李少辉
中铁电气化局集团有限公司， 北京 100036
摘要：轨道交通是现代城市交通的主流和方向，其运量大，速度快，干扰小，能耗低，越来越多的城市步入地铁时代。地铁工程建设过程中，浅埋暗挖法造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备及不干扰地面交通和周围环境等特点，经常采用浅埋暗挖法进行地下车站或区间的施工。由于地质条件不确定性、复杂性，特别是地下水位高，降水难度大，降水效果差地质条件下，极易引起地下水突涌，及因此带来的塌方等路面沉降、塌方等重大危害事件，对行人、行车及周边建（构）筑物、管线安全造成极大安全隐患。为预防隧洞拱底涌水涌砂出现坍塌事故，对CRD工法下导洞施工工艺进行调整，下导洞采用台阶法进行开挖，并对上台阶进行封闭，上台阶进洞3m后，对下台阶进行注浆封闭开挖断面出流水通道、稳固砂层后，开始下台阶土方开挖，安装格栅钢架，施工喷射，封闭成环，以确保隧洞施工安全及施工质量。
关键词：浅埋暗挖 涌水涌砂 优化 处理
1工程概况
西安地铁某暗挖区间采用CRD工法进行施工，区间暗挖段长49.837m，开挖断面为9×9.22m，拱顶埋深9.2m，地下水位埋深约9.6m。正线穿越地层主要为新黄土、古土壤、粉质黏土及粉细砂层。粉细砂层埋深约17m，粉细砂层厚约2.5m，暗挖区间拱底侵入粉细砂层约1.18m。由于粉细砂层渗透系数较大，水位降至粉质黏土层以下，粉细砂层水位无法再降至暗挖区间拱底以下。施工期间，左下导洞进洞34.8m后，在拱底及以上1.0m范围出现较大流水，涌水中夹杂粉细砂，在下导洞掌子面底部出现1.0m高的空腔，若不采取措施随时间推移，水砂流失会越来越严重。
图1 暗挖隧道地质剖面图
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图2 暗挖拱底涌水涌砂
2原因分析
经过对现场情况及地质情况分析，导致拱底粉细砂层出现涌水夹砂的主要原因为：拱底粉细砂层含水量大，渗透系数大，粉细砂层下层为粉质黏土层，此类地质结构“疏不干”效应非常突出，极易形成涌水涌砂。
3处理措施
3.1总体思路
为保证下导洞施工人员安全，将下导洞分上、下台阶施工，上台阶进尺3.0m后，封闭上台阶掌子面及下台阶顶面，对下台阶粉细砂层采用水泥、水玻璃双液浆注浆加固。
在上、下台阶处，格栅钢架及中隔壁型钢增设安装节点，方便施工。在格栅钢架、中隔壁节点位置，打设两根锁脚锚管。
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图3 调整后下导洞开挖方式
3.2施工工艺
（1）开挖及支护：严格按照“十八字”方针执行；开挖一榀支护一榀，格栅钢架、中隔壁安装后，打设锁脚锚管。
（2）锁脚锚管：锁脚锚管采用φ42壁厚3.5mm钢管，单根长4m；锁脚锚管与格栅钢架、中隔壁型钢焊接牢固，并注入水泥浆。
（3）掌子面封闭：封闭掌子面及下台阶期间，埋设注浆管导管，注浆导管采用φ42壁厚3.5mm厚钢管，注浆管长度3m，梅花形布设，间距0.8m。注浆管伸出下台阶表面0.5m。
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图4 注浆导管打设剖面图
注浆管前端加工成锥形，并将锥形封堵严实，防止打设注浆管时，砂土堵塞注浆管同时防止注浆时浆液前冲。注浆导管中间部位钻Ф6~8mm溢浆孔，钻孔间距150mm呈梅花形布置，尾部1m范围内不钻孔防止漏浆，注浆管外漏0.5~0.7m。注浆管采用风镐打入。为确保下台阶开挖期间砂层稳定性，注浆管打至拱底以下。打设完成后用棉纱将管口封堵。
掌子面及下台阶顶面采用200~300mm喷射混凝土进行封闭，防止注浆期间，浆液上返。注浆管结构如下图所示：
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图5 注浆管大样图
