浅埋淤泥抛石区地铁暗挖隧道施工技术

林登辉

（中交一公局厦门工程有限公司，福建 厦门 361000）

1 引言

厦门作为滨海城市，地铁线路沿主干道下敷设，不可避免地会遇到抛石挤淤区。在软土地层隧道的施工过程中，科研人员对软土地层的隧道修建施工工法、结构受力体系、沉降变形控制等方面进行了大量的研究[1，2]，取得了相应的研究成果。但针对抛石挤淤地层修建地铁隧道，还没有相应的研究成果。因此，通过厦门地铁1号线城塘区间的淤泥抛石区地铁施工实践，总结抛石淤泥地层施工工法及施工关键技术，为后续类似工程提供参考和借鉴。

2 工程简介

2.1 工程概况

城市广场站～塘边站区间线路出城市广场后，左、右线均以450m半径向西北方向偏转，进入塘边站区间隧道采用单洞单线五心圆马蹄形断面。区间隧道沿着嘉禾路布设，左线长734.690m，右线长744.100m，左右线轴线间距为15m。隧道埋深约为10.6～7.1m。

2.2 地质及水文情况

隧道上覆人工填土、抛石、粉质黏土，区间隧道位于残积砂质黏性土层中，抛石层主要由块石回填而成，间隙冲填少量黏性土等，块径约5～10cm，最大可达50cm。地下水埋深1.0m，抛石层中地下水丰富，为强透水层，粉质黏土及残积土层具有弱透水性。

2.3 周边环境情况

区间隧道所处环境复杂，隧道上方为厦门市主干道嘉禾路，交通繁忙，两侧管线繁多，左线下穿及侧穿的管线有DN500mm燃气管、DN1200mm自来水管，右线下穿及侧穿的管线有DN600mm自来水管道、燃气管，SM地下通道横穿嘉禾路，与区间线路垂直相交，区间隧道拱顶覆土2.358m。地下通道为C30混凝土箱涵，箱涵4.4m×3.0m，通道埋深1.263m。

3 施工重难点

隧道超浅埋，重要管线均位于隧道施工扰动范围内，且隧道下穿SM地下通道，施工沉降必须严格控制，但隧道所处浅埋抛石区，控制变形及沉降极其困难。

区间隧道穿越地层主要为砂质黏性土、淤泥抛石层，局部地段为基岩凸起，上软下硬，隧道埋深约为7.1～10.6m，为超浅埋，地层软弱。在施工扰动下极易涌入隧道形成拱顶空洞塌方。加之地面交通繁忙，动载大，对围岩振动影响大。施工时，必须采取严格措施控制，防止产生大的变形及坍塌。

4 隧道施工关键技术

4.1 地面控制降水

区间隧道穿越残积砂质黏性土及淤泥抛石区，该类土层在无水及少量水的条件下自稳性及承载力较好，而在有水及施工扰动作用下，泡水易软化、崩解使强度降低，暴露时间过长时易失稳，并呈流塑状，工作面自稳能力及承载力下降，上覆淤泥抛石层甚至产生流泥涌出现象，引起地表沉降加大，影响施工安全及开挖进度。为确保掌子面的干燥作业，在隧道两侧采用管井井点控制性降水，管井孔径300mm，井点管间距10m，深度25m。

4.1.1 井点管埋深计算

井点管埋深按式（1）计算：

式中，H为井点管埋设深度，m；H1为井点管至隧道底面距离，m，根据区间的隧道埋设及结构断面形式取值；h为隧道最深挖掘面至降水曲线最高点的安全距离，取1.0m；i为降水曲线坡度，取0.1；r0为有效降水半径，取隧道左右线中心距的一半，m；l为滤管长度，取决于含水层的厚度、透水层的渗透速度及降水速度的快慢，一般为3～9m，此处取6m。

对区间隧道进行分段，每段取最不利断面计算，计算结果见表1。

表1 井点管埋深计算表m

4.1.2 井点管间距计算

1）单根井管的出水量按式（2）计算：

式中，q为单根井管的极限涌水量，m3/d；rc为滤管的半径，取0.25m；l为过滤管进水部分的长度，一般为1.0～1.2m，取1.0m；K为土的渗透系数，m/d。

2）各段涌水量根据潜水完整井计算公式（3）计算：

式中，Q为井点系统的总涌水量，m3/d；H为含水层厚度，m；S为水位降低值，m；x0为假想影响半径，m，取x0=P/（2π）（P为不规则基坑周长，m）；R′为井群的引用影响半径，m，可按式（4）计算：

