王景彪

（北京广得安工程有限责任公司，北京 100061）

由于浅埋暗挖法隧道施工具有明开槽施工难以比拟的优点，无论是工程项目的前期拆迁还是后期的施工维护，都较明开隧道省时、省力和省钱，在我国地下隧道工程中得到了广泛的应用。但砂卵石土层松散、自稳能力差，开挖前必须进行超前支护和地层加固，以提高砂卵石层的自稳能力。因此，如何加固砂卵石地层防止地面沉降，减少对道路和其他建构筑物的危害，是穿越卵石地层浅埋隧道施工的关键。对此，文章分析研究了浅埋暗挖隧道在砂卵石地层中下穿现状道路，并提出措施保证了道路的安全，使道路沉降没有超出允许范围。

1 工程背景及地质条件

1.1 工程背景

新建电缆隧道起自密兴路与密三路交叉口西北侧现状埋管三通井预留甩口，向南至明开三通井，后沿规划密兴路北红线南3.0m向东穿越现状密三路至新建6.0m×6.0m四通竖井后向南穿过现状密兴路、在建京沈客专，再沿密三路东红线西2.0m向南至φ5.2m三通竖井，最后向东至电缆终端塔为设计终点。整个路径长度约为417.9m，暗挖段采用2.0m×2.3m暗挖电缆隧道。

1.2 地质情况

（1）地层构成岩性。按成因类型、沉积年代可划分为人工堆积层、第四纪沉积层及长城纪沉积层3个大类，并按岩性及工程特性进一步划分为7个大层及亚层。表层为人工堆积的碎石填土①层、粉质黏土填土①1层、细砂填土①2层；人工堆积层以下为第四纪沉积的碎石②层、砂卵石②1层、粉质黏土、重粉质黏土③层、碎石④层、粉质黏土⑤层；第四纪沉积层以下为长城纪沉积的全风化石英砂岩⑥层、强风化石英砂岩⑦层。

工程明开隧道底板位于碎石填土①层、碎石②层，暗挖隧道穿越碎石②层、砂卵石②1层、粉质黏土、重粉质黏土③层、强风化石英砂岩⑦层。

（2）工程水文条件。勘察期间（2019年7月上旬）于钻孔勘测深度内（最深23.00m）未发现地下水。

2 路面沉降控制标准

该隧道在0+84.7～0+139.5区段下穿密三路和密兴路，位于砂卵石地层，隧道覆土厚度6m左右，卵石粒径为10～180mm，中粗砂充填，低压缩性。从专业人员现场调查资料和咨询道路产权单位工作人员处得知，道路结构为500mm厚石灰粉煤灰碎石+80mm沥青混凝土。

隧道结构施工前，北京广得安工程有限责任公司安排专业的测量人员对隧道穿越现状道路影响范围内的现状地面标高进行详细测设。施工过程中，专业人员每天上午和下午各进行1次观测，且在发现数据有异常时加密观测频率。同时，保存原始数据，使数据具有可追溯性，穿越施工完成后，对整个施工前后的数据进行分析，用数据证明此次施工采取的措施可靠。

初次地面高程测放发现，22#、26#、30#观测点处地面平整度最大间隙为8mm，此为利用3m检测尺查的，其他观测点处平整度最大间隙均小于4mm，满足规范要求。

道路结构的面层的平整度是保证行车安全和舒适性的重要指标，保证隧道下穿辐射范围内的道路结构沉降满足设计要求，是保证道路结构面层平整度的关键。

目前，我国隧道下穿公路时引起的路面沉降大多采用北京、深圳地铁施工的经验值30mm作为控制标准值，该工程设计单位给出的道路结构沉降允许值为小于等于30mm，与经验值相符。但是，北京广得安工程有限责任公司为以防万一，将道路的沉降允许值控制在小于等于10mm。当超出此值时，立即封闭掌子面，采取应急措施，控制路面的沉降。

3 地层加固方案比选

为保证暗挖隧道下穿市政道路地层加固方案的可靠性和可实施性，暗挖隧道施工之前进行现场地层加固试验。将隧道0+58.6～0+78.6作为试验段，隧道正式加固范围为0+81.7～0+162.5。

3.1 方案一

采用常规的超前小导管支护，开挖前必须沿拱顶环向打超前小导管，其直径φ32mm，长2.25m；沿隧道开挖轮廓环向间距为0.25～0.3m，小导管仰角为12～14°，必须从钢架腹部穿过，打设范围为拱顶起拱线以下0.3m，每榀钢架打设1次超前小导管，2次打设超前导管重叠不小于1m。

打入导管后压注水泥浆加固地层，要求固砂体单轴抗压强度达到0.3～0.5MPa，并在注浆后管口周围用快硬性水泥封死。

将φ32mm无缝钢管截成3m/段，端部1.15m打溢浆孔，按直径8mm、间距200mm梅花状布置，并在钢管的一端做成100mm长的圆锥状，以便于插打。

采用此方案遇到以下问题：第一，注完浆后，砂卵石地层被浆液包裹固化，形成了强度较大的固结体，隧道开挖时难度较大；第二，通过分析地面沉降观测点观测数据发现，沉降已达到50mm，超过道路结构最大允许沉降值30mm。

