复杂地质高深基坑暗挖地铁隧道施工技术

2021-11-24李军涛

商品与质量 2021年15期

李军涛

北京住总第一开发建设有限公司北京 100029

暗挖法指的是一种地下开挖洞室的施工方法，主要应用于一些软弱围岩的隧洞工程施工中。由于地质比较复杂，施工中涉及到的工艺和工序比较多，因此对施工质量要求高。如果不能做好施工控制容易造成塌方等问题，不仅会需要返工，还可能会造成生命、财产等方面的损失。因此需要制定科学的质量安全管理体系，采用科学的质量施工技术，保证施工的有效进行。为了保证论述的合理性，本文研究中以某地铁工程为例进行讲解。

1 工程概况介绍

某地铁修建路段采用暗挖下穿的方式，在暗挖隧道区间设置临时施工竖井以及一条横通道，竖井的深度设置为40米。并结合竖井的地理位置，周围环境以及井横断面的深度和大小等确定具体的施工方案。通过对本案的研究确定采用喷锚以及格栅钢架联合的方式进行支护。

2 地质环境分析

本案的施工位置地质环境比较复杂，存在不良地质以及一些特殊的岩土。

2.1 不良地质

本案中存在基础不良地质情况，在f13位置存在地裂缝，同时在f13-1在十字交叉路口位置存在一处分支裂缝，裂缝的走向为NEE向，向南倾斜，倾斜角度为80度左右。本案开挖地段f13、f13-1裂缝与左线相交位置分别为ZDK24+898.854以及ZDK24+864.325相交，f13-1裂缝与右线相较于YDK24+904.266.

2.2 特殊岩土层

施工场地中的地表主要为人工填土，大部分填土为1-1的杂填土，还有部分位置为1-2素填土，填土位置分散。同时杂填土中的土层厚度为0.15-6.50米，层底的深度为0.15-6.50米。层底的高程为418.50-437.10米；素填土的土层厚度为0.20-3.80米，层底深度为0.80-5.20米，层底高程为419.51-435.42米。而且这些人工填土土质的结构存在较大的差异性，各种土质的结构存在较大的差异，疏密不均衡，整体土质结构比较复杂，在工程施工中土质的质量比较差。

本案暗挖区域的隧道顶部土层主要为饱和软黄土，土层的厚度为5.4-7.9米，同时3-1-1新黄土位于水层上，e=1.061.这些土质具有空隙大的特点，压缩系数为0.65MPa-1.压缩性非常强，同时工程的性质比较差，一旦发生浸水将会导致工程性质出现恶化的情况，而且无论何种情况下都可能会导致不均匀沉降的情况。3-1-2新黄土，位于水下的位置，e为0.921，土质的空隙非常大，压缩系数为0.31MPa-1，压缩性中等，在水位下降后容易使压缩沉降下降。

3 复杂地质高深基坑暗挖地铁隧道施工策略

3.1 做好洞内水位的控制

区间暗挖隧道施工中无水作业是其中非常重要的前提条件，需要结合工程地质以及水文等方面的资料做好施工计划。本案施工段暗挖段的拱底埋深深度约为36.5米，拱顶埋深约为26.8米。这个施工段地下水位，距离地面的距离为11米，隧道洞身都在地下水位线以下，要想实现无水作业难度比较大，需要进行降水位处理，降水位的深度要在24米左右。同时隧道洞身地层岩层以古土壤和老黄土为主，都是含水层土层，没有设置连续隔水层。黄土地质中，基层以及隧道的降水都需要达到25米左右，这种深度的降水施工本地区内并没有成功的案例参考。由于需要降水位比较大，进一步加大了暗挖降水工作难度。而且本案施工中隧道顶部位置的饱和软黄土层厚度达到5.4-7.9米，饱和软黄土的状态为软塑、流塑状态，是一种具有较大压缩系数的土层，通过降水会导致比较严重的地面沉降，导致地面建筑以及地下管线等遭到破坏。在暗挖过程中必须要采取合理的水位控制措施：

