高含水率淤泥质地层中地下通道暗挖施工技术

贾喜涛

(北京中铁隧建筑有限公司，北京 100022)

淤泥质黏土地层曾被视作暗挖施工禁区，在修建城市地下工程时常采用明挖法，需要占用大量公用资源，在杭州和上海地区成功进行了地下通道暗挖施工，解决了在淤泥质黏土地层中采用浅埋暗挖法修建地下通道的技术难题，为在淤泥质地层修建地下工程提供了新的选择。

本文介绍应用暗挖法在温州施工过街通道的案例。

1 工程概况

温州附二医人行地道下穿温州市学院西路，连接温州医学院与附属第二医院，整个通道呈“丁”字形分布，结构平面如图1。

图1 附二医人行地道结构平面及位置示意

通道采用浅埋暗挖法施工，用竖井做为施工通道和作业空间，沿水平方向对地层注浆;拱部设 φ108 mm超前水平大管棚+超前水平TSS注浆管;利用上半断面垂直打设WSS注浆管对下半断面土体补注浆;CRD法开挖，保持适当的台阶距离，使整个通道的初期支护逐步封闭成环;纵向分段拆除临时支护，铺设防水板，完成二次衬砌。

注浆加固以WSS超前预注浆为主，TSS超前小导管补注浆为辅，改良范围是通道拱部开挖轮廓线外2 m、边墙开挖轮廓线外3 m、底部开挖轮廓线外4 m范围内的土体;拱部打设 φ108 mm超前水平大管棚，壁厚8 mm，环向间距为20 cm;断面为单拱直墙带仰拱，开挖断面净空为7.5 m(宽)×6.8 m(高)，初期支护为格栅钢架 +(φ22 mm连接筋@50 cm)+(双层φ6.5 mm@10 cm×10 cm网)+C20喷射混凝土;二次衬砌为C30 S8混凝土，构成复合式衬砌，初期支护厚30 cm，二次衬砌厚40 cm。暗挖通道横断面见图2。

工程地质剖面如图2所示，对本工程有影响的地层现状如下:

地层①杂填土:灰黄、灰色，饱和，不均匀，稍密;主要由建筑生活垃圾、碎石及黏性土组成，最大块径达30～40 cm、碎块石含量为40% ～60%，在深度2 m以下，土层以黏性土为主，碎石、块石、碎砖等粗大骨料含量为10% ～30%。层底高程0.90～1.50 m，厚度3.50～4.10 m。

地层③淤积软土:青灰、灰色，土体呈流塑状，高压缩性、高灵敏度。高韧性，干强度高，无摇振反应，切面光滑;本层共分三个亚层，对本工程有影响的是地层③1淤泥，为青灰色，含少量粉砂或贝壳碎片及少量腐植质，上部发育有小孔洞、水溶洞。层底高程-9.80～-10.15 m，厚度10.70～11.60 m。为人行地道通道所处土层。

图2 地道结构断面及地质柱状图(单位:mm;高程:m)

图3 暗挖通道施工工艺流程

本工程所在场区勘探深度内有上层滞水和潜水，上层滞水主要存在于杂填土，潜水赋存于黏土及淤积软土;淤积软土具微透水性，地下水径流条件差、水量小;主要受上层土层渗流、大气降水等补给。勘探期间，钻探孔内地下水埋深1.71～1.90 m、高程为3.23～3.60 m，根据区域资料显示，地下水位年变化幅度为2.0～3.0 m。

2 暗挖施工

2.1 施工方案

根据“加固超前、小分块、快封闭、环套环”的原则采用分部开挖;拱部φ108 mm大管棚为主辅以周边径向TSS管，形成棚幕超前支护;在其保护下TSS辅助二重管无收缩双液浆全断面多角度、多频次预加固;分上下二层共6块，按CRD法错步开挖支护并设临时仰拱和支撑，确保开挖安全;分段主动换撑，按底板、边墙及拱部顺序施工二次衬砌。具体如图3。

暗挖施工必须遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、早封闭、勤量测”的方针。

1)管超前:采用超前支护的各种手段提高掌子面的稳定性，防止周围土体液化松弛和坍塌，本工程采用φ108 mm大管棚+TSS管联合进行超前支护。

2)严注浆:通过TSS辅助二重管无收缩双液浆注浆工艺改良周边土体，在通道周边形成一定强度的止水壳，同时加强周围土体及掌子面土体的自稳能力。通道全断面一次性纵向加固范围为20 m，设有3 m厚止浆墙;开挖轮廓线以外2 m及基底以下3 m范围内采用TSS管超细水泥—水玻璃双液浆进行加固，一次性纵向加固范围为6 m，纵向搭接3 m。

