地铁暗挖隧道施工拱顶粉细砂层的处理

何晓辉

中铁电气化局集团有限公司 北京 100036

摘要：城市轨道交通建设过程中，经常采用浅埋暗挖法进行地下车站或区间的施工，鉴于地层受力的复杂性和不可预见性，隧道拱顶土方加固不到位容易掉落形成塌腔，尤其是粉细砂层。塌腔形成后，不仅不利于施工安全，也极易造成地面或路面沉降，危害行人和行车安全。为预防隧道拱顶形成塌腔，采取优化超前小导管施工工艺和优化浆液配比的措施，确保土体加固有效。隧道拱顶形成塌腔后应及时进行处理，以塌腔净空是否达到3m为界限，采取不同的处理方式，以确保隧道施工质量和施工安全。

关键词：浅埋暗挖 塌腔 优化 处理

1工程概况

西安地铁某暗挖区间正线穿越地层主要为新黄土、老黄土、古土壤及粉质粘土，局部地段拱顶位于干粉细砂层，砂层厚2~4m。隧道拱顶埋深约10m，地下水位埋深约12.7m。设计超前支护措施为拱部打设Φ42超前小导管（L=3m，搭接长度1.5m），注水泥浆。施工过程中拱顶砂层突现，因砂层受扰动而导致拱顶出现塌腔。

图1 暗挖隧道剖面图

Fig 1 undercut tunnel section

图2 隧道拱顶塌腔

Fig 1 tunnel dome collapse

2原因分析

经过对现场施工工艺及环境的分析判断，确定导致拱顶砂层塌方的原因为：

2.1原设计超前注水泥浆效果不理想

由于本工程拱顶存在的砂层非常密实且不含水，砂层的空隙小于普通水泥的细度模数，普通的水泥浆液注不进，无法对砂层形成有效的固结。

2.2小导管的施工工艺不合理

原设计超前小导管长3m，采用风镐振动顶入施工。由于小导管长度较长，采用振动顶入法对拱顶的砂层扰动较大，容易引起流砂或塌方。

3处理措施

3.1优化超前注浆工艺

通过对砂层塌方原因的分析，确定了水泥浆对该砂层的效果不理想以及振动对砂层扰动较大两个主要原因。因此，采用优化超前注浆工艺（即选用细度模数小、渗透性强的改性水玻璃浆液以及对小导管施工工艺的调整）对砂层进行处理。

（1）优化超前小导管施工工艺

超前小导管由原设计3m长调整为1.5m，搭接长度由原设计1.5m调整为1.0m，超前小导管打设采用高压风管吹孔（振动小，对拱顶砂层扰动小），吹孔完成后采用风镐将小导管顶入，打设完成后用棉纱将管口封堵进行网喷施工，下一榀开挖前注浆。

（2）优化浆液配比

原设计超前小导管注水泥浆调整为改性水玻璃浆液，改性水玻璃配置工艺如下：

①将浓度98%的浓硫酸稀释至15%左右；

②水玻璃稀释至15Be´~20Be´；

③将稀释的硫酸（浓度15%）与稀释的水玻璃（15Be´~20Be´）按照1:4~5的比例混合配置成改性水玻璃浆液。

（3）注浆

采用自制的高压风动注浆泵注浆。

图3 高压风动注浆示意图

Fig 3 high pressure pneumatic grouting

在掌子面上部支护压力接近 0 bar，土舱存储半仓泥土时，图3水平位移曲线并没有极大发展，变化速度减缓，没有发生位移突变，判定开挖面具有良好的自稳定性，理论计算可知能够采取半敞开掘进模式。

3.2回填塌腔

由于砂层流失在掌子面顶部前方形成了或大或小的塌腔，针对此种情况，要及时架设下一榀格栅并喷射混凝土，防止砂土再次流失。之后对塌腔进行回填处理。针对塌腔的大小选择不同的回填工艺。

（1）小于3m的塌腔

小于3m的塌腔采用洞内回填方法。在初支喷砼时预埋Φ108的喷砼管以及Φ42的注浆管。初支砼达到一定强度后，先通过预埋的Φ108管喷射混凝土，最后利用预留的Φ42注浆管注水泥浆。

图4 ＜3m塌腔处理示意图

Fig 4 schematic diagram of less than 3m collapse cavity treatment

（2）大于3m的塌腔

大于3m的塌腔采用地面灌注砼或水泥砂浆方法。测量放样出塌腔对应的地面位置后，根据地质情况选择人工成孔（洛阳铲）或机械钻孔，从地面灌注砼或水泥砂浆。

图5 ＞3m塌腔处理示意图

Fig5 schematic diagram of collapse treatment greater than 3m

4注意事项

（1）由于浓硫酸具有很强的腐蚀性，属于危险品，因此必须按照要求办理相关手续，且须设专人保管，要做到随用随取、用完立即归还。

（2）98%的浓硫酸稀释过程必须按要求穿戴防护服及手套，所以要严格按照“酸入水、沿器壁、慢慢倒、不断搅”的原则进行稀释。

（3）由于配制好的改性水玻璃溶液具有时效性，因此隧道每一榀的开挖及支护喷砼的循环时间控制在8小时内。

参考文献：

[1]龚君康. 隧道超前小导管注浆加固研究现状[A]., 重庆 重庆交通大学, 2016.

[2]王越云. 超前小导管注浆在上白隧道穿越砂层中的应用[A]山西建筑., 2011.

[3]张瑞俊. 砂层隧道穿越塌方区施工[A].山西建筑，2012.

[4]崔林，刘帅. 砾砂层风压注浆工法研究[B].工程建筑, 2013.

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