3.2 方案二

开挖前对隧道设计路由地层进行地面深孔注浆加固，在地面画出需要加固的土体的范围，按间距1m梅花状布置。

第一，成孔。采用钻机在注浆点位钻孔，钻机钻进前需整好钻杆钻入角度，过程中随时检査钻入角度，以防偏孔。如出现偏孔，及时进行调整。对于偏差过大的，采用干砂回填，重新钻孔。

第二，清孔。为保证地层加固的质量和效果，必须清理完毕钻孔进行后再注浆（至少进行2次清孔）。

第三，注浆管。地层加固的注浆管采用外径40mm、壁厚3mm热轧无缝钢管加工制成。钢管尾部焊上φ6mm钢筋劲箍，导管的长度根据现场实际情况调整，注浆管端头加工成圆锥形。注浆管端部1m范围内设置溢浆孔，孔径为10mm，间距为200mm，梅花状布置；剩余部分不设溢浆孔。

第四，浆液制备。注浆浆液采用P·O42.5普通硅酸盐水泥单液浆，注浆参数如下：W∶C=1∶1；注浆压力为500～800kPa；注浆参数通过现场试验确定，注浆量视情况调整；水泥浆制备采用搅拌机进行，水泥浆边拌边用，制备完成后应在30min内用完，超过30min重新拌浆。

第五，注浆。采用分段分块注浆，注浆前调整好注浆压力。随注浆阻力的増大，泵压会随之升高，因此当注浆阻力减小时，适当减小注浆压力。注浆按从低至高的顺序进行注浆，并在注浆过程中派专人时刻关注注浆情况，观察地表的变化，以及时根据注浆情况调整注浆的浆液浓度和注浆压力。

采用此方案遇到以下问题：第一，注浆量比原设计注浆量增加将近1倍，材料消耗太大，同时造成的地层污染也大大增加。第二，由于是压力注浆，浆液沿着孔隙四处乱窜，隧道开挖面内进入大量浆液，使得隧道开挖面范围内存在大范围浆液与卵石的固结体，隧道开挖难度大大增加。

3.3 方案三

采用超前深孔注浆，上半断面注浆，即隧道拱顶及两侧起拱点以下600mm注浆。帷幕注浆施工前，对隧道掌子面进行封闭处理。处理方式为锚喷C20混凝土+钢筋网片，厚度为150～200mm。必要时，可打设锚管，确保注浆时掌子面所封闭的混凝土不产生裂纹和隆起。

采用半断面帷幕注浆施工工艺，加固范围为电力隧道开挖轮廓线外1.5m范围。采用小型机械钻机成孔，钻机成孔直径为75mm，注浆管采用直径48mm、壁厚3.5mm的无缝钢管。地层加固所采用的注浆材料为水泥水玻璃双液浆。施工钻孔按照“先外圈再内部、先上后下、跳孔施工”的顺序进行，注浆管循环搭设，注浆管长度为9m，注浆管尾部预留止浆段长度为3m，搭接长度为2m。注浆采用后退式分段注浆，将长注浆管分为2m/段，通过调整注浆管内的止浆阀位置实现分段注浆。注浆材料的配比可根据现场实际情况适当调整。注浆效果可通过预留观察孔、注浆压力和注浆量等因素综合分析预判，注浆压力一般不得超过600kPa。拱顶及侧墙注浆量为5m3/m。成孔安放注浆管后，应采用速凝水泥封堵孔壁和管壁间空隙，封堵深度为0.5m，满足压力注浆的要求。

注浆材料如下：管材为φ48mm普通钢管，壁厚3.5mm，管头为30°椎体，长度为12m，预留止浆段3m；浆液为水泥-水玻璃浆液。

注浆控制值如下：注浆后土层要求单轴抗压强度不小于l5～30MPa。

此方案浆液选用水泥浆+改性水玻璃，由于浆液加入了水玻璃，隧道开挖时围岩强度不高，开挖难度较小；由于浆液的固结和胶结作用，使开挖面基本无坍塌，开挖轮廓控制较好、地层稳定；经地面沉降观测发现，地面由于隧道开挖产生的沉降为6mm，小于允许沉降10mm，满足道路安全和舒适的要求。

3.4 方案比选

通过对三个方案进行比较分析，超前深孔上半断面注浆能够满足施工要求，能够满足路面沉降的要求，施工风险小。因此，综合考虑，确定地层加固采用超前深孔上半断面注浆，即方案三。

4 施工观测

采取信息化施工，应检测地表沉降、拱顶沉降、净空收敛等项目，以判断道路结构的安全稳定性，及时调整施工参数，控制施工风险。在现况地面设置沉降观测点，在地表下5m、2.5m处埋设分层沉降仪进行地层沉降检测。检测结果表明，地表沉降、分层沉降、拱顶沉降及洞内收敛沉降均属可控状态；隧道穿过后，发现22#、26#、30#观测点处地面平整度最大间隙仍为8mm，其他观测点处平整度最大间隙均小于5mm，满足规范要求，地面最大沉降为15mm，能够保证行车的安全性和舒适性。

5 结论及建议

浅埋暗挖隧道穿越砂卵石地层时，采取合理的注浆加固措施，利用信息化施工，做好监控和监测，及时调整施工参数，并遵守“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针，可以保证施工安全和地表路面的安全性和出行的舒适性。同时，浅埋暗挖隧道施工应加强新工艺新技术方面的开发和应用，加强信息化管理和动态过程控制、过程检测，实现数字化分析与施工，并根据试验参数调整施工工艺，最终实现生产安全和社会安全。