粘土層遇水條件下隧道初期支護方法探討

　　摘要：以沈陽至鐵嶺城際鐵路起點-醫學院站區間粘土層遇水條件下隧道初期支護方法為例,簡要介紹粘土層遇水條件下的支護參數,并提出施工過程中具體的施工措施。同時為今后類似工程施工提供借鑒。

　　關鍵詞：粘土層,遇水,隧道,初期支護

　　0 引言

　　在1987年北京地鐵首次采用暗挖法設計、施工建成了復興門車站折返線工程之后，由于造價低、拆遷少、靈活多變、無須太多專用設備、不干擾地面交通和周圍環境等特點，取得了很大的經濟效益和社會效益。其方法的實質內涵可用l8字原則概括，即：“管超前”、“嚴注漿”、“短開挖”、“強支護”、“快封閉”和“勤量測”。該方法不僅在北京地層中應用，而且也可以在全國類似地層和各種地下工程中應用。

　　王夢恕[1]院士在多年工程實踐和理論研究的基礎上，并把大家的工程實踐經驗和教訓吸納進來，歷經5年著成《地下工程淺埋暗挖技術通論》，對淺埋暗挖技術的理論基礎、工程理念、設計與施工方法進行了全面論述。本書是我國第一部全面系統論述“淺埋暗挖法”理論、設計、施工的專著，是

　　在求真、求實、求是的科學寫作的態度上完成的，

　　它不但是隧道修建史上里程碑式的著作，更是地下

　　工程領域劃時代的作品。本書注重理論聯系實際，力求簡單明了，具有指導性、理論性和可操作性，可供從事地鐵、鐵路、公路、水利、礦山、軍工、城市規劃各行業、建設管理、設計、施工、監理、運營養護各部門、高校、研究單位的科技、工程技術人員應用，是隧道與地下工程建設者難得的設計、施工指導手冊。

　　隨著經驗的積累，我國淺埋暗挖法隧道施工技術已經比較成熟，并在北京、廣州、深圳、上海等大城市修建了大量地鐵，沈陽、南京、成都、杭州、西安、長沙等城市也在建或者籌建地鐵。地鐵是位于地下的大型工程，由于中國各城市地質情況不盡相同，因此地鐵在修建過程中不可避免地會遇到不同地質條件，下面筆者結合沈陽至鐵嶺城際鐵路土建工程施工實踐，就粘土層遇水條件下隧道初期支護方法提出相關建議。

　　目前，在地鐵隧道尤其是在粘土層遇水條件下開挖的地鐵隧道施工，對于相關支護參數沒有具體優化，在施工過程中遇到的地質失穩等特殊情況也無相關建議。因此，本文以沈陽至鐵嶺城際鐵路起點-醫學院站區間為例，通過長時間的經驗積累，對隧道支護參數以及現場安全現場施工給出指導性建議。

　　1 工程概況

　　1.1 設計概況

　　起-醫區間隧道從起點起至醫學院站，沿黃河北大街向北至醫學院站，起訖里程為：右K0+0.000～右K1+390.500，全長1390.500雙線米，區間設1座風井和一個聯絡通道與左右線連通，其中心里程分別為右K0+398.178及右K0+900.000。區間為單洞單線馬蹄形斷面，線間距15m，線路縱向呈“∨”型坡，區間隧道覆土厚度為10-12m，采用礦山法施工。

　　1.2 工程地質概況

　　區間主要位于礫砂(③-4)、中粗砂(③-3)層，均處于潛水層內，上覆土層主要為圓礫、礫砂及中粗砂層。依據《地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范》[2]場地人工填土可挖性分級為Ⅲ級，圍巖級別為Ⅴ級，其它地段土層可挖性分級為Ⅰ級，圍巖級別為Ⅵ級。

　　1.3 粘土層遇水情況

　　2010年11底區間左、右線施工至K0+239里程附近時，拱部地層出現滲水，隨掌子面開挖滲水時大時小，掌子面和已完初支局部表面都有明水，受此影響拱部和掌子面土體遇水易失穩，多次出現局部塌方和掌子面涌泥現象，見圖1。

　　1.4 設計概況

　　起-醫區間采用淺埋暗挖法施工，區間設1座風井和一個聯絡通道與左右線連通，其中心里程分別為右K0+398.178及右K0+900.000。

　　起-醫區間正線支護參數：初期支護開挖凈空為6.00m(高)×6.50m(寬)，采用臺階法施工，支護體系為：超前注漿小導管φ32×3.25，L=1.8m，環向間距300mm+φ6.5@150X150單層鋼筋網+250mm厚鋼格柵C25噴射混凝土。

