间联络通道施工，通过多因素考虑，选择最佳的施工方案，研究了施工阶段的关键措施，并对现场监测数据进行了分析。
1 工程概况
1.1 区间联络通道概况
联络通道位于唐延南路东侧，里程YDK23+620.283，拱顶覆土约19.6m。联络通道总长13.985m，净宽2.9m，净高3.25m；采用暗挖法施工，联络通道及废水泵房平面布置图见图1，横剖面图见图2、3。
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图1 丈～科盾构区间联络通道及废水泵房平面布置图
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图2 联络通道横断面 图3 废水泵房横断面
1.2 水文地质
联络通道所在地层自上而下为：<1-1>杂填土、<2-1>黄土状土、<3-1>新黄土、<3-2>古土壤、<3-5>细粉砂、<3-3>粉质黏土、<3-6-2>中砂、<4-3>粉质黏土。联络通道拱顶以上6m范围内为粉质黏土，洞身范围内夹2m厚<3-6-2>中砂层。
拟建场地地下水位埋深介于10.4～16.7m之间，地下水高程介于397.5～403m之间。地下水位具有由南西向北东缓慢降低的趋势。
1.3 地下管线情况
根据现场调查，联络通道所处位置的地下管线主要为DN300雨水管和绿化灌溉用DN200中水管。
2 联络通道施工方案确定
联络通道的加固方案主要依据联络通道所处的地层、周围管线和建筑物，并考虑施工场地、工期、成本等因素进行综合确定。区间联络通道位于交通主干线上，交通繁忙，考虑到施工对周边的影响，深层搅拌法和高压旋喷法等地面加固方法并不是适用。富水砂层施工由于渗透系数高，极其不稳定，施工时易出现流砂、涌水现象，因此防水是施工时要面临的首要问题；对于饱和砂层这样的不稳定地层，很多均采用冻结法进行地层加固，该方法施工风险低，可控性好，对场地要求低，但该方法造价高且工期长。而WSS注浆加固技术在砂层、圆砾等透水性地层的注浆止水效果明显，无需在四周施作地连墙进行止水，且该方法在工期、成本等各方面相比其他方法具有明显优势。因此，本区间联络通道最终选用洞内WSS注浆辅以地面降水进行预加固，然后进行矿山法施工的方案。
3 联络通道施工关键技术
3.1 既有隧道预加固
在进行水平注浆之前，需在联络通道位置架设洞内支撑，避免土体加固、管片切割及开挖施工对隧道产生沉降或坍塌。
在联络通道开口及两侧各两环对称架设钢支撑，钢支架采用承压钢环和焊接工字钢架相组合的方式，其中承压钢环提前预制，在现场焊接成环。为了方便农用翻土车出土，在原有设计工字钢上增设25b联系工字钢，并在其上铺设钢板。
3.2 联络通道加固
洞内支撑架设完成后，先对右线管片钻孔进行左侧土体加固，后对左线管片钻孔进行右侧土体加固。联络通道处钻孔机械利用现有钢支撑作为支撑点变换钻孔位置，搅拌桶、水泥和水玻璃等机械材料直接放置在工作平台上。
土体加固措施采用WSS环形全断面注浆方式，土体加固范围为联络通道和泵房洞身范围及四周各3.0m，加固完成后其无侧限抗压强度经试验检测合格后方切割管片，管片切割前，在合理位置上钻孔，观察地下水情况，以保证安全。
进行水平注浆时，由测量人员在管片上做好孔位标示；使用HGY-250型地质钻机，连接50mm钻杆进行钻孔，钻至设计要求深度后，用磷酸水玻璃浆液进行护壁，配比为38°Be水玻璃原液与磷酸溶液体积比1：1。
注浆孔完成护壁后及时将钻杆拔出，插入Φ50mm注浆管，并将每节注浆管牢固连接，插入端口需做保护塞防止堵管；注浆管插入完毕后，需用镀锌钢管将输浆管与注浆管连接，镀锌钢管一半插入管片，一半外露，并用木楔子将镀锌钢管固定在孔口，防止注浆时注浆管被浆液顶出。注浆初压0.5～0.8MPa，稳压压力为1.0～1.5MPa；注浆压力逐渐升高至设计终压，然后调小泵量至设计结束时的进浆量，并在该数值上稳定10min以上，进浆量小于20L/min，注浆料量明显减少，无明显涌水、涌砂现象发生时可停止注浆。
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图4 联络通道注浆孔布置图
3.3 联络通道降水
（1）总涌水量的计算
根据实际结构、地层地质情况，同时结合地铁施工降水的要点，按潜水完整井，对降水进行计算分析。各分段具体计算结果如下表：
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（2）降水井布置及水泵选择
由计算结果可知，降水初期涌水量较大，需15口降水井，降水至稳定期后需降水井12口。根据上述计算结果及拟建场地实际情况，考虑联络通道在经过高压旋喷桩及袖阀管注浆加固后地层渗透性会减弱，最终布设降水井10口，观测井2口，观测井结构同降水井。降水涌水期为确保水位降至联络通道最深处（废水泵房基底）下，观测井兼做降水井，与降水井同时开启使用；降水平水期水位稳定后观测井可不再兼做降水井使用。当选用100QJ8-50/10型潜水泵抽水流量为8m3/h的水泵10台，降水井全部抽水时，能满足将地下水位降低到泵房底板以下1m，满足降水施工的要求。
