红黏土浅埋暗挖隧道施工风险及处理措施

汪 东，郑文昌，刘 浩

(1.中国水电顾问集团贵阳勘测设计研究院岩土工程有限公司，贵州 贵阳 550081； 2.中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，贵州 贵阳 550081； 3.中铁隆工程集团有限公司，四川 成都 610046)

1 工程概况

拟建七云区间隧道全长908.598 m，区间为双洞单线隧道，施工竖井设置于区间隧道中部，分4个作业面向两端车站开挖，采用矿山法施工。区间线间距为11～14 m，隧道拱顶埋深8.2 m～19.0 m，隧道底板标高1 248.9～1 263.6 m，洞宽6.5～6.7 m，洞高7.0～7.2 m，属于浅埋暗挖隧道。

2 工程地质条件及设计超前支护措施

2.1 工程地质条件

七云区间地貌类型为中山溶丘和溶蚀洼地相间地貌，地形较为平缓，地面标高1 269.0～1 280.9 m，平均坡度2°左右。该区间自上而下分布的地层依次为第四系覆盖层、三叠系下统大冶组石灰岩，岩层产状100°∠8°。第四系覆盖层上部是由混凝土、沥青及人工回填碎块石夹红黏土构成的现状道路，厚2～5 m；下部为残坡积红黏土，厚3～15 m，由上至下可塑及软塑状。

根据勘察资料，该区间初详勘59个钻孔中有23个钻孔揭露溶洞，钻孔见洞率39.0%，岩溶强发育。场区地下水位埋深 3.5～11.5 m，标高1 261.2～1 271.7 m，地下水类型主要有孔隙水、基岩裂隙水及岩溶管道水三种类型，七云区间为区域范围内地下水汇集区，地下水丰富。

七云区间大里程(左线ZDK10+836～11+182；右线大里程YDK10+858～11+182)隧道拱顶埋深8.2～10.6 m，至上而下依次为杂填土层(1.6～11 m)，可塑状红黏土层(1.2～10 m)，软塑状红黏土层(0～5 m)，中风化灰岩，隧顶大部分位于可塑、软塑状红黏土中，见图1。

图1 七云区间大里程综合地质剖面图

2.2 设计超前支护措施

隧道围岩为Ⅴ级，超前支护在隧道拱部120°范围打设Φ42×4 mm超前小导管，L=3.5 m,环向间距0.35 m，纵向间距1.5 m，搭接区域2 m，外插角5°～7°。

3 存在的施工风险

3.1 洞内坍塌

隧顶大部分位于可塑～软塑状红黏土中，由于红黏土自稳性差且地下水丰富，开挖过程中掌子面及拱顶易出现涌水、涌泥现象，未采用预加固段施工过程易出现顶拱失稳。掌子面拱顶失稳见图2。

图2 掌子面拱顶失稳(YDK10+882)

3.2 地面沉降、塌陷

七云区间大里程段沿白云中路往南敷设，沿线有雨水、污水等管线分布，埋深较浅，根据现场雨污水管线调查，破损严重，隧道开挖过程，大量雨污水沿土体下渗，导致局部下部红黏土层遇水软化，局部低洼处红黏土遇水后变成流塑状，施工中掌子面坍塌、拱顶掉块以及拱顶上部红黏土失水收缩均可能引起地表沉降、塌陷，施工风险高。整个区间在施工过程因为岩溶、雨污水管渗漏多次发生地面沉降、塌陷。

3.3 环境影响

隧道平行下穿城市主干道白云北路、白云中路，车流量大，交通繁忙，地面沉降、塌陷对行车安全影响较大。道路下方市政管网、燃气管、给水管、强弱电密布，路面的沉降、坍塌可能导致自来水管的断裂，由于自来水管道属于有压管道，自来水对土体的冲刷作用极其强烈，可在短时间内形成空洞，影响范围较大，危害很强烈，安全隐患大。七云区间在施工过程中总计发生8次比较严重的自来水管破裂情况，并导致洞内出现了涌水、坍塌或地面塌陷等不同危害程度的工程地质灾害，对周边环境影响较大。

4 超前预加固措施

由于红黏土自稳性差，加之雨污水的渗漏，区间隧道富水条件下原有超前支护措施(超前小导管)无法保证施工安全； 隧道平行下穿城市主干道白云北路、白云中路，交通繁忙、管线复杂，不具备地表注浆加固的条件。为保证施工安全，七云区间大里程采用洞内拱顶深孔注浆(后退式注浆)加固围岩的处理措施。

4.1 基本原理

在软、流塑状红黏土层隧道开挖掌子面利用无风压钻机钻至设计深度，在钻杆退出时，直接利用钻杆对前方红黏土体进行注浆加固处理，固结软弱围岩，形成保护拱圈。并利用后方围岩作为天然止浆墙，确保注浆过程中注浆压力快速提升至设计强度，避免重复修建止浆墙。

4.2 施工工艺

1)修建止浆墙(首段)：为方便施工，止浆墙的施作采用C25网喷混凝土，网片采用Φ8@150×150单层网片，同时在掌子面初支环向施作Φ22×2 m锚筋，与钢筋网片连接成整体，增加其受力特性，若加固段落连续，在考虑2～3 m的搭接时，为简化工序，该步骤可省略，一般用在首段加固。

2)测量定位布孔：在掌子面布设一环(25孔)，然后用钻机定位、钻孔，孔深16～30 m。

3)后退式注浆：按照“由外到内、由上到下、间隔跳孔”的原则进行注浆加固处理，注浆分段长度1～2 m(根据钻孔情况可现场调整)。即钻进孔底，注浆一次，注浆结束后再退1～2 m进行注浆，依次循环，直至结束该孔注浆。后退式注浆示意图见图3，注浆参数见表1。

图3 后退式注浆示意图

表1 后退式注浆注浆参数

注浆材料采用普通水泥-水玻璃双液浆、普通水泥单液，现场注浆施工中根据情况进行浆液种类和配比的选择调整。

4.3 加固效果

未进行超前预加固前，普通超前小导管无法起到加固土层的作用，七云区间大里程开挖过程中经常出现拱顶掉块、掌子面坍塌，甚至地表开裂变形、路面坍塌等，施工风险极大。

采用后退式注浆进行超前预加固后，开挖面注浆凝固体呈脉状分布，土体稳定，解决了开挖过程拱顶失稳、涌水、突泥等情况，有效约束了地层变形，增强了地层的自稳能力，保证了隧道施工安全。同时，该工法操作简单，可根据不同段落不同地质围岩情况实时调整注浆参数，达到动态施工的目的，与传统全断面注浆、水平旋喷桩施工等工艺比较经济效益显著。超前预加固开挖掌子面见图4。

图4 超前预加固后开挖掌子面

5 结 语

1)贵阳地铁2号线七云区间采用浅埋暗挖的矿山法施工，隧顶大部分位于可塑～软塑状红黏土中，由于雨水、污水等管线的渗漏，围岩稳定性差，普通超前小导管无法起到加固土层的作用。

2)隧道施工存在洞内坍塌、地面沉降、地面塌陷的施工风险；由于隧道下穿城市主干道白云北路、白云中路，车流量大，管线复杂，施工对周边环境影响大。

3)采用后退式注浆加固方式可达到对掌子面超前预加固的效果，加固后浆脉清晰，开挖过程中可保证掌子面、路面及市政管线安全。

4)该工法工序简单、利于操作，与传统全断面帷幕注浆、水平旋喷桩等工艺相比，简化了施工工艺，节约了施工工期及施工成本，经济效益显著。

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