（1）暗挖区间降水程度比较大的情况下，如果仍然采用普通降水的方式不仅无法达到降水效果，还可能会导致工期延误，或者影响工程质量。因此本案决定采用二级降水法的方式对暗挖段位置进行降水处理，通过分阶段的方式实现对降水井进行排水。第一个阶段排水过程中，主要是通过外排降水井进行降水处理，降水的程度为地下24米以下，并维持在这个水平。在地面沉降平稳后，再进行以一个阶段的降水。第二个阶段的降水处理中，需要利用内排井的降水方式进行降水，内排降水井可以使井洞中不存在承压水，或者只有大股清流水。降水时还需要做好周边建筑物的检测工作，结合检测的反馈信息进行施工，如果地面沉降达到最大报警值的情况下必须要立即停止，并向洞内提前进行注浆。对于区间隧道的施工，要先进行降水试验，保证洞内水位在洞顶部1米以下的位置，同时观察地面的沉降情况。如果地面沉降在合理范围内，继续降水达到洞底部1米以下。如果地面沉降程度已经超过合理范围，需要立即停止降水，并采用洞内注浆以及回灌的方式进行补救，保证基坑无水的同时也需要保障地面建筑物的安全性[1]。

（2）WSS注浆作业。在降水的过程中还需要注重洞内深孔注浆技术的应用，通过向洞内注浆促进浆液在洞内扩散，实现对地层土体空隙的填充。保证地层的固结性，同时对外部水体进行有效隔离，实现止水的效果。通过洞外井降水以及洞内深孔注浆结合的方式有效起到防水作用，使隧道开挖作业的环境保持干燥性，提升隧道开挖工程质量和施工安全性。

3.2 强调下穿地裂缝段施工

本案施工中，主要的暗挖地段为Z D K 2 4+8 9 8.8 5 4（YDK24+904.266）。此处存在地裂缝，裂缝的走向为NEE向，向南倾斜，倾斜角度为80度左右。由于裂缝的存在导致施工中无法采用盾构法进行施工，仅能采用浅埋暗挖法开展施工工作[2]。但是在地裂缝区间的暗挖施工中可以利用盾构的方式进行，加宽、加高暗挖隧道的断面，本案施工中断面的高度最高为10.41米，断面最大的宽度为10.2米。在施工中如果降水没有达到标准的情况下，容易导致地下水通过隧道的裂缝进入隧道，导致隧道裂缝位置的土体被破坏，引起局部坍塌的问题，造成严重的施工风险，影响工程施工进度。在存在裂缝位置的施工中，由于明流水和掌子面积水的水流大，需要通过开挖盲沟的方式对这些水进行排出。具体的排出方式为在掌子面三米的位置设置一个钢管，要求钢管的规格要达到φ609mm×16mm，为施工人员留住逃生通道。同时在洞内两边开挖过程中，需要在两端底部位置开挖两个盲沟，盲沟的规格一般为300毫米×300毫米，同时在盲沟的下部铺上碎石，防止由于对底部的长期浸泡造成垮塌的情况。在盲沟开挖前先通过注浆的方式对土体进行稳固。在裂缝段的施工中先进行了超前注浆工艺处理，保证安全后进行开挖施工。

3.3 做好复杂地质环境的沉降控制

由于本案施工位置的地质环境比较复杂，在降水以及开挖过程中容易导致地表出现沉降，影响地面上建筑物的稳固性，因此在复杂地质位置的施工中必须要做好沉降控制工作，这也是施工中的重要问题[3]。在暗挖隧道项目中包括地面下沉、沉降、建筑物倾斜以及拱顶下沉等问题。地面沉降点共设置120个，累计沉降的最大点位置为-128.5毫米；建筑物沉降布设60个，累计沉降量最大值为-134.6毫米，拱顶下沉布设点为100个，最大沉降点为-72.4毫米。同时累计变形的最大点的变形量为-50.4毫米。

由于地质不良，采用暗挖施工方式导致沉降过大，为了保证施工安全性，采用CRD工法以及两级降水法对沉降情况进行控制。CRD施工方式主要采用的是针对所有的导洞都采取一次开挖成型的方式，要求导洞的高度需要达到4.87到5.29米之间。在开挖的过程中如果发现出现渗水的问题而且导洞的高度比较小的情况下，难以对沉降率有所保障[4]。在施工中加设2个连接板和4个锁脚锚管，CRD上的导洞设置为上下两个，每个导洞都进行单独开挖、支护，在导洞开挖中必须要强调支护和封闭速度，并严格根据施工设计方案和程序进行施工，在初步支护完成后，及时进行内衬施工。通过初级支护以及衬砌的合理距离设计，实现对地面沉降的控制。