上软下硬地层隧道正穿地下通道施工控制

2022-03-24张刚

四川建材 2022年3期

张刚

(中交一公局厦门工程有限公司，福建厦门 361021)

0 前言

在上软下硬地层中进行浅埋暗挖隧道施工，由于隧道拱顶上部围岩较差，覆土较薄，在隧道开挖时拱顶上部土层自成拱效应较差、自稳时间短。加上隧道中风化花岗岩爆破开挖时对上部软弱土层及地表构筑物的扰动较大，容易引起隧道塌方、地表构筑物下沉变形，引发重大安全事故[1]。因此，在此类地层中确保隧道自身施工安全和周边构筑物安全是工程的重难点。

本文以城市广场站～塘边站区间穿越SM地下通道为研究对象，通过对隧道开挖地层进行预支护和优化爆破方案，监测SM地下通道的爆破振速和沉降值，总结上软下硬地层中浅埋暗挖隧道穿越构筑物的施工控制，为今后类似地层施工提供借鉴[2]。

1 工程概况

区间线路沿厦门主干道地下敷设，其周边主要有SM城市广场、观音寺、怡鹭大厦等多个大型客流集散点，地下管线密集，地下水丰富。区间隧道采用单线单洞五心圆马蹄形断面，截面尺寸为5.2 m×5.43 m，采用暗挖矿山法施工。区间隧道与SM地下通道正交。该段地质情况为中风化花岗岩基岩凸起，基岩岩面在隧道开挖线拱顶往下30～72 cm，基岩上部地质为杂填石。隧道拱顶开挖线与地下通道底净距为2.358 m。隧道爆破开挖施工时必须保证SM地下通道结构和行人安全。

2 施工准备

1)区间隧道地质条件复杂，地下水丰富。为保证隧道顺利穿过SM地下隧道，当掌子面开挖至离SM地下通道边界10 m时，组织对前方地质做超前地质预报，提前做好应急预案。

2)检查SM地下通道附近段区间地表降水井，确保正常降水，以降低涌水涌泥发生的概率。

3)严格控制隧道开挖步距，二次衬砌距离SM通道边界15 m以内。

4)检查保养施工机械设备及应急物资设备。

3 施工辅助措施

原设计区间隧道穿越SM地下通道段采用直径89 mm管棚支护，但由于本隧道断面尺寸小，进度压力大，如采用管棚施工需要建操作室，施工时间长。根据现场实际情况施工方案采用地表双重管高压旋喷加固+掌子面帷幕注浆+超前小导管注浆加固措施，同时调整爆破参数，优化爆破方案，提高施工效率，确保隧道及地下通道安全。

3.1 双重管高压旋喷加固措施

隧道下穿SM地下通道段刚好处于抛填石区，为了确保隧道施工安全，沿区间线路在SM地下通道前后采用双重管进行地表旋喷加固，本段旋喷加固从距离地下通道1 m范围外进行加固，加固范围隧道轮廓线外1 m，深度4 m(拱顶)，地面梅花型布置间距1.5 m。加固示意图见图1。双重管高压旋喷参数见表1。

图1 旋喷加固平面图(单位：mm)

表1 双重管高压喷射注浆参数一览表

3.2 帷幕注浆

根据超前地质预报分析，本区间隧道穿越SM地下通道段为富水区，基岩凸起层与填石层交界面存在层压水。在这种上软下硬地层交界面极易发生涌水涌泥现象，为了确保掌子面的稳定，需对掌子面进行帷幕注浆止水。注浆加固结范围为开挖轮廓线外1.5 m，注浆孔扩散半径按1 m考虑，每循环注浆长度10 m，注浆后开挖8 m，预留2 m的搭接。注浆材料采用水泥∶水玻璃=1∶1双液浆。

3.2.1 钻孔施工

1)施工前根据钻孔孔口及终孔坐标计算出钻孔空间长度、平面角、仰角等钻孔控制参数。注浆参数见表2。

表2 帷幕注浆孔位参数表

2)钻孔顺序先钻内部孔后外部孔，先钻无水孔后钻有水孔。内部钻孔可参照外部钻孔的顺序。

3)钻孔开始后及时安装孔口管，一方面作为钻孔导向；另一方面为钻孔过程中出现大量涌水做好应急处理准备。当出现大量涌水时先把钻具迅速拔出，关闭孔口管上的阀门，然后再进行注浆。

3.2.2 注浆作业

在区间隧道穿越SM地下通道前20 m设注浆试验段，试验段隧道水纹地质情况与SM地下通道类似，通过在试验段配置不同配比的浆液，确定该类地层最佳配合比为水泥∶水玻璃=1∶1.05。穿越SM地下通道时可根据现场水纹地质实际情况，适当加减水玻璃的用量，以确保不跑浆、不漏浆，保证注浆量和注浆效果。

