论文部分内容阅读
摘要：本文介绍某地铁盾构区间联络通道坍塌突发事件工程实例，分析各种辅助工法的应用和重要性，重点阐述在富水砂质黏性土层和全风化岩层中进行联络通道洞门破除的施工控制要点与技术措施。
关键词：地铁，盾构，联络通道，施工控制
中图分类号：U231文献标识码： A
1工程概况
1.1设计参数
某盾构区间1#联络通道采用暗挖法施工，联通道全长10.4m，埋深13.81m，其断面上部为拱形，断面宽3.8m，高3.85m。初期支护主要由φ42超前小导管、格栅钢架、钢筋网、喷射混凝土组成联合支护体系，二次衬砌为模筑防水钢筋混凝土，详见表1。通道开挖前采用双管旋喷桩进行地层加固，加固范围平面为沿通道走向结构外沿各2.5m，加固深度为通道底部2m至顶部以上3m，采用φ600mm双管旋喷桩，间距450×450mm；开挖采用短台阶分步开挖法。
表11#联络通道主要设计参数表
初期支护 二次衬砌
喷射混凝土 钢筋网 钢格栅 模筑混凝土
规格 厚度 位置 规格 位置 規格 间距 规格 厚度
C25早强混凝土 250mm 全环 φ8@200×200 全环 主筋φ22四肢格栅钢架 500mm C30、S10 350mm
1.2工程地质与水文概况
联络通道开挖范围内地层靠右线侧为<10-1>全风化混合片麻岩，靠左线侧为<10-1>全风化混合片麻岩、<6-6>硬塑状砂质粘性土，联络通道覆土从通道顶至地表依次为<6-6>硬塑状砂质粘性土、<3-11>粗砂、<3-10>中砂、<1-1>素填土，如图1所示。
图11#联络通道地质横断面图
1#联络通道所处区间的地下水类型主要为第四系松散层孔隙水，主要赋存与冲洪积砂层及沿线砂质黏土层中。冲洪积层分布范围广，砂层总体厚度为3～4m，成层状分布，富水性及透水性较强，含水量丰富；粉质黏土及砂质黏土富水性及透水性较差，为相对隔水层。局部砂层与黏性土层交错分布，地下水局部具有微承压性，地下水位埋深为1.6～9.3m。
1.3周边环境
1#联络通道上方地表为城市交通主干道的主道和辅道之间的绿化带，周边没有建筑物，地下管线较少。
2坍塌事件描述
2014年7月10日，现场开始从左线对联络通道洞门进行钢管片拆除，拆除通道上部洞门2块后，进行洞内深孔注浆施工，在进行第一根花管注浆期间，发现通道掌子面即盾构通过后同步注浆层出现开裂现象，遂立即对掌子面挂网喷射混凝土进行封闭，但在封闭作业期间网喷混凝土层被其外部水土击破，大量土体从洞门处涌进隧道，其中包括泥浆、经旋喷加固处理的土体以及加固体上方的<3-10>、<3-11>层的土体。在地表道路西侧绿化带即左线盾构隧道中心线偏西正上方位置发生塌陷。
3坍塌原因分析
（1）旋喷桩预加固未能达到预期的加固效果，造成加固体自稳性和止水性不足。
（2）旋喷桩加固体上方<3-10>、<3-11>砂层地下水量大，如旋喷桩未能形成致密加固体，存在透水通道，地下水的作用使土体软化、崩解和影响加固效果。
（3）盾构机通过之后，由于刀盘开挖洞径大于管片外径，存在一定的间隙，形成外界土体至联络通道洞门的透水通道。
（4）在拆除联络通道洞门钢管片前，未按要求先进行探孔检查加固效果。
4施工控制要点与技术措施
联络通道洞门破除是盾构区间隧道附属工程中安全风险较大的工序，应采取相应的辅助措施，降低工程施工风险。
4.1地面预加固
通常采用注浆、水泥搅拌桩或高压旋喷桩等方式在盾构机通过前从地面进行加固，形成一定范围的加固土体。经加固的土体应具有很好的均质性和自立性，其无侧限抗压强度不应小于1.0MPa，渗透系数不应大于1×10-8cm/sec。
