浅谈城市矿山法隧道穿越圆砾土层加固技术

王军民，刘军伟，刁志刚

（中铁隧道局集团有限公司，广州 511340）

1 引言

在我国城市暗挖隧道修建过程中往往需穿越城区，施工环境复杂，在施工中为了确保周边建构筑物的安全，必须采取相应的辅助措施。某城际铁路滨江新城至市政府暗挖区间位于八方小区与市政府中间，隧道上方为城市主要干道，隧道穿越地层为圆砾[1]、全风化板岩、强风化板岩，施工过程中如控制不当导致隧道坍塌、地表下沉，会危及周边房屋安全。如何确保隧道安全通过，且不影响周边建构筑物安全为本工程施工的重点。在一般地层中主要的加固方式为高压旋喷加固[2]、袖阀管注浆[3]、水泥拌和桩[4]等方法，但考虑到仅仅在地表注浆不能满足现场施工进度需要，且注浆效果无法达到预期效果。经过多次专家论证以及结合现场实际情况，该工程采取洞内外注浆加固止水的方式，既保证了隧道安全穿越，又保证了地表建构筑物的安全。

2 工程概况

某城市城际铁路暗挖区间隧道工程沿市区主干道杜鹃路由东往西走向，下穿整个杜鹃路，且紧邻市政府。暗挖区间全长1 353 m，隧道穿越地层多为全-强风化板岩，节理裂隙发育，隧道地层从上到下依次为人工杂填土、粉质黏土、圆砾、全风化板岩、强风化板岩。根据地勘揭示，人工回填土和圆砾土层较厚，圆砾层富含水，透水性强，部分地段圆砾土层已侵入隧道洞身范围，施工过程中，地面道路和周边建筑物容易因隧道失水过多导致路面塌陷和建筑物不均匀沉降。项目区间隧道施工前期采用洞内帷幕注浆止水加固措施，效果不太理想，多次发生地面道路沉降超标现象，为确保后续施工安全，项目部邀请了相关专家进行了研讨，调整制订了加固处理方案。

根据施工图设计及岩土勘察报告，隧道覆盖层在14.5～15.2 m，从上到下依次为人工杂填土、粉质黏土、圆砾、全风化板岩、强风化板岩和弱风化板岩。其中人工杂填土和圆砾自稳能力差，透水性强，且位于拱顶，开挖前必须对其进行加固。该区间暗挖隧道穿越地层有人工填土、圆砾（见图1）、全风化板岩层。

3 加固方案

3.1 地表加固方案

根据设计情况和地质概况，结合项目区间隧道前期施工经验，经过专家组讨论分析，决定把原洞内帷幕注浆方案调整为地表和洞内相结合的加固处理方案，确保隧道开挖和周边建筑安全，加固处理方案如下。

3.1.1 加固范围

采用φ 600mm 三重管高压旋喷桩加固，在隧道开挖外边缘线左、右侧外3 m，隧道内侧1 m 范围内桩间距为400 mm，其余部位桩间距为600 mm，梅花形布设。

旋喷桩垂直长度范围为开挖轮廓线外5 m、开挖轮廓线内2 m，圆砾土层侵入洞身的部位，旋喷桩相应加长，将侵入洞身的圆砾土层加固，防止洞内坍塌，加固范围剖面图见图2。

图2 地表旋喷加固范围剖面图（单位：m）

3.1.2 施工参数的选定

旋喷施工采用三重管法，旋喷桩的桩径为600 mm，施工前为保证成桩直径不小于600 mm，分别选取19-1、17-1、19-4 共3 根桩作为试验桩，分别采用不同的施工参数进行试桩施工。

经过28 d 后，桩19-1、17-1 在取芯过程中，成桩质量较差，无法做抗压试验。19-4 试验桩检测结果合格：土体无侧限抗压强度为2.6 MPa，满足设计要求不小于2.0 MPa。

通过对3 根试验桩3 种参数的比选，采用参数3 作为旋喷桩施作的主要参数，即采用P·O42.5 水泥，水泥用量为300 kg/m，浆液水灰比为1.0，高压泥浆压力为20～25 MPa，压缩空气压力0.5～0.7 MPa，速度15 r/min，提升速度80 mm/min。

3.2 洞内加固

3.2.1 施工顺序

先进行掌子面临时仰拱及封闭掌子面的工作，施工完成后进行钻机作业平台的搭设，施工完成后在掌子面放出超前大管棚、超前周边注浆孔位。先施工超前周边注浆再施工超前大管棚。施工完成以后进行洞身开挖。

3.2.2 超前周边注浆

注浆加固范围为隧道顶部5 m 范围，边墙外3 m 范围，注浆孔分布见图3。每循环注浆段长为27 m，预留3 m 长度的止浆岩盘,依次向前递进。

图3 超前注浆孔位分布

注浆主要采用水泥浆液。注浆压力为注浆处静水压力加1～2 MPa。注浆速度5～80 L/min。每环注浆孔位布置27 m，设20 个注浆孔均匀布置，共设3 环，环与环之间注浆孔交错布置。钻孔和注浆顺序由外向内，同一圈孔间隔施工。岩层破碎容易造成坍孔时，采用前进式注浆。钻进过程中遇涌水或因岩层破碎造成卡钻时，应停止钻进，进行注浆扫孔后再行钻进。

3.2.3 超前支护

超前支护采用φ89 mm 大管棚+φ42 mm 小导管进行超前支护，以保证施工安全，防止隧道开挖后因拱顶坍塌引起地表沉降。

超前大管棚采用φ89 mm×5 mm 热轧无缝钢管，间距为40 cm，单根长10 m，搭接3 m。超前周边注浆施工完成后施工超前大管棚，超前大管棚施工时按照孔位先施工单号孔，采用钢花管，注浆完成后再施工双号孔，采用钢管。

超前小导管采用φ42 mm×3.5 mm 热轧无缝钢管，长度4.5 m，环向间距40 cm，纵向搭接长度不小于1 m，拱部120°范围内连续布置。采取全孔一次性注浆方式进行超前围岩加固。

3.2.4 洞身径向注浆

径向注浆孔口管为φ50 mm×3.5 mm 热轧无缝钢管，浆液扩散半径1.0 m，注浆孔梅花形布置，每环29 根。注浆时在初支仰拱施工完成后进行。

4 加固后效果

4.1 取芯验证

加固后，在地表进行取芯验证，圆砾层加固效果良好，围岩的整体性有显著提升，取芯情况见图4。

图4 加固后现场取芯验证

4.2 洞内情况

隧道开挖后，掌子面可明显见旋喷桩桩体，围岩面无明显滴水，围岩的整体性较好，见图5。

图5 加固后洞内效果图

4.3 监测情况

从旋喷加固后开挖至封闭成环，地表沉降小。较之前采用洞内超前周边加固方式，地表沉降明显减小，有效地控制了地表沉降，保证施工及地面的行车安全。

5 结论

1）调整方案后，达到了开挖止水和地层加固两个目的，确保了隧道施工本身安全和地面道路及周边建筑物施工安全。

2）缩短了工期、减少窝工：采用地表三重管双高压旋喷加固，结合洞内超前周边注浆的方式，减少了对洞内施工的影响，避免或减少隧道施工人员、机械设备窝工现象。