水平旋喷桩施工工艺在暗挖隧道施工的应用

2012-07-29何刚

山西建筑 2012年21期

何刚

(深圳市地铁集团有限公司，广东深圳 518026)

在城市中施工地铁暗挖隧道不可避免地对地下岩土体产生扰动，引起地表沉降和变形，地表沉降到一定的程度，将影响地面建筑物的安全和地下管线的正常使用。尤其对于深圳地铁2号线安托山站—侨香站区间，隧道上方有一条6．6 m×3．1 m的雨水箱涵和管径500 mm的次高压燃气管，且雨水箱涵与隧道拱顶之间主要为砾砂层，区间隧道与雨水箱涵之间最近处仅为3．66 m。经反复论证，对该段隧道采取了水平旋喷桩加固处理，以保证隧道施工、雨水箱涵、次高压燃气管线及上方市政道路的安全。

1 水平旋喷桩施工工艺概述

水平旋喷桩成桩是通过钻杆钻进过程喷射水泥浆将土体改造成为具有整体性、不透水性且强度较高的水泥土加固体，从而对局部地层进行改良，在暗挖施工时对拱顶有一定的支撑作用。该项工艺在砂、土层等松软地层效果明显，如果结合降水则在暗挖施工中效果更为显著;但对于块石、卵石、大量植物有机质，以及地下水过大等场地，效果不明显。

水平搅拌桩工艺简单、施工方便，其钻进、搅拌、注浆可同步进行，效率高，一般情况下每小时成桩15 m左右;同时质量均匀稳定，相互咬合效果好，有利于隧道的超前支护和止水加固。但水平旋喷注浆作为软土隧道的超前支护或加固也有一些不足之处。例如桩长一般以8 m～12 m为宜，太长则不好控制，容易跑偏;如遇孤石等障碍物则只有放弃，重新调整施工。

2 工程实例

2．1 工程概况

深圳地铁2号线东延段安托山站—侨香站区间线路由安托山站起，线路出安托山站后沿侨香四道呈东西方向敷设，到达侨香路后再向东北方向延伸，进入侨香站。起点为安托山站，终点为侨香站，区间双线总长度为1 340 m。线间距为11．0 m～15．2 m，线路轨面埋深17．0 m ～21．4 m。

在安托山站—侨香站区间东端里程ZDK19+630～ZDK19+665，隧道需要从疏解后的侨香路、6 600 mm×3 100 mm雨水箱涵及次高压燃气管线下方斜穿，隧道与道路、管线的立面关系如图1所示。穿越侨香路段隧道采用了“周边全断面水平旋喷桩帷幕+超前全断面深孔注浆”的地层加固方案，辅助原地次高压燃气管线悬吊保护方案。

2．2 区间穿越侨香路段工程地质条件

区间隧道穿越现状疏解侨香路段附近的地质剖面见图1。

该段隧道上覆及穿越地层自上而下分布有素填土，由粘性土混少量砾砂及角砾组成，结构松散～稍密，厚0．60 m～13．30 m;粉质粘土，透镜状分布，厚度为0 m～5．60 m;粉质粘土，透镜状分布，厚度为1．30 m ～5．50 m;砾砂，透镜状分布，厚度为1．50 m ～9．50 m;砾质粘性土，层状分布，厚 1．00 m ～7．10 m。

2．3 工程实施

由于本段暗挖隧道拱顶均位于富水砾砂层或填砂层中，砂层进入隧道拱部约0．5 m～4．3 m，砂层位于地下水位以下，无自稳能力，在天然状态下一旦扰动便会发生涌水突泥。同时考虑到次高压燃气管线及雨水箱涵沉降要求严格，如采用传统矿山法超前支护措施则风险较大，如采用冻结法则成本较高，工期较长;经分析隧道所处地质条件，考虑到施工安全、施工工期、工程造价及对周围环境影响等因素，通过综合比选本段暗挖隧道采用水平旋喷桩进行超前支护，其支护方案如下:

在隧道拱顶180°范围布置水平旋喷桩，桩中心距离隧道初支开挖轮廓线为200 mm。为保证初支钢架的稳定性，在初支拱脚处布置一根旋喷桩，使拱部钢架落在旋喷桩上，有利于控制拱顶沉降和水平收敛。水平旋喷桩成桩直径500，见图2。

本段暗挖隧道的水平旋喷桩超前支护从隧道两端进行施工。为保证水平旋喷桩的施工质量，还采取了以下措施:

1)首先按照设计孔位及水平旋喷桩设计外插角度采用金刚石钻头钻穿孔既有钢筋混凝土结构，成孔直径较水平旋喷桩机钻头直径大6 cm～8 cm。

2)水平旋喷桩采用加密外插的方式在成桩端部约8 m范围内形成扩大断面，以备隧道断面扩大作为第二次水平旋喷施工工作室。

3)在孔口1 m范围内减小注浆压力，只搅拌不旋喷，以防喷浆(此段范围内采用掌子面围幕注浆加固地层，确保安全施工进洞)。

4)为了避免拱部水平旋喷桩下沉侵限，施工仰角应较设计值上仰 1．5°，桩位外放10 cm ～20 cm。

5)在掌子面处采用定位导向架及采用刚度大的钻杆和自重大的钻机，控制相邻水平旋喷桩分叉。

6)钻至设计深度后，继续旋喷搅拌2 min～3 min再逐渐回退，以保证桩体交接处搭接良好。侨香站内的水平旋喷桩布孔见图3，实际拱顶桩支护间咬合效果见图4。

第一段水平旋喷桩施工完成后，掌子面进行围幕注浆后，进行隧道初期支护施工。扩大断面(工作室)支护完成后，封闭掌子面按照以上施工参数和措施施工第二段水平旋喷桩。

本段暗挖隧道采用信息化施工，从施工中的各种监测数据反映，在采用以水平旋喷桩为主的超前支护措施后，有效地防止了涌砂涌水的发生，洞内止水效果良好，降低了施工风险，同时对地下管线、市政路面以及周边建(构)筑物影响较小，确保了隧道在该高风险段顺利通过。整个开挖过程，对应地表沉降最大值为10．5 cm，拱顶最大沉降3 cm;次高压燃气管线最大沉降为8．7 cm，经专业公司检测，次高压燃气管沉降均匀，沉降引起的内应力远小于容许应力，次高压燃气管线处于安全状态。