富水砂层中隧道下穿高危建筑物施工关键技术

（中铁隧道局集团有限公司，河南 洛阳，471000）

市政建设中，在遇到一些无法拆除建筑物且无法绕避时，一般采用暗挖法下穿，从而达到很好社会效益与经济效益[1～2]。但暗挖施工时均存在一定风险，为此需要进行相应的超前支护、降水、注浆等措施[3～4]，并保证隧道在穿越时能将建筑物的沉降控制在一定范围内，保证施工安全显得尤为重要，实现暗挖下穿施工的目的。隧道穿越某自来水厂，其中高压配电房坐落在隧道顶部。高压配电房为水厂的重要建筑物，隧道施工过程中必须控制高压配电房的沉降，否则将直接影响到市民用水。

1 工程概况

1.1 工程设计概况

隧道采用CRD暗挖工法进行施工，左右线隧道与高压配电房近似呈正交对称分布（图1）。隧道为上、下行分离式小间距隧道，双向四车道，覆土厚度约6m，左、右线隧道中心间距为13.28～13.293m，净间距为0.65～0.78m。

1.2 工程地质及水文地质

隧道区域在地貌上属于钱塘江冲积平原，沉积着较厚的砂质粉土层，在第四纪历史时期，场区曾经几度发生海侵和海退，沉积韵律发生明显，在河、湖相沉积地层之间发育着海相淤泥质粉质粘土地层。地下水属于潜水型，赋存于场区浅部人工填土及下部砂质粉土层内，其富水性和透水性具有各向异性，含水层厚度在16.5～21.8m之间。地下水位埋藏较浅，一般在1.0～1.5m之间。

图1 隧道与高压配电房位置关系图

2 隧道下穿高压配电房施工重难点

高压配电房是水厂的供电中枢，对其工作环境要求极高，该段暗挖隧道施工所引起的高压配电房地表沉降必须在允许范围内，否则市内供水系统将无法正常工作。隧道下穿高压配电房施工重难点主要为以下几个方面。

1）高压配电房沉降控制要求高。隧道下穿高配房沉降控制标准为沉降速率≯3mm/d，不均匀沉降差≯12mm/10m，隧道拱顶下沉控制值≯50mm。在施工中如何针对不同的部位采取有效的保护措施，确保其安全正常使用，难度很大。

2）隧道穿越富水砂质粉土地层，围岩稳定性极差，施工中极易发生涌水、涌砂，而致使地层坍塌或地表过大沉降。

3）隧道为超浅埋、大跨度、小间距双洞分修，开挖方法、支护措施必须保证隧道结构和围岩的稳定，并控制地表沉降，特别是小间距双洞分修，如何减小左、右洞施工力学效应的叠加作用，保证隧道结构安全，将地层沉降控制在允许范围内有相当的难度。

根据高压配电房的地质情况、结构受力情况，建立有限元模型，将高压配电房作为地面超载进行分析，超载值取为20kPa，半地下室处取为15kPa。分别模拟单洞开挖和双洞同时开挖时地表和结构的变形、受力情况。水厂段的暗挖隧道所穿越的地层为砂质粉土夹粉砂，渗透系数较大，地下水位高，因此，因降水引起的沉降必须加以考虑。采用二维Biot固结理论，计算结果表明：降水40天后隧道中心线对应地表的沉降基本稳定，其最大沉降量达4.17cm，建筑物不均匀沉降最大为1.8cm，超出了控制值，所以需要采取辅助施工手段，保证建筑物安全。

3 关键施工技术分析

3.1 旋喷桩止水帷幕

1）首先需要有个相对封闭的区域进行下穿施工，将地下水的影响降到最低，隔绝施工对周边其他环境的影响。在暗挖隧道的两侧施作旋喷桩和深孔地表注浆止水帷幕与两端明挖基坑的围护结构连接，形成封闭结构，截断隧道内的地下水补给，同时将隧道施工引起的横向沉降范围控制在两排旋喷桩之内，以保证隧道南、北侧的滤水池、清水池的安全。

2）在隧道的外侧和旋喷桩止水帷幕之间施作二排地表深井，通过不同高度设置抽水泵实现分级控制降水。

3.2 大管棚超前预支护

暗挖隧道施工中，超前大管棚支护是控制隧道沉降、防止坍塌常用的、有效的方法。过高压配电房段采用∅299管棚(夯管)，夯管法施工工艺流程如图2所示。

图2 夯管法施工工艺流程

管棚采用热轧无缝钢管∅299mm，壁厚10mm，节长10m，环向间距为40cm，倾角：与衬砌外缘夹角仰1°，平行于线路中线，同一断面内的接头不大于50%，相邻钢管的接头至少需错开1m，管棚长度为45m，管内填料为C20细石混凝土。

