富水流砂层的隧道综合施工分析

【摘要】青岛市地铁一期工程（3号线）河西站～河东站区间隧道单线总长1308.8966m，整条隧道为富水流砂层，在施工领域内实属少见，尚无较好的例子进行借鉴。，根据以往的施工经验及专家的论证在施工中采用了地面降水、洞内帷幕注浆的施工措施，隧道开挖时短进尺，强支护，有效地控制了隧道内涌水涌砂，较好地克服了掌子面坍塌的问题，为隧道安全顺利地开挖掘进创造了良好的施工条件。

【关键词】富水流砂；地面降水；帷幕注浆；隧道开挖

一、特点

在小导管超前支护的基础上增加了隧道帷幕注浆，注浆增强了隧道围岩的稳定性，隧道地面降水有效地控制了隧道内的水压及水量，改善了围岩，防止失稳，减少土地占用，原设计在地表打设旋喷止水帷幕，因为地表建筑物较多，采用洞内帷幕注浆可有效减少地表土地使用面积。本工法用于埋深20m以内隧道及地下工程富水流砂层，且穿越既有建筑物的隧道施工。

二、工艺原理

隧道整条线处于粗砂～砾砂层且水量大，隧道地面降水减少隧道掌子面的水量，并起到了改善围岩的作用；隧道周圈帷幕注浆超前支护起到了稳定掌子面围岩的作用，防止隧道开挖掌子面失稳同时兼具一定固结及止水效果。

三、工艺流程及操作要点

（一）地面降水施工

结合本地段工程地质，水文水质情况以及现场钻井设备，降水采用地表700mm管井降水，降水井管选用内径350mm，每延米长度为1.5米的无砂井管，井壁采用60-80目的尼龙网包裹，井壁管与孔间距采用粒径1-3cm填充。降水井应穿透含水层，同时井底标高应低于隧道仰拱不小于2米，降水井布置在线路左右两侧及两隧道的中间，布置在距离隧道边线2.5m左右，在施工过程中降水井间距及井管材料等根据降水效果调整。

1.降水计算参数

根据地勘单位提供的隧道涌水量、渗透系数、地层岩性，确定降水井的类型，降水井滤水管所伸入的土层。确定井径，依据经验计算公式计算单根管井的出水量。由隧道涌水量计算管井根数，换算出管井间距。

2.降水井施工流程

降水井施工流程（见下图）：

3.降水井试验成果

针对降水井的降水效果，我单位做了降水试验，打设降水井3口，沿隧道及垂直隧道方向打设水位观测孔9个，降水15天后，根据水位观测孔的每天监测数据绘制降水曲线，通过曲线观察降水效果，降水效果良好。

（二）隧道帷幕注浆

全断面及帷幕注浆方式采用后退式分段注浆，分段长度为3.0m左右，注浆每循环长度10.0m，全断面注浆孔在每一循环开始部位的掌子面上按扇形布置，帷幕注浆孔沿开挖轮廓线布置，注浆孔的间距0.8m左右，同时应保证孔的末端间距控制在1.0m的范围内，实际间距需要现场试验后最终确定。注浆后应保证每一断面2.5m范围内土体被加固，注漿浆液为水泥-水玻璃双液浆（CS浆液），注浆时先外圈，后内圈，间隔钻孔注浆。注浆压力控制在1.0-1.5Mpa，并注意浆液不能溢出地表。注浆工作面封堵初始注浆段采用80mm后喷射混凝土止浆墙，后续注浆段均预留3.0m已注浆段作为止浆岩盘。

1.施工流程：

钻孔注浆→安设注浆管→喷砼封闭掌子面→设备就位→制浆、连接管路→注浆→饱满→结束

2.注意事项

（1） CS具有腐蚀性，施工中注意防护和安全；

（2） 备有发电机和水源，注浆过程保证不能停水、停电；

（3） 压力表必须标定，并保证完好，损坏后立即更换；

（4） 注浆时如遇到窜浆或跑浆，采用间隔一孔或几孔注浆方式；

（三）隧道开挖、支护

根据现场实际情况，隧道标准断面采用上下台阶法进行开挖，人防段采用CRD法开挖，每次循环进尺0.75m，开挖后素喷掌子面，每支护一榀格栅立即喷射C25混凝土，监测数据显示隧道拱顶或地表异常段，格栅密排支护，及时封闭掌子面，进行全断面注浆。

