深埋软土盾构区间联络通道风险控制技术

文｜ 中铁南方投资集团有限公司 黄鑫琢/中铁六局集团有限公司交通工程分公司 龙国俊

0 引言

目前国内盾构区间联络通道施工通常采用先加固后矿山法施工的方案，即在盾构施工前实施联络通道加固，盾构推进时，地层加固范围内加强向环形空隙内的压浆，浆液采用有较高硬化指标、有良好防水性能的材料，加固效果满足要求后再进行矿山法暗挖施工。在建设过程中，由于设计计算的工况与施工实际的工况存在差异，或是施工失当，极易发生坍塌、突涌等风险事故。本文依托深圳地铁某工程实例，对高水位、深埋软土盾构区间联络通道施工期遇到的风险进行分析，并提出控制措施。

1 工程概况

1.1 联络通道概况

深圳地铁10 号线五和站～坂田北站区间（五坂区间）位于深圳市龙岗区，采用盾构法施工，区间线路全长792m，纵向为V 字节能型坡道，在区间最低点（YDK15+570.000）位置设置一处联络通道，兼作废水泵房使用。联络通道采用矿山法施工，并配合采用高压旋喷桩进行土体加固。

五坂区间联络通道及泵房，联络通道长9.64m（区间左右线净距），初支由格栅钢架+钢筋网片+喷射混凝土组成，厚0.25m；二衬采用现浇钢筋混凝土结构，厚0.3m。通道成型后净空2.95m×3.0m（高×宽），泵房成型后净空4m×2.8m×3.45m（长×宽×高）。

1.2 水文地质概况

五坂区间联络通道拱顶埋深约27m，地层从上至下分别为素填土层、粉质黏土层、砾砂层、砾质粘性土层、全风化花岗岩以及强风化花岗岩，其中素填土层、粉质黏土层及砾砂层厚度累计约18m。

施工期间测得地下水位埋深2.80m～8.40m，标高63.78m～73.30m。据地区经验可知，此处地下水位的年平均变化幅度为2.0～3.0m。

1.3 联络通道设计施工方案

在盾构施工至联络通道位置之前对该区域地层采用双重管高压旋喷方式进行加固，旋喷桩采用梅花形方案进行布设，直径600mm，间距450mm，咬合150mm。盾构隧道左右中心线间距15.64m，旋喷桩平面加固长度为隧道中心线往外各扩1m，共计17.64m，加固宽度为6.1m。剖面加固范围为联络通道开挖顶面以上3m，开挖底面以下2m，共计12.9m。加固后土体应满足以下指标：强度指标qu28≥0.8Mpa，渗透系数 k≤10-5cm/s～10-7cm/s。

2 联络通道施工主要风险

2.1 进洞风险

现场查勘表明：旋喷桩地面至通道上部3m 范围内为空桩，且布孔较为密集，旋喷桩的施作破坏了原状地层。施工后采用深孔注浆方式进行封孔，鉴于地下管线分布及行车主干道的制约，注浆压力控制在较小值，浆液扩散未能有效加固破坏后的地层，造成通道顶部以上的地层松散，自稳性降低，进而形成了透水途径，并引起了塌方。

2.2 掌子面塌方风险

现场查勘表明：联络通道洞身范围内地层主要为全、强风化花岗岩，该地层标贯击数为50-75 击，较为密实。但在开挖过程中发现双管旋喷桩喷射切割地层直径未能达到咬合，成桩效果不佳，进而导致旋喷桩加固效果不佳，诱发塌方风险。

2.3 泵房侧移及底部隆起风险

联络通道位于盾构掘进线路的最低点位，区间两头地下水沿结构外壁向最低点积聚，且上台阶塌方时出现的空洞形成了水的流通线路。大量地下水的聚集导致底部土体长期浸泡而发生软化，在两侧水土压力的向内挤压下发生底部隆起、边墙侧移等现象。

3 联络通道施工期风险分析与控制

3.1 诱发施工期风险的主要因素

（1）地质条件

探明地质条件是地下工程施工的基础，也是地下工程施工风险控制的关键，尤其是地下水的蕴藏与补给条件。

联络通道施工前需对周围土体进行加固处理，主要目的是通过加固地层来减弱地层的渗透能力，提高地层的稳定性。对于不同的地质情况而言，联络通道的埋深、地下水径流、注浆的施工工艺等均存在一定差异，进而导致加固的效果差别较大。

五坂区间联络通道洞身范围内地层主要为全风化花岗岩和强风化花岗岩，岩层中除石英、长石外，其他矿物均风化成黏性土，遇水易软化崩解。在地下水流动及水压的作用下，黏性土成分含量降低，导致土层黏性降低、自稳性差并逐步形成空洞，从而引起地面沉降过大甚至坍塌。

