富水粉砂地层联络通道地表三角降水施工技术

（中铁四局集团第四工程有限公司，安徽 合肥 230041）

0 前言

在富水条件下砂层中进行联络通道施工时，极易出现涌水、涌砂等问题，常见预加固措施有冻结、旋喷、注浆、降水、搅拌、钻孔桩和连续墙等。本文针对在前期高压旋喷桩和洞内帷幕注浆加固失效的问题，通过采取地表三角降水施工技术，取得了在富水粉砂地层暗挖法联络通道施工的成功经验，对类似工程具有一定的参考意义。

1 工程概况

合肥地铁蒙阜区间隧道为两条单洞单线圆形隧道，线间距15～16.99m，单线长612.9m，采用盾构法施工，在DK21+641.75.00处设置联络通道及泵站。联络通道采用复合式衬砌结构，暗挖法施工，开挖断面高×宽为4.68m×3.7m，开挖长度为9m。联络通道结构断面图如图1所示。

1.1 工程地质

地勘揭示，联络通道覆土厚度约14.83m，从上至下依次为（0）2 填土、（1）1 粉质黏土、（2）1 粉质黏土层、（2）2 粉土层、（7）1全风化泥质砂岩和 (7)2强风化泥质砂岩，结构主要穿（2）2-2粉土层、（7）1 砂岩、和（7）2 砂岩、（7）3 砂岩层，顶部处于（2）1粉质粘土层、泵房底部处于（7）3砂岩层。

图1 联络通道结构断面图

1.2 水文地质

地下水主要为上层滞水及基岩裂隙水。上层滞水主要赋存于人工填土层，水位埋深1.6～3.1m，受季节及气候条件等影响。微承压含水层组主要微承压含水层组主要由第四系上更新统粉砂、粉土组成，包括（2）2-1、（2）2-2 层，隔水顶板为渗透性弱的第四系（1）1、（2）1、（2）2层黏性土，隔水底板为下伏风化砂岩，承压水位标高约为15m。

2 高压旋喷桩加固

原设计采用φ800@500双重管高压旋喷桩进行加固，旋喷桩采用双重管工艺，加固区的范围为联络通道结构上下、左右各3.0m，加固深度进入中风化（7）砂岩层不小于1m。

加固效果验证：在联络通道开挖前探孔时出现涌水现象，并含有大量泥沙，原地表高压旋喷桩加固效果较差。

图2 联络通道加固剖面图

图3 现场探孔涌水及泥沙图

3 洞内帷幕注浆加固

因高压旋喷桩加固失效，无法破除洞门开挖施工。采用帷幕注浆加固技术，在开挖轮廓线外1m范围内进行帷幕注浆，采用水玻璃+水泥双液浆。2019年1月10日—1月31日累计注入水泥156t、水玻璃200桶，地表时有漏浆，并出现隆起，随即停止注浆。2月12日打设8个4m深的水平探孔验证，仍有3个探孔存在涌水现象，对涌水部位继续进行补注浆。

2月22日探孔验证，未发现明水，随即破除洞门管片。2月23日在进一步阔挖时，出现涌水，现场立即封闭掌子面，继续补充注浆加固。2月28日对补注浆效果探孔验证时，注浆效果不佳，渗水量未见明显减小。

4 加固失效原因分析

①旋喷桩加固时水泥浆在承压水粉土、粉砂地层易随地下水流失，难以形成完整均质的加固体，在风化破碎围岩中成孔效率低，尤其是在粉砂、粉土层和风化围岩等各不同地层交界面处，更是注浆加固的薄弱环节。

图4 洞门破除后涌水图

②粉土、粉砂层中，帷幕注浆多以挤密、劈裂形式存在，难以形成渗透注浆效果。且地下水具有微承压性，浆液易受冲刷和稀释，注浆效果有限。另对管片周边注浆施工存在一定盲区，无法做到无死角注浆加固。

③区间左、右线采用盾构法施工，旋喷桩加固体不可避免地会受到扰动破坏，尤其是在管片背后，贯通形成新的水流通道，联络通道较区间隧道标高更低，洞身开挖时形成新的汇水点，洞内帷幕注浆较难保证效果。

5 地表三角降水施工技术

2019年3月2日，经过现场详细勘察，结合含水层岩性、渗透系数和降水深度三个方面综合考虑，联络通道所处含水地层为（2）2-2粉土层，渗透系数在5.4m/d左右，承压水位标高为15m左右。为实现对地下水位控制在结构底板面以下1m，在联络通道两侧布置真空降水井，截断区间左、右线隧道地下水流通道，最终确定采用地表三角降水方案，同时在洞内增设渗水导管。

5.1 施工方法

在联络通道上方两侧高压旋喷桩加固区外侧1.5m处，距离左右线管片2m处共设置4口降水井，联络通道中线法线方向左右向外4.5m共设置2口，共计6口真空降水井。

①成孔施工：采用直径φ600mm反循环钻机成孔，通过埋设3m护筒避免路基结构层范围循环水流失及井口坍塌，下管前保证井底沉渣厚度不大于10cm，方可下放滤管，钻孔深度20m（联络通道拱底标高18m）。

图5 降水井设置图

图6 降水井结构图

监测项目数据

②井管安装：采用直径φ273mm钢管作为滤管，在孔底10m范围设置带孔钢管，底部钢板焊接封口，采用60目尼龙网包裹2层，顶部10m设置不带孔洞钢管，顶部加盖封闭，连接采用焊接。

③粒料回填：滤管安装完，立即对管背进行回填，在底部10m钢管安装滤网范围回填2mm级配绿豆砂，确保粉土层、泥质砂岩层降水，在顶部10m未打孔钢管外回填黏土球，确保地表潜水稳定不下渗。

④真空降水：降水井施工完后，然后安装水泵、封闭管控、设置真空管、安装真空泵，开始真空降水。

⑤疏水管设置：在联络通道开挖掌子面底部设置疏水孔，作为洞内辅助排水，前期有水，降水后无水外泄。

除采用降水措施外，还辅以洞内渗水孔辅助排水：在联络通道下台阶（7）1土层内开挖轮廓线外1m水平打设泄水孔，孔深7～9m，泄水孔外设置止水阀。

5.2 效果验证

①2019年3月4日-3月9日，完成地表降水井和降水施工，3月10日开始进行联络通道洞身开挖，开挖掌子面干燥无水、稳定，效果明显，现场施工进展顺利。

②采用降水方案，同时叠加联络通道开挖施工，现场势必会引起地表沉降，通过现场监测：地表沉降最大值为-10.37mm，水平收敛最大值为-3.39mm，周边建筑物沉降最大值为-2.71mm，满足设计沉降变形控制标准，保证了联络通道开挖施工安全。具体数据如下表所示。

图7 下台阶泄水孔设置

图8 方案优化后开挖掌子面

6 结论

①通过在富水粉砂和风化破碎围岩地层条件下，采用地表三角降水施工技术，辅以洞内渗水孔排水措施，实现了联络通道掌子面干燥无水、稳定，同时监控数据显示沉降变形控制较好，达到了降水效果，为联络通道安全顺利施工提供了保障。

②旋喷桩加固不易形成均质加固体，尤其是在不同地层分界面处；同时富水粉砂地层中帷幕注浆加固效果有限，难以形成渗透注浆效果。本工程前期洞内帷幕注浆近2个月，注浆加固效果不佳，地表三角注浆施工仅7天实现具备洞身开挖条件，取得了明显的工期效益。