3.4 管片切割
管片切割前，泵房地下水位必须降到底板以下1m，土体水平注浆加固效果检测合格，且水平探孔符合要求。
洞门破除施工前，应作为重点工序开工前条件验收。确保降水效果、注浆止水效果及监测点位的布设、初始点采集、型钢支撑的安装质量满足要求。验收合格后，进行管片破除。
为了避免土体一次性暴露面积过大，洞门管片计划分两次切割完成，先切割上半部分，将上半部分土方一次性开挖完成，再切割下半部分管片，进行后续开挖初支工序。
3.5 隧道开挖
（1）开挖方式
开挖及初支全部完成后进行二衬施工，初支施工分段长度为0.5m。结合联络通道钢格栅的分段高度，取开挖台阶高度2.1m。由于本标段联络通道长度较短，故采用由左线向右线单侧开挖的方式，先开挖上半台阶后开挖下半台阶。
（2）进洞挑高反掏开挖方式
开口尺寸在联络通道衬砌界限内，开口处需要上挑高度约为1.3m，两侧各需外扩1.15m。由于在开洞门时注浆有一定的死角，所以要进行土方反扩施工，即对于洞门处拱顶及侧壁的土体要通过两次开挖达到扩大断面的开挖效果，反扩开挖长度为3.0m。具体如图反掏法示意图。
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图5 反掏法示意图
3.6 区间与联络通道接口防水
洞门及接口防水采用“400g/m2无纺布+防水板+双面自粘式防水卷材+止水条+注浆管+临时导水管”的形式，洞门及接口防水施工构造图如下图所示。
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图6 区间与联络通道接口防水施工构造图
4 施工监测
4.1 地表沉降位移分析
图7和图8分别为地表各测点和地表沉降随隧道开挖的位移变化曲线，从图中可以看出，破除管片后，各测点沉降基本呈增大趋势，上导洞开挖前超前注浆导致部分测点出现隆起；上导洞开挖后右侧8和15m处出现较大沉降，这主要是因为联络通道左侧地质条件相对较差，且此时处于超前加固区之外，故而变形较大，随着距离增加，逐渐脱离施工影响范围，沉降逐渐减小，其余各测点变化基本不大。开挖完成后沉降继续增加，直到二次衬砌浇筑完成后趋于稳定。整个施工过程中，地表的最大隆起基本位于联络通道处，说明施工时超前注浆和上导洞初支的施作有效避免了地表沉降的发生；下导洞开挖时0和-3m位置处沉降变化不大，主要是因为下导洞施工时涌水涌砂严重，采取了对下部和两侧进行注浆的方法，减少了对地表的影响。
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图7 各测点位移时程变化曲线
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图8 地表沉降随开挖变化曲线
4.2 盾构管片净空收敛位移分析
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图9 盾构右线各测点净空收敛时程变化曲线
如图9所示，破除管片后净空收敛稍有变化，上导洞开挖后，管片呈外扩趋势，此后随着对下半断面进行注浆逐渐变为向内收缩，下导洞开挖后管片继续向内收敛，随着下导洞长度增加，施工对盾构管片的影响逐渐增加，管片向内收缩逐渐较小甚至外扩；开挖完成后，随着二衬的浇筑和降水施工，管片外扩值逐渐较小，距离联络通道较近处管片向内收缩。从整个过程可以看出，及时进行注浆和二衬的施作对控制既有隧道的管片净空收敛变形具有重要意义，此外，整个过程中管片净空收敛未出现过大值，说明了加固土体的质量较好，加固方案在富水砂层中具有一定的可行性。
4.3 盾构管片拱顶竖向位移分析
如10所示，破除管片后进行超前注浆加固使管片在开挖前位移变小，开挖后各点位移增加后逐渐趋于稳定，下导洞开挖后各点发生沉降，随着下导洞长度的增加，各点逐渐开始向上移动，直到开挖完成。浇筑二衬后进行降水施工以开挖泵房导致二衬浇筑完成后各测点发生了不同程度的位移。在整个施工过程中，管片拱顶位移未出现过大值，说明施工方案可以有效控制盾构隧道的变形。
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图10 盾构右线各测点拱顶竖向位移时程变化曲线
5 结语
（1）在富水砂层施工中，采用洞内WSS注浆辅以地面降水进行预加固，然后进行矿山法施工的方案是完全可行的。超前注浆可以有效控制地表变形。
（2）施工过程中对既有隧道进行加固，注浆止水效果良好，并高效的解决了联络通道与管片接口的防水问题。
（3）盾构管片的净空收敛和位移与开挖面和管片之间的距离有关，及时进行注浆和初支、二衬的施作可以减少对既有管片结构的影响。
参考文献：
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