3.3 动态跟踪注浆技术

针对在夯管、降水或隧道开挖施工时引起的沉降，先通过静态注浆纠偏将高压配电房的不均匀沉降值迫降到允许值之内，才能进行剩余管棚和隧道的开挖工作。隧道开挖时，为满足控制值，通过洞外和洞内的措施控制隧道的变形及引起的地表下沉，对高压配电房采取地表动态跟踪注浆保护，动态注浆孔位布置图如下图3所示。

1）注浆阶段一 预注浆加固基底地层及周边。预注浆固结基底地层主要目的是使基底和周边下一定厚度的土层固结，为下一步调控注浆提供具有一定刚度的受力面，使调控注浆压力具有方向性，基础变形向上发展。根据高压配电房现场情况调查，结合加固范围（高压配电房基础外扩2m范围内基础与大管棚之间土体）及注浆扩散半径布置孔位，预注浆压力控制在0.3～0.6MPa，基底加固示意图如下图4所示。

图3 动态注浆孔位布置图

图4 高压配电房基底加固示意图

2）注浆阶段二 隧道施工过程中深孔调控注浆（动态补偿注浆）。调控注浆（动态注浆）就是当隧道施工至高压配电房基础下时，当高压配电房监测结果接近控制值时，在该点处预注浆斜孔注浆位置或以外钻深孔注浆，钻孔方向根据需要可在90°范围内调整，该注浆可反复进行，确保沉降控制在要求范围之内。调控注浆压力控制在1～1.5MPa，并及时根据监控量测值进行调剂。

3.4 监测信息反馈技术分析

工程施工中建立了严密的监控量测体系，在高压配电房结构柱上共布设7个沉降测点，以掌握施工期间高压配电房的动态变化并及时采取相应措施。高压配电房沉降的产生及发展分为四个阶段：前期钻孔桩及基坑开挖阶段、初期暗洞夯管施工阶段、暗洞开挖阶段、后期拆撑及二衬施工阶段，对不同阶段的沉降监测数据进行汇总如下表1所示，最终沉降控制的较好，均处于控制范围内，且均小于理论计算累计沉降量，保证了高压配电房的安全与正常使用。

表1 高压配电房沉降监测数据阶段汇总表 (mm)

4 结论与总结

通过以上分析，在富水粉砂层中，解决超小间距浅埋隧道下穿重要建筑物施工的技术难题，需要从多方面、多角度入手，综合运用各种技术措施、施工方法等，需要系统把握下穿施工的控制重点。

1）深入的研究微观机理 在考虑施工方案时，需要考虑建立一个单位子工程（相对独立的系统）进行研究与控制，找出影响施工的各种因素，收集围岩各项参数以及施工参数进行微观机理的研究，对理论计算与现场实际的施工情况及监控量测信息反馈进行综合分析，取得适合富水粉砂地层的各项详细微观参数，并以此灵活调整施工参数。

2）动态注浆施工 动态注浆施工作为较为成熟的施工技术，在建筑物加固方面有很好的施工效果。通过注浆预加固底部及周边地层，可使结构基础处于稳定密实的地基上；可以控制浆液扩散范围；通过多点动态注浆可使基础沉降适时进行控制与调整。动态注浆施工包括二重管无收缩双液注浆WSS施工工法、TSS注浆、洞内袖阀管水平注浆技术等，在其他类似工程中可做借鉴。

3）重视监控量测信息反馈 复杂环境下，建筑物及周边环境安全控制要求高，在施工时，需要掌握周边环境、建筑物等受隧道施工影响的范围、影响程度等各方面情况，通过监测信息反馈指导施工，及时调整施工参数及施工工法，以此来减小在施工对周边的影响程度。

4）重视理论计算及稳定性分析 隧道工程施工是理论与实践的相结合，不能单凭施工的经验，施工前应进行相应的理论计算与分析，尤其是在周边环境保护要求高的工程中，事先通过理论计算，参考土层各项参数及周边环境的保护等级、保护要求等，考虑不同施工方法及工况条件下，施工的影响程度及土层应力变化情况，合理选择施工方法，有效指导施工。

[参考文献]

[1]王梦恕.中国隧道及地下工程修建技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2006.

[2]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

[3]钱七虎.岩土工程师手册[M].北京：人民交通出版社，2010.

[4]夏明耀，曾进伦.地下工程设计施工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，1999.