1.掌子面素喷砼：隧道开挖后为了提高掌子面稳定性，认真检查围岩情况处理欠挖后及时素喷拱部砼，将其封闭。

2.安装格栅钢架：开挖断面经检查合格后，及时安装格栅钢架。格栅钢架安装由于不能及时成环，需在两端拱脚处打设锁脚锚管并进行注浆，并与格栅钢架焊接牢固。连接板位置螺栓必须锁紧。

3.喷射混凝土：喷射混凝土采用湿喷法施工。

4.施工注意事项

1） 该区间为富水流砂层，降水、开挖及初期支护各道工序必须衔接紧密，防止围岩暴露时间过长；

2） 上下台阶法施工，两个台阶距离不得超过5～6m，需尽早封闭成环。

（四）监控量测

1.地下水位监测

1）采用的仪器和测点的布置：采用水位计进行测试。水位观测孔按勘察专业水位观测孔埋设要求制作。

2）测试方法：将电测水位计的探头沿井管缓慢放下，当测头接触水面时，蜂鸣器就会响，此时读取读数，该读数与管口标高差即水位标高。

2.周边收敛

1）监测目的

通过周边收敛观测，了解洞身收敛情况，为支护参数调整及衬砌时间提供依据。

2）监测仪器：收敛仪、钢尺。

3）监测实施

沿隧道中线每10m布置一组，在确定量测的隧道断面开挖或初喷后24小时内，在隧道左边墙和右边墙部位分别埋设测桩（测桩埋设深度约15cm，钻孔直径约20cm，用早强锚固剂固定，测桩设置保护罩），并进行初始读数。量测仪器采用隧道收敛计。量测方法采用精度较高的水平基线量测方法，并进行温度修正。

3.拱顶下沉

1）监测目的

通过拱顶沉降观测，了解拱顶下沉情况，为支护参数调整及衬砌时间提供依据。

2）监测仪器：水准仪、精密水准尺。

3）监测实施

沿隧道中线每10m布置一组，量测方法采用水准抄平方法，必要时采用冗余观测方法来提高精度。

四、安全保证措施

（一）隧道降水及桥墩加固安全保证措施

1.降水井根据现场实际位置做调整，施工完成后钢板覆盖；

2.该地段降水施工时，加强桥墩及地面监测，信息化指导施工，防止因降水导致桥墩及建筑物侧向位移及地面沉降；

（二）隧道开挖、初支安全保证措施

1.严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、早封闭”的十八字方针进行隧道施工；

2.认真做好隧道爆破后的排烟、排险等工作；

3.制定紧急抢险预案，并按预案内容配置抢险物资。

五、工程实例

青岛市地铁一期工程（3号线）河西站～河东站暗挖区间自2010年6月开始施工，该区间地质为粗砂～砾砂层，且富水，开挖过程中容易造成隧道塌方、地标建筑物损坏，为了使隧道正常掘进，地表建筑物的安全，在开挖过程中研究并应用地表降水加洞内帷幕注浆技术，保证隧道顺利掘进以及地表建筑物的安全。到目前为止通过监测，地表、隧道拱顶及水平收敛、及侧向位移值极小。采用此方法是切实可行的。

参考文献：

[1]《地下工程浅埋暗挖技术通论》 安徽教育出版社，2004

[2]《浅埋暗挖法修建地下工程几个问题的讨论》 铁道部隧道工程局科技大会论文集，1999

[3]黄旭升.甬台温客运专线黄毛山隧道帷幕注浆施工技术[J].混凝土与水泥制品，2010，03（6）：20～22；

[4]席锦州.富水地层地铁隧道开挖引起地表沉降的数值模拟研究：[硕士学位论文].西安交通大学，2006.

作者简介： 吴振宇（1987—）男，辽宁凌源人，助理工程师，主要从事施工管理工作。