（2）加固方法

联络通道地层加固大多采用地面高压旋喷桩注浆加固。高压旋喷桩适于淤泥、淤泥质土、粉土、砂土、湿陷性黄土、人工填土及碎石土等地层的加固和止水处理，但实际加固效果却不理想，尤其是黏性土地层。当加固深度超过20 米时，其加固效果更不理想。

（3）加固质量

作为盾构隧道的附属工程，联络通道相对车站、区间等主体工程造价低，工期短，工程规模小，在交通疏导和管线迁改方面的受重视程度远不如地铁车站。此外，加固施工受到地面建构筑物的影响，且通道埋深大，从地表进行加固存在较多的不确定性因素。

与此同时，施工单位对联络通道施工的重视程度也是造成施工风险的因素之一。

3.2 施工期主要风险控制措施

（1）提升地层加固效果

针对不同地层，需结合地质条件选择合适的加固方式，确保加固后的地层满足开挖施工要求。五坂区间采用高压旋喷桩+注浆加固，首先在盾构通过前从地面进行高压旋喷桩加固，然后在进洞前以及开挖过程中进行洞内注浆加固。

为了保证成桩质量，高压旋喷桩施工过程中需要重点控制浆液喷射压力及提钻速度。鉴于深埋地层的天然特性，旋喷桩浆液喷射压力提到最大后的成桩半径通常小于设计要求，因此需在设计基础上适当减小布孔间距（结合实际成桩效果确定最佳间距）以确保桩间的有效咬合。

（2）实施拱顶超前支护

联络通道开挖会破坏地层的天然结构，上部及侧向水土压力将集中向掌子面释放，外加地下水浸泡引发的土体软化崩解，拱顶土体易发生坍塌风险。因此，在此类地层施工时，应采用小导管注双液浆的方式进行超前支护，且在注浆前将掌子面及底部土体全部进行喷锚封闭，并适当增加注浆压力，形成坚固的止浆面。双液浆凝结时间较短，加固体强度比水泥浆加固强度低，注浆结束后应快速组织连续开挖施工。结合本工程实例，深埋软土地层每循环超前支护的有效范围为掌子面前方1.0～1.5m，每循环开挖进尺必须小于超前支护范围，且满足设计要求。

（3）设置洞口管片临时支撑

管片的切割作业会改变原有衬砌结构的受力状态。为防止施工过程中原有结构变形过大而发生破坏，管片切割前，在联络通道开洞位置前后6 环范围内架设临时支撑。临时支撑均采用钢结构（型钢或钢管）焊接形成整体，从而形成洞口管片临时支撑体系，提升开洞附近衬砌结构的安全性。

（4）强化初支结构

暗挖联络通道初支结构一般为格栅钢架或型钢+钢筋网片+连接筋+喷锚形成的整体结构，其中格栅钢架或型钢按照设计要求的步距进行架设。结合本区间实例，深埋软土因地下水浸泡发生软化后土体颗粒较小，采用一般的钢筋网片不能有效防止初支背后土体的掉落。因此，在实际施工时需结合地质条件及其特性，提前加密钢筋网片的网眼间距，以确保其对地层的适应性，有效防止初支背后土体的坍塌。

鉴于深埋地层侧向水土压力较大，在联络通道上台阶、泵房等部位的开挖过程中，除采用锁脚锚管固定两边拱脚外，还应增设临时仰拱/支撑，将初支结构临时封闭成环，增强初支结构的稳定性，防止侧向水土压力过大导致初支结构收缩变形而造成的侵限风险。临时仰拱应采用与通道初支结构同类型材料加工制作，布设间隔不宜过大。当埋深较大时，需每榀设置，以确保初支结构的稳定性满足施工要求。

4 结束语

本文依托深圳地铁某区间联络通道施工，分析了施工过程中出现的拱顶土体坍塌、上台阶掌子面垮塌、下台阶底部隆起及泵房初支结构侧移等工程风险，给出了诱发上述风险的主要因素，并形成了针对性的风险控制技术措施，成功克服了深埋软土地层侧向水土压力大、地层加固效果不佳等难题，及时有效地控制了上述风险，施工期间未发生地面沉降超限、地表建筑物沉降、开裂等事故。

联络通道虽为隧道的附属工程，但其施工风险不容忽视，特别是在深埋软土盾构区间。施工前应根据地质勘察资料详细分析地层特性及施工风险，有针对性的进行策划，严格控制施工过程中的施工工艺与施工参数，制定风险控制技术措施，以规避或降低联络通道的施工风险，提前做好应急准备工作，确保联络通道施工安全。