钢板桩对沿海地区矿山法隧道止水效果性能研究

田畅

摘要：对采用浅埋暗挖法穿越具有高含水量、流速快、潮汐特征明显的由海陆交互相沉积的粉细砂层、中粗砂层相组成的地层，地面垂直高压旋喷加固桩不易成型、加固效果差，本文根据工程案例分析，采用了钢板桩结合高压旋喷桩进行加固的方法，认为钢板桩有效减弱了水流速度，削减了潮汐影响，提高了旋喷桩成桩质量。

关键词：钢板桩；高压旋喷桩；浅埋暗挖

1工程概况

某市轻轨区间隧道为单洞双线隧道，隧道跨度8.02m，高度9.31m，选取了DK6+540～dk6+570范围内6级围岩隧道，隧道埋深10m，距海约1km，此地段穿越地层为海陆交互相沉积中粗砂层、强风化岩层、砂质粘性土地层，强风化岩层呈坚硬土状，遇水软化崩解，地质图见图1，地下水丰富，受潮汐影响地下水位位于地面以下0～2.6m，隧道位于某自贸区主干道上，沿线多管线，隧道下台阶为中风化岩石，上台阶为中粗砂、淤泥质地层，爆破开挖后上台阶自稳能力差，易出现流砂、塌方、涌水等不良地质情况。针对这些情况拟采用垂直地面旋喷加固的方法进行拱顶加固，受地下水影响，单采用垂直旋喷加固效果不明显，隧道涌砂、涌水现场依旧发生。遂改为钢板桩配合旋喷桩进行拱顶加固，钢板桩支护刚度小，施工简便等优势。目前国内隧道支护多为超前小导管、管棚及水平旋喷等，施工速度慢，采用此方法后可提前施工，加快施工速度，希望为类似工程施工情况提供参考。

2试验模型

本工程地面旋喷加固为Φ800@600mm咬合桩，拱顶以上加固4m，拱顶以下加固至W2，隧道两侧设置双排Φ800@10000降水井，梅花形分布，旋喷桩施工前先将地下水降至W2层。旋喷桩施工完成后沿隧道中线设置水位观察井，间距5m。为验证钢板桩的作用设置两种模型，模型1仅采用咬合旋喷桩进行加固（见图2），模型2采用旋喷桩结合钢板桩进行加固（见图3），平行隧道方向设置两排钢板桩，钢板桩打至W2层

通过图4模型1水位变化规律可以看出受潮汐作用影响，地下水位在不断变化，一天中出现两次低潮两次高潮，正因潮汐作用加速了砂层地质中水流速度，旋喷桩在饱和水的砂层中不易成桩，在对其进行原因解析后，提出了施工改进措施，解决了项目中类似地质条件的施工难题，保证了成桩质量，取得良好的止水效果，削减了饱水砂层渗流对基坑开挖的影响。此外沿海地区地下水含盐量较多，使得水泥凝固速度较慢。模型2由于钢板桩的存在，削减了潮汐的作用，隔断了地下水流动，减小了旋喷桩浆液流失。模型2地下水位相比模型1下降较多且水位变化随潮汐作用不明显，钢板桩的存在成功使得旋喷桩有效固结，有效的阻断隧道周边地下水汇入拱顶，有助于隧道开挖，从洞内开挖情况也证明了地下水明显减小。

3試验结果及分析

为了确定合理的水泥掺量和施工方法，必须进行室内配合比试验，对于泥土我国至今没有制定正式的试验标准。

通过取芯及水位观察井得到两种模型28d各地层无侧限抗压强度（见表1）及水位变化相关数据（见表2）

通过表1中模型1相关数据可以看出受地下水影响，地面垂直旋喷桩不能够很好成桩，原因可能是地下水流速度过快，浆液随着水流方向流失，从隧道内开挖实际情况也可以看出基本没有水泥成分，而中砂地层中无旋喷桩形成，这说明砂层中水流速度过快，水泥浆不能够固结。模型2相关数据可以看出由于钢板桩的存在旋喷桩成桩较好，其中在中砂地层中强度最高，淤泥层中强度最低，说明砂层中旋喷桩更易成桩，浆液在砂层中更容易扩散，淤泥质自身具有高密度速凝早强及收缩性，不透水性旋喷浆液，不容易在淤泥层中扩散，故不易成桩。

4总结

本文通过实际案例分析得出钢板桩结合旋喷桩止水方式对地基软弱、地下水位高开挖工程具有实用性，其适用于防水、沿海地区水下工程、赶工期以及抢险工程中。钢板桩在实际受力，可以减弱了水流速度，有效阻断了周围地下水流动，削减了沿海地区潮汐的作用，使得旋喷桩得以在地下水丰富、水流量过快的地层应用，从而显著提高工作效率。旋喷桩在地下水流速度较慢的地层更容易在砂质地层扩散，高密度淤泥质土中不易成桩。为了直观检查是否能满足使用要求，首先应进行地面试喷，旋喷桩施工时，随着注浆管的旋转和提升形成圆柱体桩体，浆与土体经过一系列的物理化学反应，固结成桩，从而达到支护、止水的作用。

（作者单位：中铁十六局集团有限公司）