地层预加固是有效的进行改善地质条件的措施，必须切实做好该项工作，确保土体加固达到设计要求。加固完成后，应委托具备相应资质的检测单位进行抽芯检验，检验内容包括：加固土体的整体性及均匀性、加固范围、土体无侧限抗压强度、钻孔或桩的中心位置及垂直度、抗渗性能等。
4.2管片背后注浆
盾构机通过加固土体后，在管片外侧形成环形间隙，如盾构同步注浆未能对间隙进行完全填充，会给联络通道洞门破除带来风险。同时，在盾构掘进时对加固体会造成一定的扰动，影响加固体的整体性。针对这一不利影响，应采取管片背后注浆对管片外侧的空隙进行充填，并通过浆液的外渗，对受扰动的土体起到固结作用。
管片背后注浆的范围应至少为联络通道洞门位置前后6环位置，如在不良地质条件下或地下水较丰富地区可适当增大注浆范围。注浆材料多采用水泥浆液，地下水量大时可适当配入水玻璃作为速凝材料。进行管片背后注浆时，应严格控制注浆压力，不应大于2.0MPa。为防止注浆过程中因偏压作用影响下造成管片错台或椭变，应先在隧道内架设井字型临时支撑，如图2所示。
图2隧道内临时内支撑示意图
4.3洞内探孔检查
联络通道洞门破除前，必须施作穿透探孔，探查开挖范围内土体的加固效果及地下水赋存状况。探孔位置应选取通道开挖范围的上部、左右两侧及中部处，应观察探孔有无泥水流出，要求达到不漏泥、不漏砂，出水量应小于0.2L/min·m。取出土样判断加固效果，在确认达到相关要求后，方可破除洞门和拆除管片。
4.4冻结法加固
在地下水特丰富的地质条件下，地面预加固措施不能保证达到加固要求时，可采取冻结法进行加固，其施工流程如下：
①施工准备→②冻结孔施工和冻结管路安装→③积极冷冻，隧道管片加固保暖→④水平钻孔检验冻结效果→⑤打开钢管片→⑥联络通道开挖并实施临时支护，全过程维护冷冻→⑦防水层施工联络通道内衬结构施工→⑧冻结孔封孔、地层跟踪注浆、施工完毕。
冻结法施工的重点在于形成冻结帷幕，在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道及泵房外围土体冻结，形成强度高、封闭性好的冻结帷幕。冻结参数如下：
设计盐水温度：-28℃～-30℃；
冻结壁厚度：3.0m；
冻结孔单孔流量不小于：4m3/h；
冻结孔终孔间距：Lmax≤1400mm；
为保证缩短冻结时间，保证整体冻结效果，在另一侧盾构隧道的联络通道冻结相应位置处在管片内部设置保温层。
采用冻结法加固时，应特别注意在联络通道主体结构施工完毕，解冻过程中冰融化成水，体积减小，会引起地面的沉陷。为减少土体解冻产生的沉降，应通过隧道及联络通道预留的注浆孔，采取跟踪注浆的形式，根据监测地层沉降情况，及时地对地层进行补偿注浆。
5 结论
本文通过工程实例，提出几种联络通道施工中的辅助措施。在相关措施采用得当和保证施工质量的情况下，应可保证联络通道顺利施工，防止发生土体坍塌事故。在今后的工程中，做好联络通道施工前的加固准备工作，是有效控制地质风险的有效手段。
参考文献
[1] 王梦恕. 地下工程浅埋暗挖技术通论[M]. 合肥：安徽教育出版社，2004
[2] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司北京交通大学. 地铁工程施工安全管理与技术[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2012
