中铁十二局集团第二工程有限公司 山西省太原市 030032
摘要：本文主要对富水地层φ159大管棚&高压水平旋喷桩的综合加固应用进行了研究，为以后类似工程提供参考。
关键词：管棚 加固 要点
目前我国城市地铁建设进入了一个新的高速发展时期，地铁建设是社会发展到一定阶段的社会需求和必然结果，我国正处在地铁大建设的热潮中，除了北上广深等几个一线城市之外，其他中小城市地铁建设才刚刚起步。由于早期城市建设没有统筹规划，导致城市后期规划存在诸多问题，比如在修建城市地铁时和既有构筑物的干扰、交叉，给地铁建设带来不少安全风险。比如在地铁线路上经常会有各种管线、房屋、既有线路等等，有些可以通过改线来避免施工干扰，有些则不可以改线，就必须交叉和穿越，就会给地铁施工带来诸多不便和安全风险，比如沉降、倾覆、塌陷、突水涌水、可燃气体泄漏爆炸、漏电等等，严重影响城市公共安全，带来社会影响。
本工程依托于广佛环线线地铁隧道在下穿城市综合管廊时采取的一些超前支护方案和措施。通过调查，国内有不少类似的工程案例，采用的方案也不尽相同，目前普遍上采用的有：注浆、旋喷、顶进涵、盖挖法、冷冻法、管幕法等，但是针对不同的地质条件和工况采取不同的施工方案，有些时候一种方案还不能满足施工要求，就需要将多种方案综合起来实施，来满足安全施工生产的要求。尤其是本工程所处的地质条件复杂，淤泥粉砂地层且富水，施工过程稍有不当就会发生突水涌水，造成地面沉降塌陷，施工安全风险极高。
1.工程概况
1.1下穿华康道综合管廊概况
隧道下穿华康道管廊段（DK17+771.7~DK17+781.7）采用矿山法施工，长10米，华康道综合管廊为钢筋砼箱形框架结构，宽3.9米，埋深约0.81米，下设100mm厚C15混凝土垫层，距隧道开挖面最小距离约为3.58米。本综合管廊内主要有110KV、10KV、电力线路支架、通信管线、广播电视光缆及给水等管线。
1.2下穿岭南大道综合管廊概况
隧道下穿岭南大道管廊段（DK18+416~DK18+426.8）采用矿山法施工，长10.8米。岭南大道综合管廊为钢筋砼箱型框架结构，宽5.3米，高3.1米，底板厚0.37米，侧墙厚0.35米，顶板厚0.3米，埋深约0.83米。距隧道开挖面最小距离约4.88米。本综合管廊内主要有110KV、10KV电力线路支架、通信线路、广播电视光缆及给水等管线。
1.3工程地质及水文地质特征
1）暗挖段主要涉及到的地层包括：
第四系人工填土层、第四系全新统海陆交互沉积层、粉砂、细砂、中砂、粗砂、粉质黏土、砂岩。
2）水文地质特征
本地区地表水发育，隧道于DK17+830及DK17+370处穿过佛山公园东西两侧景观河。地下水位埋深0~5.3米，平均埋深1.9米，水位高程-0.66~3.77米。地下水位与季节、气候、地下水赋存、补给及排泄有密切的关系，每年5-10月为雨季，大气降水丰沛，水位会明显上升，冬季因降水减少地下水位随之下降。水位年变化幅度为0.50~2.5米。
1.4现场情况
下穿华康道路段：华康道管廊东侧明挖段已经施工完毕，并恢复交通，两侧半幅进行交通封闭、明挖段围护结构连续墙已经施工完毕，主体结构底板、局部侧墙浇筑完毕。施工范围内基本无管线。
下穿岭南大道路段：影响岭南大道进行区域疏解，暗挖段暂时封闭交通，管廊两端明挖基坑开挖至基底，正浇筑主体结构。岭南大道明挖施工时，既有管线迁改至暗挖段上方。
2.总体施工方案
浅埋暗挖施工不当会造成管廊管线开裂破坏、地面道路沉陷等工程事故，造成巨大的经济损失和严重的社会影响，下穿段安全风险极高，需要采取保护措施，降低工程及社会安全风险。
浅埋暗挖法面对日益复杂的地下施工环境，特别是在富水地层的超大断面浅埋暗挖的隧道施工，辅助工法一般有旋喷、注浆、管幕、冻结及降水等，为确保工程顺利进行，目前多种工法结合使用的应用也越来越多。根据研究分析，对几种保护方案进行比较，得出建议方案。
2.1加固保护方案
袖阀管注浆保护方案；（2）旋喷加固保护方案；（3）顶进方案；（4）冷冻法；（5）盖挖法方案；（6）管幕法；
2.2综合比较，我们最后选择采用φ159大管棚结合高压水平旋喷综合加固方案来加固。
