粘土层遇水条件下隧道初期支护方法探讨

　　摘要：以沈阳至铁岭城际铁路起点-医学院站区间粘土层遇水条件下隧道初期支护方法为例,简要介绍粘土层遇水条件下的支护参数,并提出施工过程中具体的施工措施。同时为今后类似工程施工提供借鉴。

　　关键词：粘土层,遇水,隧道,初期支护

　　0 引言

　　在1987年北京地铁首次采用暗挖法设计、施工建成了复兴门车站折返线工程之后，由于造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备、不干扰地面交通和周围环境等特点，取得了很大的经济效益和社会效益。其方法的实质内涵可用l8字原则概括，即：“管超前”、“严注浆”、“短开挖”、“强支护”、“快封闭”和“勤量测”。该方法不仅在北京地层中应用，而且也可以在全国类似地层和各种地下工程中应用。

　　王梦恕[1]院士在多年工程实践和理论研究的基础上，并把大家的工程实践经验和教训吸纳进来，历经5年著成《地下工程浅埋暗挖技术通论》，对浅埋暗挖技术的理论基础、工程理念、设计与施工方法进行了全面论述。本书是我国第一部全面系统论述“浅埋暗挖法”理论、设计、施工的专著，是

　　在求真、求实、求是的科学写作的态度上完成的，

　　它不但是隧道修建史上里程碑式的著作，更是地下

　　工程领域划时代的作品。本书注重理论联系实际，力求简单明了，具有指导性、理论性和可操作性，可供从事地铁、铁路、公路、水利、矿山、军工、城市规划各行业、建设管理、设计、施工、监理、运营养护各部门、高校、研究单位的科技、工程技术人员应用，是隧道与地下工程建设者难得的设计、施工指导手册。

　　随着经验的积累，我国浅埋暗挖法隧道施工技术已经比较成熟，并在北京、广州、深圳、上海等大城市修建了大量地铁，沈阳、南京、成都、杭州、西安、长沙等城市也在建或者筹建地铁。地铁是位于地下的大型工程，由于中国各城市地质情况不尽相同，因此地铁在修建过程中不可避免地会遇到不同地质条件，下面笔者结合沈阳至铁岭城际铁路土建工程施工实践，就粘土层遇水条件下隧道初期支护方法提出相关建议。

　　目前，在地铁隧道尤其是在粘土层遇水条件下开挖的地铁隧道施工，对于相关支护参数没有具体优化，在施工过程中遇到的地质失稳等特殊情况也无相关建议。因此，本文以沈阳至铁岭城际铁路起点-医学院站区间为例，通过长时间的经验积累，对隧道支护参数以及现场安全现场施工给出指导性建议。

　　1 工程概况

　　1.1 设计概况

　　起-医区间隧道从起点起至医学院站，沿黄河北大街向北至医学院站，起讫里程为：右K0+0.000～右K1+390.500，全长1390.500双线米，区间设1座风井和一个联络通道与左右线连通，其中心里程分别为右K0+398.178及右K0+900.000。区间为单洞单线马蹄形断面，线间距15m，线路纵向呈“∨”型坡，区间隧道覆土厚度为10-12m，采用矿山法施工。

　　1.2 工程地质概况

　　区间主要位于砾砂(③-4)、中粗砂(③-3)层，均处于潜水层内，上覆土层主要为圆砾、砾砂及中粗砂层。依据《地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范》[2]场地人工填土可挖性分级为Ⅲ级，围岩级别为Ⅴ级，其它地段土层可挖性分级为Ⅰ级，围岩级别为Ⅵ级。

　　1.3 粘土层遇水情况

　　2010年11底区间左、右线施工至K0+239里程附近时，拱部地层出现渗水，随掌子面开挖渗水时大时小，掌子面和已完初支局部表面都有明水，受此影响拱部和掌子面土体遇水易失稳，多次出现局部塌方和掌子面涌泥现象，见图1。

　　1.4 设计概况

　　起-医区间采用浅埋暗挖法施工，区间设1座风井和一个联络通道与左右线连通，其中心里程分别为右K0+398.178及右K0+900.000。

　　起-医区间正线支护参数：初期支护开挖净空为6.00m(高)×6.50m(宽)，采用台阶法施工，支护体系为：超前注浆小导管φ32×3.25，L=1.8m，环向间距300mm+φ6.5@150X150单层钢筋网+250mm厚钢格栅C25喷射混凝土。