3)短开挖:一次注浆，多次开挖，严格限制一次性开挖进尺为0.5 m，缩小暴露临空面，缩短暴露时间，在周边及土体松弛并坍塌之前进行强支护。

4)强支护:严格按照设计进行初期支护、临时支护的施工，使结构能较快达到较大的刚度，以控制开挖初期的变形。临时支护采用20 cm厚C20喷混凝土+I20工字钢临时支撑，初期支护采用φ6.5 mm@150 mm×150 mm钢筋网片 +格栅钢架0.5 m/榀 +30 cm厚C20喷混凝土联合支护。

5)早封闭:通道采用CRD工法分为六块进行开挖支护，每一块都是封闭成环自成支护体系的。为及时控制周围土体松弛，必须采用临时仰拱尽快封闭成环，开挖一环，封闭一环，提高初期支护的承载能力。

6)勤量测:施工过程中进行全程量测，掌握施工动态，及时反馈指导施工。根据本工程的数值计算和对该地段周围环境的影响分析，该地段的地表沉降控制标准为50 mm;施工完成后的地表最大沉降为39.31 mm;这说明通道在施工过程中所采用的地表沉降控制措施是切实有效的。

淤泥质黏土层具有“四高两低”(高压缩、高灵敏、高蠕变、高含水率、低强度、低透水)的特性，暗挖施工的首要问题是完成淤泥质地层加固改良，确保安全;通过预注浆的方法可有效改善淤泥质黏土地层。预注浆工艺繁多，且易出现地面隆起、局部存在注浆盲区、造价过高及易造成二次扰动等问题，因此，需选用合理的注浆工艺。

通过对二重管注浆、TSS注浆、水泥浆液、水泥—水玻璃双液浆等进行针对性试验，对注浆方法、材料、工艺进行对比，注浆方案以采用二重管钻机无收缩浆液加固技术为主，TSS注浆管无收缩液浆加固为辅。二重管钻机采用特殊的端头混合器和二重管注入方式;TSS注浆管溢浆孔上覆盖贴片，可以起到逆止阀的作用，能够满足后退式分段注浆工艺，且操作简单。

2.2 施工工艺

1)在超前管棚保护下，通过竖井对通道拱部及边墙开挖轮廓线外2 m、底部3 m范围内土体采用二重管水平注浆工艺进行土体改良并对开挖面进行适当加固。

2)通道上半部超前，对未开挖的下半部及底部3 m范围内采用二重管垂直注浆工艺，进行再次补注浆液。

3)每部开挖前对开挖轮廓线外设径向超前TSS注浆管，与拱部管棚共同形成超前棚幕支护，补注双液浆。

通过试验选择普通水泥+水玻璃+外加剂注浆材料作为主要加固材料，二次补注浆材料采用MC超细水泥+水玻璃浆+外加剂;浆液配比根据试验确定，针对不同地层进行调整。

2.3 施工效果

温州市附二医人行过街地道工程，通过的淤泥层含水率高达70%;周边建(构)筑物多、地下管线复杂，地道下穿的学院西路是交通主干道，施工难度较大。

施工中先通过二重管无收缩双液浆全断面多角度、多频次预加固地层;然后采用 φ108 mm咬合大管棚形成超前支护;分上下二层共4块，按CRD法错步开挖支护并设临时仰拱和支撑;分段主动换撑，按底板、边墙及拱部顺序施工二次衬砌。成功地穿越高含水率淤泥质地层，为在淤泥质地层修建地下工程提供了一种新的施工方法。

3 结束语

随着上海、杭州、南京等城市暗挖地铁建设的开展，滨海相沉积淤泥地层浅埋暗挖技术将会有更广泛的应用。该技术今后仍需在以下方面进行更深层次的探索。

1)结合杭州、上海、温州等城市淤泥地层中浅埋暗挖施工的开展，需对淤泥地层较大或超大断面隧道的施工原则、技术、方案、方法和辅助措施等进行深入研究，进一步完善了施工技术。

2)在我国浅埋暗挖法作为一个处于发展中的施工技术，风险管理评估和研究实践均属于起步阶段，需要在风险管理的法律性条文制订、研究方法量化、研究成果转化和实际应用等方面作深层次的研究，以指导施工。

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