[3] 刘建国. 富水复杂地质浅埋暗挖隧道修建技术[M]. 北京：人民交通出版社，2012
关键词：地铁，盾构，联络通道，施工控制
中图分类号：U231文献标识码： A
1工程概况
1.1设计参数
某盾构区间1#联络通道采用暗挖法施工，联通道全长10.4m，埋深13.81m，其断面上部为拱形，断面宽3.8m，高3.85m。初期支护主要由φ42超前小导管、格栅钢架、钢筋网、喷射混凝土组成联合支护体系，二次衬砌为模筑防水钢筋混凝土，详见表1。通道开挖前采用双管旋喷桩进行地层加固，加固范围平面为沿通道走向结构外沿各2.5m，加固深度为通道底部2m至顶部以上3m，采用φ600mm双管旋喷桩，间距450×450mm；开挖采用短台阶分步开挖法。
表11#联络通道主要设计参数表
初期支护 二次衬砌
喷射混凝土 钢筋网 钢格栅 模筑混凝土
规格 厚度 位置 规格 位置 規格 间距 规格 厚度
C25早强混凝土 250mm 全环 φ8@200×200 全环 主筋φ22四肢格栅钢架 500mm C30、S10 350mm
1.2工程地质与水文概况
联络通道开挖范围内地层靠右线侧为<10-1>全风化混合片麻岩，靠左线侧为<10-1>全风化混合片麻岩、<6-6>硬塑状砂质粘性土，联络通道覆土从通道顶至地表依次为<6-6>硬塑状砂质粘性土、<3-11>粗砂、<3-10>中砂、<1-1>素填土，如图1所示。
图11#联络通道地质横断面图
1#联络通道所处区间的地下水类型主要为第四系松散层孔隙水，主要赋存与冲洪积砂层及沿线砂质黏土层中。冲洪积层分布范围广，砂层总体厚度为3～4m，成层状分布，富水性及透水性较强，含水量丰富；粉质黏土及砂质黏土富水性及透水性较差，为相对隔水层。局部砂层与黏性土层交错分布，地下水局部具有微承压性，地下水位埋深为1.6～9.3m。
1.3周边环境
1#联络通道上方地表为城市交通主干道的主道和辅道之间的绿化带，周边没有建筑物，地下管线较少。
2坍塌事件描述
2014年7月10日，现场开始从左线对联络通道洞门进行钢管片拆除，拆除通道上部洞门2块后，进行洞内深孔注浆施工，在进行第一根花管注浆期间，发现通道掌子面即盾构通过后同步注浆层出现开裂现象，遂立即对掌子面挂网喷射混凝土进行封闭，但在封闭作业期间网喷混凝土层被其外部水土击破，大量土体从洞门处涌进隧道，其中包括泥浆、经旋喷加固处理的土体以及加固体上方的<3-10>、<3-11>层的土体。在地表道路西侧绿化带即左线盾构隧道中心线偏西正上方位置发生塌陷。
3坍塌原因分析
（1）旋喷桩预加固未能达到预期的加固效果，造成加固体自稳性和止水性不足。
（2）旋喷桩加固体上方<3-10>、<3-11>砂层地下水量大，如旋喷桩未能形成致密加固体，存在透水通道，地下水的作用使土体软化、崩解和影响加固效果。
（3）盾构机通过之后，由于刀盘开挖洞径大于管片外径，存在一定的间隙，形成外界土体至联络通道洞门的透水通道。
（4）在拆除联络通道洞门钢管片前，未按要求先进行探孔检查加固效果。
4施工控制要点与技术措施
联络通道洞门破除是盾构区间隧道附属工程中安全风险较大的工序，应采取相应的辅助措施，降低工程施工风险。
4.1地面预加固
通常采用注浆、水泥搅拌桩或高压旋喷桩等方式在盾构机通过前从地面进行加固，形成一定范围的加固土体。经加固的土体应具有很好的均质性和自立性，其无侧限抗压强度不应小于1.0MPa，渗透系数不应大于1×10-8cm/sec。