　　支护参数和措施

　　隧道多次出现掌子面失稳和掌子面涌泥现象，且隧道沉降和地表沉降值均较大，因此，研究粘土层遇水条件下的隧道支护参数和制定具体施工措施是十分必要的。

　　文章通过该工程的实践经验提出粘土层遇水条件下的隧道支护参数，并给类似地质条件下施工提出具体措施。

　　2.1 粘土层遇水条件下隧道支护参数

　　由于黄河北大街车道中间的两条主排水管淤堵相当严重，咨询了多家专业排水管清理公司，都无法处理;并且由于地面排水管管径小、支管多、排水量大，不具备施工管道内防水内衬或地面导流的条件，因此管线渗水无法从地面根治，洞内也需采取措施。通过现场试验和施工总结，原设计参数无法满足施工现状，需将区间左右线有水区段的设计参数进行局部调整：

　　(1)加强超前地质预探。 每2榀在拱部及两侧起拱线打设3根4m长导管作为超前探管进行超前地质探测，及时了解前方地质、是否有水囊等情况。

　　(2)加强超前支护。超前小导管由单层Φ32x3.25mm，L=1.8m,@300mm,调整为Φ32x3.25mm，L=2.5m,@150mm，扩大注浆加固范围，支护参数随掌子面的情况动态调整。

　　(3)加长上下台阶距离。为减小掌子面突水涌泥影响，有效利用台阶长度控制坍塌方量，加大上下台阶距离至6m。

　　(4)增打一根锁脚锚管控制沉降。在上台阶两侧拱脚锁脚锚杆由一根增加到2根，并与格栅主筋焊接，注水泥浆，控制因掌子面强注浆和增加台阶长度引起的沉降问题。

　　(5)掌子面注浆(掌子面特别不稳定地段采取)。对于掌子面特别不稳定地段，在掌子面核心土位置,每榀打设2.5m长Φ32x3.25mm掌子面注浆管，注水泥水玻璃双液浆加固核心土土体，提高掌子面自稳能力，布设注浆小导管情况如图3所示。

　　(6)及时回填注浆，渗水段洞内跟踪补偿注浆堵水控制变形。预埋设回填注浆管，初支成环5m后紧跟回填注浆，以填充喷射混凝土与围岩间空隙。同时在渗水段及时进行径向跟踪补偿注浆，堵水控制变形。

　　2.2 粘土层遇水条件下施工措施

　　从沈阳至铁岭城际铁路起点-医学院站区间施工结果看，未发生安全质量事故，除了采用以上参数外，另外还采取了以下具体施工措施确保施工安全和质量。

　　(1)粘土层遇水条件下在隧道初期支施工过程中，拱顶渗水严重且夹杂泥浆，必须及时回填注浆，且浆液选用具有止水性能的材料。

　　(2)在粘土层遇水条件下在隧道初期支护过程中，发生拱顶渗水较大而突然涌泥现象，须及时封闭掌子面，同时采取回填注浆等措施进行补救。

　　(3)在粘土层遇水条件下整体施工过程之中，在已开挖完成的隧道拱顶铺满塑料薄膜，将拱顶渗水引至两侧流入隧道排水系统，有效避免掌子面核心土存水，如图4所示。

　　3 结论与讨论

　　采用粘土层遇水条件下隧道支护参数和措施，对沈阳至铁岭城际铁路起点-医学院站区间的施工完成而言具有决定性意义。因此，可以得到以下一些结论：

　　(1)按照原设计参数施工，隧道多次出现掌子面失稳和掌子面涌泥现象，且隧道沉降和地表沉降值均较大，而采取粘土层遇水条件下隧道支护参数，顺利完成此段隧道施工，认为隧道在施工期间是安全的，满足使用要求。

　　(2)除了采取粘土层遇水条件下隧道支护参数，辅以相关具体措施，此段隧道施工过程中未发生安全质量事故，认为该措施具有应用到其它类似工程的意义。

　　由于粘土层遇水条件下初期支护的复杂性，单纯的支护参数和具体施工措施极难反映所有的现场实际情况，而且，在本文的实例中仅考虑了埋深相对较深的台阶法施工情况，若埋深相对较浅或者步序较多的隧道工程，施工难度是非常大的。这些都是有待于进一步研究和讨论的。

　　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] 中华人民共和国建设部.地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范.1999.