　　支護參數和措施

　　隧道多次出現掌子面失穩和掌子面涌泥現象，且隧道沉降和地表沉降值均較大，因此，研究粘土層遇水條件下的隧道支護參數和制定具體施工措施是十分必要的。

　　文章通過該工程的實踐經驗提出粘土層遇水條件下的隧道支護參數，并給類似地質條件下施工提出具體措施。

　　2.1 粘土層遇水條件下隧道支護參數

　　由于黃河北大街車道中間的兩條主排水管淤堵相當嚴重，咨詢了多家專業排水管清理公司，都無法處理;并且由于地面排水管管徑小、支管多、排水量大，不具備施工管道內防水內襯或地面導流的條件，因此管線滲水無法從地面根治，洞內也需采取措施。通過現場試驗和施工總結，原設計參數無法滿足施工現狀，需將區間左右線有水區段的設計參數進行局部調整：

　　(1)加強超前地質預探。 每2榀在拱部及兩側起拱線打設3根4m長導管作為超前探管進行超前地質探測，及時了解前方地質、是否有水囊等情況。

　　(2)加強超前支護。超前小導管由單層Φ32x3.25mm，L=1.8m,@300mm,調整為Φ32x3.25mm，L=2.5m,@150mm，擴大注漿加固范圍，支護參數隨掌子面的情況動態調整。

　　(3)加長上下臺階距離。為減小掌子面突水涌泥影響，有效利用臺階長度控制坍塌方量，加大上下臺階距離至6m。

　　(4)增打一根鎖腳錨管控制沉降。在上臺階兩側拱腳鎖腳錨桿由一根增加到2根，并與格柵主筋焊接，注水泥漿，控制因掌子面強注漿和增加臺階長度引起的沉降問題。

　　(5)掌子面注漿(掌子面特別不穩定地段采取)。對于掌子面特別不穩定地段，在掌子面核心土位置,每榀打設2.5m長Φ32x3.25mm掌子面注漿管，注水泥水玻璃雙液漿加固核心土土體，提高掌子面自穩能力，布設注漿小導管情況如圖3所示。

　　(6)及時回填注漿，滲水段洞內跟蹤補償注漿堵水控制變形。預埋設回填注漿管，初支成環5m后緊跟回填注漿，以填充噴射混凝土與圍巖間空隙。同時在滲水段及時進行徑向跟蹤補償注漿，堵水控制變形。

　　2.2 粘土層遇水條件下施工措施

　　從沈陽至鐵嶺城際鐵路起點-醫學院站區間施工結果看，未發生安全質量事故，除了采用以上參數外，另外還采取了以下具體施工措施確保施工安全和質量。

　　(1)粘土層遇水條件下在隧道初期支施工過程中，拱頂滲水嚴重且夾雜泥漿，必須及時回填注漿，且漿液選用具有止水性能的材料。

　　(2)在粘土層遇水條件下在隧道初期支護過程中，發生拱頂滲水較大而突然涌泥現象，須及時封閉掌子面，同時采取回填注漿等措施進行補救。

　　(3)在粘土層遇水條件下整體施工過程之中，在已開挖完成的隧道拱頂鋪滿塑料薄膜，將拱頂滲水引至兩側流入隧道排水系統，有效避免掌子面核心土存水，如圖4所示。

　　3 結論與討論

　　采用粘土層遇水條件下隧道支護參數和措施，對沈陽至鐵嶺城際鐵路起點-醫學院站區間的施工完成而言具有決定性意義。因此，可以得到以下一些結論：

　　(1)按照原設計參數施工，隧道多次出現掌子面失穩和掌子面涌泥現象，且隧道沉降和地表沉降值均較大，而采取粘土層遇水條件下隧道支護參數，順利完成此段隧道施工，認為隧道在施工期間是安全的，滿足使用要求。

　　(2)除了采取粘土層遇水條件下隧道支護參數，輔以相關具體措施，此段隧道施工過程中未發生安全質量事故，認為該措施具有應用到其它類似工程的意義。

　　由于粘土層遇水條件下初期支護的復雜性，單純的支護參數和具體施工措施極難反映所有的現場實際情況，而且，在本文的實例中僅考慮了埋深相對較深的臺階法施工情況，若埋深相對較淺或者步序較多的隧道工程，施工難度是非常大的。這些都是有待于進一步研究和討論的。

　　參考文獻：

　　[1] 王夢恕. 地下工程淺埋暗挖技術通論[M]. 合肥: 安徽教育出版社, 2004.

　　[2] 中華人民共和國建設部.地下鐵道、輕軌交通巖土工程勘察規范.1999.