注浆过程中，若压力升不上去应调整浆液配比，缩短凝固时间，以达到控制注浆范围的目的。若注浆压力骤升立即停止注浆，泄压后排查原因。先排除是否是管路堵塞造成压力上升，如果是则清除故障后继续注浆；管路没有问题时注浆压力仍突然上升，可结束该孔注浆。

注浆过程中要经常清洗管路，保持管路畅通，防止因管路堵塞而造成终止注浆误判，注浆连接件、注浆变头等部件平常注意保养清洗。注浆结束后注浆管路务必清洗干净，清洗干净后把注浆管、法兰盘等拆除下来清洗干净。

3.3 超前小导管注浆支护

3.3.1 小导管制作安装

沿隧道拱部120°范围内环向间距0.3 m布设φ42超前小导管，沿纵向15°仰角植入土体。小导管长3.5 m，在小导管前端约12 cm长加工成锥形状，尾部焊接φ6～φ8 mm钢箍筋，除后端1 m内不开孔外，其余部分按部分按2～3 cm梅花型布设孔口φ6 mm的溢浆孔。

小导管的钻孔方向应顺直，钻孔直径应与注浆管径配套，小于50 mm安设应采用引孔顶入法。孔深根据小导管长度进行确定，钻孔后采用吹管法进行清孔，孔口位置采用在沾有CS胶泥的麻丝缠绕成纺锤形柱塞，在小导管插入孔内做好丝扣保护帽，利用风钻把小导管打设到设计深度，使麻丝柱塞与孔壁压紧，保证小导管外露约32 cm。

3.3.2 小导管注浆

1)小导管注浆采用水泥单液浆，设计注浆压力为0.5～0.8 MPa，在小导管安装完成后先进行压水试验确定注浆参数，控制水压在1.0～1.5 MPa，在注浆8 h凝固后才能开挖。

2)注浆顺序为由下至上，浆液先稀后浓，注浆量先大后小，注浆压力由小到大。

3)当发生串浆时采用分浆器多孔注浆。当注浆压力骤升时应停止注浆查明原因；当地层吸浆量大，压力上不去时，通过调整浆液配比缩短凝固时间。

4)注浆结束标准：当注浆压力升至1.5 MPa并保持稳定10～15 min或注浆量达到设计量的80%以上时可结束该孔注浆。

单孔注浆量：单孔注浆量和围岩的孔隙率、填充系数等参数有关，一般采用式(1)估算，计算参数通过试验确定。

Q=π×R2×L×n×β

(1)

式中，Q为单孔浆液注入量，m3；R为浆液扩散半径，m；L为注浆段长度，m；n为岩石孔隙率，一般取0.1～0.3；β为岩石孔隙中的浆液有效充填系数，一般为0.6～0.9。

4 隧道爆破开挖

城市广场站～塘边站区间暗挖隧道正穿SM地下通道段为六级围岩，采用分台阶开挖。针对中风化花岗岩基岩凸起一般通过控制爆破开挖，施工过程中遵循“多打孔，少装药”原则。松散抛填块石层采用机械开挖。严格控制开挖循环进尺不超过0.5 m。

区间隧道掌子面基岩凸起较高，周边眼布置较高对拱顶上部土体扰动较大，爆破时会对隧道自身开挖安全和地表构筑物安全都是很大威胁。如周边眼布置较低时易造成掌子面欠挖，需要重新补炮，严重影响施工效率。合理布置炮眼和引爆顺序是保证隧道安全开挖的关键。在区间中线布设3个掏槽眼，间距0.75 m，深度1.5 m。外扩45 cm后布设扩槽眼，每62 cm布设一个，深度为1.5 m。扩槽眼外扩1.5 m布设辅助眼，每45 cm布设一个，深度为0.8 m。在爆破挖线以内22 cm布设周边眼，每32 cm布设一个周边眼，深度为0.7 m。其中拱顶位置周边眼作为预备眼，首次爆破不装炸药，在引爆其他炮眼时起可作为减震孔减震作用。同时辅助眼距岩面有一定厚度，可减小爆破对拱部土体的扰动。基岩上表面围岩较为发育，且每32 cm布设一个炮眼，可通过一次爆破完成爆破开挖，同时减小对上部土体扰动。

5 SM地下通道底板爆破振速监测情况

当区间隧道爆破采用优化后的炮眼布置方案及控制爆破顺序和炸药用量，采用SR-VM100(A)振动监测仪对SM地下通道底板进行监测。区间隧道下穿SM地下通道时结构振速符合要求，监测结果如表3所示。

表3 爆破监测结果

6 SM地下通道沉降值监测

SM地下通道共布设6个监测点。区间隧道在穿越SM地下通道期间，采用天宝(Trimble)DiNi03 mmper km数字水准仪对SM地下通道结构进行监测。根据每个监测点累计沉降值的日变化绘制曲线图，如图2所示(图中日期为2016年7月23日～2016年8月10日)，在区间隧道下穿SM地下通道施工过程中，SM地下通道结构沉降可控，沉降控制符合规范要求。