地层预加固是有效的进行改善地质条件的措施，必须切实做好该项工作，确保土体加固达到设计要求。加固完成后，应委托具备相应资质的检测单位进行抽芯检验，检验内容包括：加固土体的整体性及均匀性、加固范围、土体无侧限抗压强度、钻孔或桩的中心位置及垂直度、抗渗性能等。
4.2管片背后注浆
盾构机通过加固土体后，在管片外侧形成环形间隙，如盾构同步注浆未能对间隙进行完全填充，会给联络通道洞门破除带来风险。同时，在盾构掘进时对加固体会造成一定的扰动，影响加固体的整体性。针对这一不利影响，应采取管片背后注浆对管片外侧的空隙进行充填，并通过浆液的外渗，对受扰动的土体起到固结作用。
管片背后注浆的范围应至少为联络通道洞门位置前后6环位置，如在不良地质条件下或地下水较丰富地区可适当增大注浆范围。注浆材料多采用水泥浆液，地下水量大时可适当配入水玻璃作为速凝材料。进行管片背后注浆时，应严格控制注浆压力，不应大于2.0MPa。为防止注浆过程中因偏压作用影响下造成管片错台或椭变，应先在隧道内架设井字型临时支撑，如图2所示。
图2隧道内临时内支撑示意图
4.3洞内探孔检查
联络通道洞门破除前，必须施作穿透探孔，探查开挖范围内土体的加固效果及地下水赋存状况。探孔位置应选取通道开挖范围的上部、左右两侧及中部处，应观察探孔有无泥水流出，要求达到不漏泥、不漏砂，出水量应小于0.2L/min·m。取出土样判断加固效果，在确认达到相关要求后，方可破除洞门和拆除管片。
4.4冻结法加固
在地下水特丰富的地质条件下，地面预加固措施不能保证达到加固要求时，可采取冻结法进行加固，其施工流程如下：
①施工准备→②冻结孔施工和冻结管路安装→③积极冷冻，隧道管片加固保暖→④水平钻孔检验冻结效果→⑤打开钢管片→⑥联络通道开挖并实施临时支护，全过程维护冷冻→⑦防水层施工联络通道内衬结构施工→⑧冻结孔封孔、地层跟踪注浆、施工完毕。
冻结法施工的重点在于形成冻结帷幕，在隧道内利用水平孔和部分倾斜孔冻结加固地层，使联络通道及泵房外围土体冻结，形成强度高、封闭性好的冻结帷幕。冻结参数如下：
设计盐水温度：-28℃～-30℃；
冻结壁厚度：3.0m；
冻结孔单孔流量不小于：4m3/h；
冻结孔终孔间距：Lmax≤1400mm；
为保证缩短冻结时间，保证整体冻结效果，在另一侧盾构隧道的联络通道冻结相应位置处在管片内部设置保温层。
采用冻结法加固时，应特别注意在联络通道主体结构施工完毕，解冻过程中冰融化成水，体积减小，会引起地面的沉陷。为减少土体解冻产生的沉降，应通过隧道及联络通道预留的注浆孔，采取跟踪注浆的形式，根据监测地层沉降情况，及时地对地层进行补偿注浆。
5 结论
本文通过工程实例，提出几种联络通道施工中的辅助措施。在相关措施采用得当和保证施工质量的情况下，应可保证联络通道顺利施工，防止发生土体坍塌事故。在今后的工程中，做好联络通道施工前的加固准备工作，是有效控制地质风险的有效手段。
参考文献
[1] 王梦恕. 地下工程浅埋暗挖技术通论[M]. 合肥：安徽教育出版社，2004
[2] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司北京交通大学. 地铁工程施工安全管理与技术[M]. 北京：中国建筑工业出版社，2012
[3] 刘建国. 富水复杂地质浅埋暗挖隧道修建技术[M]. 北京：人民交通出版社，2012