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华沙地铁2号线区间隧道施工中的地层改良

1 工程描述

波兰华沙大约有 200 万人口，正在运营的是地铁1 号线，目前正在建设的是地铁 2 号线，它包括 28 座车站，30 km 长的线路，其中 6.3 km 区间隧道采用 4 台直径 6.3 m 的土压平衡盾构开挖。隧道施工难点是：①穿过 Vistola 河；②在地铁1号线下面穿过（隧道上下间距仅 3 m）；③在 Prague 区处于危险状态的纪念性建筑物下（基础深达 6～8 m ）通过。

Prague 区纪念性建筑物是二次世界大战期间华沙大轰炸中留下的唯一未损坏的建筑物，其承载结构多数为砖砌结构，个别的为钢筋混凝土结构。由于施工质量和维护不善，材料年久劣化，裂缝发展，如今结构处于危险状态。

盾构开挖的区间隧道穿过冲积土沉积物（基本上是砂和黏土）混杂地层，隧道顶部覆盖厚度 10～14 m，地下水位在拱顶以上 4.5～8 m。

2　地层改良

为了降低隧道施工期间 Prague 区纪念性建筑物的风险水平，决定采用水平方向钻孔，通过钻孔注浆，在隧道拱顶上方形成大约 3 m 厚的弧形拱圈，它不仅改善了地层的力学特性，而且可以消除盾构开挖时泡沫泄漏的可能性（图 1、图 2、图 3）。

图1　隧道顶部的地层改良

图2　钻孔和安设钢衬管示意图

图3　现场水平钻孔施工

水平钻孔的操作特别复杂，因为钻孔长度达250 m，钻孔纵轴线的最小曲率半径 100～300 m。操作步骤如下。

（1）在地面上铺设电缆，产生一个磁场，使钻孔前进方向得到控制。

（2）在钻孔中安设直径 140 mm 的钢衬管，旨在防止钻孔坍塌。

（3）插入带有阀门的直径 2 英寸的 PVC 注浆管 ( 每米 2 个阀门 )。

（4）注入水泥混合料形成注浆保护层，同时抽出钢衬管，用保护层取代钢衬管。……