由于拱底距离砂层底部约1.32m，且砂层上部剩余0.5m反压土，注浆导管打设时，成50度夹角打入砂层，两侧注浆导管向外倾斜，加固范围大于开挖轮廓线。
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图6 注浆加固范围
（4）注浆加固：注浆管打设完成后，进行注浆加固，采用水泥、水玻璃双液浆，注浆压力0.3~0.5MPa。P.O42.5普通水泥、15Be′~20Be′水玻璃及饮用水；
①水泥浆：水灰比采用1: 0.75；
②水玻璃：15Be′~20Be′水玻璃；
将水泥浆、水玻璃按1:1进行混合，经过现场试验，胶凝时间为28s，采用此配比进行注浆加固。
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图7高压注浆示意图
4沉降观测
4.1暗挖隧道施工期间地表沉降、管线及周边建构筑物监测情况
开挖期间，对地表沉降、周边建筑物沉降、管线沉降情况进行监测，监测情况如下：
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图8路面、管线及建（构）筑物沉降观测变化曲线图
依据监测情况，路面沉降速率最大值为上导洞开挖后第9天，沉降速率∣-1.98∣mm/d＜2.4mm/d（报警值）；下导洞下台阶开挖完成7天后，路面沉降速率趋于稳定，路面累计沉降值∣-14.52∣mm＜24mm（报警值）；管线沉降速率最大值在下导洞下台阶开挖后第8天，沉降速率∣-1.04 ∣mm/d＜1.6mm/d（报警值），下导洞下台阶开挖完成7天后，管线沉降速率趋于稳定，管线累计沉降量∣-9.82∣mm＜12mm（报警值）；地面建（构）筑物沉降速率最大值在下导洞下台阶开挖后第8天，沉降速率∣-0.7∣ mm/d＜2.4mm/d（报警值）；下导洞下台阶开挖完成7天后，地面建（构）筑物沉降速率趋于稳定，累计沉降量∣-5.64∣mm＜24mm（报警值）；
4.2下导洞开挖期间洞拱顶沉降及隧道净空收敛监测情况
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图9下导洞开挖期间拱顶沉降、隧道净空收敛变化曲线图
下导洞下台阶开挖期间第9天，拱顶沉降速率最大，速率达∣1.02∣mm/d＜2.4mm/d（报警值）；在下导洞下台阶开挖7天后，拱顶沉降速率趋于稳定；拱顶累计沉降量∣-12.11∣mm＜16mm；净空收敛在上台阶开挖期间第9天，速率达∣-0.32∣mm/d＜1.6mm/d（报警值），在下导洞下台阶开挖7天后，上导洞净空收敛累计∣-4.85∣mm＜8mm（报警值）。
4.3监测数据分析
下导洞从10月10日施工，至11月10日完成，在此期间，周边地表沉降、管线沉降、建（构）筑物沉降、隧道拱顶沉降、净空收敛监测数据均为超标，隧道本体及周边环境均处于安全状态。
5结语
本文针对工程实体，验证在降水效果不佳的暗挖隧道拱底出现涌水涌砂时，下导洞分台阶施工，并对下台阶处粉细砂层注水泥、水玻璃双液浆加固的可行性，该施工方法便利、处理涌水涌砂方式效果良好，可为类似工程提供参考。
该措施采用的设备操作灵活、移动方便、施工效率高；材料来源广，污染小凝结时间可人为控制，施工成本较低。
参考文献：
[1]赵善同.粉细砂层注浆加固施工技术[J].科学之友,2009,(14):17-18.
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[3]肖昌军,王晓刚.超前小导管注浆技术在北京地铁10号线劲松站粉细砂地层加固中的应用[J].铁道标准设计,2008,(12):231-233. DOI:10.3969/j.issn.1004-2954.2008.12.073.