3）降水井的间距根据式（5）计算：

式中，L为沿线线路长度，m；n为降水井的个数，n=1.1Q/q。

计算结果见表2。

表2 降水井间距计算结果表

根据表2计算结果并结合现场实际情况，井点管间距取10～30m。

根据设计井点管间距取10m，深度25m，降水井沿隧道两侧布置。降水井施工完成后24h自动抽水，将水位降低至隧道拱底以下。

4.2 洞内帷幕注浆

区间隧道穿越抛石地层，为了保证掌子面的稳定，设计采用半断面/全断面帷幕注浆，根据现场实际情况，现场采用WSS后退式注浆加固，注浆采用水泥-水玻璃双液浆。注浆钻孔的布置，根据注浆范围、注浆段长、单个注浆钻孔的作用范围、岩层裂隙发育情况、含水层分部情况和钻孔作业要求而定，注浆孔长短结合并呈伞形辐射状布置，注浆孔沿掌子面环形布置，环向间距为0.5m，掌子面中部布设3个注浆孔，孔深分别为10m、6m、3m错开布设。钻设成孔后安装DN25镀锌钢管作为注浆管，管嘴处安设有三通接头。单根注浆管长度为3～10m，钻孔角度为15°～25°不等。注浆时先注10m孔，再注6m孔，最后注3m孔，以此确保前方开挖面土体的固结止水效果。浆液的配合比如下：水泥浆∶水玻璃=1∶1（水泥浆水灰比为1∶1，水玻璃为兑水稀释至 20°Be′）。

采用注浆后，开挖时围岩稳定，没有产生坍塌或大变形情况，浆脉清晰注浆效果明显。注浆用水泥-水玻璃双液浆，配合比经试验确定，其凝结时间、固结强度必须达设计要求，达到固结土体、提高土体稳定能力的效果。

4.3 地表旋喷加固

城塘区间开挖进入淤泥抛石区以来，由于超浅埋，路面车流量大，沉降数据频繁超标报警，虽经多次会议研究分析，洞内采取多项控制措施，但成效不大，安全风险仍很高。为保证施工安全，决定对剩余抛石区地段：左线ZDK9+267.5～ZDK9+498.5，右线 YDK9+267.5～YDK9+444，共 407.5m，采取地面旋喷注浆加固方案。

采用双重管高压旋喷桩，桩径500mm，喷浆完成后在桩内插入7m长的φ42mm钢花管，采用旋喷机顶入。根据地质情况及地面情况进行布置：水管位置ZDK9+267.5～ZDK9+282.5、YDK9+267.5～YDK9+282.5，隧道轮廓线外1m范围内，旋喷桩间距1 000mm×1 000mm，梅花形布置，加固长度7m。车站端φ600mm水管保护范围外10m（左线ZDK9+282.5～292.5，右线YDK9+282.5～292.5）隧道埋深更浅，拱顶淤泥层较厚，地面开阔且交通流量大。为保证施工安全、交通安全，加固范围为隧道轮廓外3m，深度拱顶4m，至拱底下3m，地面梅花型布置，间距 1.5m；YDK9+370～YDK9+444 和 ZDK9+370～ZDK9+498.5基岩凸起段加固范围隧道轮廓线外1m，深度4m（拱顶），梅花型布置，间距1.5m；YDK9+292.5～YDK9+370和ZDK9+292.5～ZDK9+370加固范围隧道轮廓线外1m，深度7m（拱顶4m，上台阶3m），地面梅花型布置，间距1.5m。

旋喷桩施工过程中不但对周围淤泥抛石地层进行喷浆加固，而且高压水泥浆的喷射作用对抛石层具有较好的挤密作用，加大了土层间的摩擦系数，提高了拱顶淤泥抛石层的自稳能力，可有效减少隧道开挖过程中的沉降问题。加之在旋喷桩中插入钢花管，增加了旋喷桩的抗剪能力，开挖后掌子面不易发生滑塌，保证了洞内的施工安全。

5 结语

在厦门地铁1号线某区间隧道施工中，针对浅埋富水淤泥抛石地层采用地表降水、洞内帷幕注浆及地表旋喷加固等措施，保证了隧道的顺利开挖。通过城塘区间隧道施工实践，深入了解浅埋暗挖施工技术在不良地质条件及复杂城市环境的施工应用，收集了大量施工指导数据，对今后类似地铁暗挖隧道施工具有一定的指导意义。