2.3总体加固方案
结合现场实际工况，采用φ159大管棚结合高压水平旋喷综合加固方案来加固城市管廊，确保开挖过程中管廊沉降在合理范围之内。
第一步：先对管廊进行托底加固，采用φ159大管棚结合注浆进行加固，管棚两端分别担在地连墙两端，起到第一道支撑的作用。这一步主要是保护综合管廊，给其底部提供一个刚性的支撑，保证隧道开挖过程中管廊稳定不会沉降。
第二步：沿着隧道开挖轮廓线外部施做一层φ159大管棚，其两端担在两侧地连墙上。这一步主要是加固支撑管廊和隧道之间的地层，确保在隧道开挖过程中地层的稳定，如果管廊和隧道之间的地层发生沉降，那么托底管棚就失去了地基支撑力，就会导致管棚底部悬空，从而导致管廊沉降变形开裂。
第三步：沿着隧道开挖轮廓线的第一层φ159大管棚的外侧进行高压水平旋喷，使第一层管棚之间胶结，形成一个整体支护，共同受力，既能起到支撑的作用还能起到止水的作用。这一步主要作用是止水，由于整个地层富水，而且含有粉砂、淤泥、砾石等，隧道开挖时。
5.技术突破及改进空间
5.1管棚旋喷一体化
此工程我们将φ159大管棚和水平高压旋喷技术结合起来，共同加固不良地层，共同加固带来的好处：互相弥补；管棚加固能形成一个棚架支护，然后通过注浆加固地层，但是管喷注浆都是不定向的，浆液的流向是不可控的，只能通过注浆量和注浆压力来控制，加固效果没有谱，止水效果差，往往不知道浆液的流向，尤其是在富水地层。而旋喷则能很好的解决这个问题，高压旋喷通过切割置换地层并在一定的扩散范围内将水泥浆液和地层搅拌胶结成一个水泥土混合体的旋喷桩，止水效果很好，但是这个旋喷桩体整体强度不太好，容易失稳断桩。这就和管棚的作用机制形成了互补，下层的管棚能起到支撑的作用，上层的旋喷桩起到止水的作用，且相互咬合形成一个结构整体，起到1+1＞2的效果。
5.2旋喷止浆效果好
以往的水平旋喷桩施工过程中，由于浆液在重力的影响下，不像垂直旋喷桩那样大部分水泥浆液都存留于地层当中，而水平旋喷时大量水泥浆液就会从孔口返出，尤其是在富水地层，返浆量会成倍的增加，如果不加控制，水泥浆液就会随水从孔口流出，就会在很大程度上影响旋喷效果。所以我们在旋喷孔口设置了一个止浆阀装置，止浆阀不止在旋喷过程中能够起到止浆封浆的效果，还预留了一个球阀口，能够在刚旋喷完不拔钻杆的情况下通过这个预留的球阀口注入水玻璃和水泥浆的双液浆，能够迅速凝固起到封堵孔口的作用，最大限度的将浆液全部存留于地层中，大大提高旋喷桩的加固效果。
5.3冲击旋喷适应强
传统的水平旋喷桩施做都是在地质钻机的基础上加装旋喷转化机构，比如浆液导流器，其结构简单轻便，不用承受任何扭矩、拉力和压力等，只是起到一个浆液导流的作用，一般加装在动力头后部或者前部，但是在极端工况下，旋喷桩施工多会遇到卡钻，抱钻的情况，一遇到卡钻抱钻，普通钻机就会束手无策，到时施工难度增大。如果在带有后顶锤的动力头前边加装导流装置，则可以满足在旋喷过程中遇到极端工况，比如卡钻，抱钻时候通过后顶锤的冲击力来解决这个问题，这时候，导流器就必须要承受动力头高频巨大的打击力，一般导流器密封很难在这种极端工况下长时间稳定的工作，这就要求导流器必须满足旋转时候的密封性能和打击时候前后活动的密封性能都要出色。通过加强导流器的整体强度和密封圈的层数，并将密封圈卡槽和导流器壳体卡死，固定住，不让其前后活动，让壳体和芯共同活动，使其整体受力，满足了施工需求。使其在各种工况下均可施工，适应力大大增强。
5.4富水注浆涨经验
在复杂富水地层注浆很难把握，尤其是注浆效果不能很好的预判，这就给注浆施工带来一定的盲目性，如果各项注浆指标把控不到位，就会造成既有构筑物开裂变形，地表隆起等不良后果和安全风险。对于注浆指标的把控尤为重要，首先根据孔口出水情况来预判地层内的水文地质情况，比如出水量的多少，水压的大小，水流量的变化，水中含泥含沙量的多少等等指标都是为之后的注浆提供重要参考和依据，同时，注浆过程中的注浆压力，总注浆量，灌浆的流速，地层的形变，冒浆漏浆情况都是把控的重点。我们在此工程中严格把控注浆参数，实施监控周围地层变化情况，管廊内部有专职人员拿对讲机实时监控，一经有特殊情况立即终止注浆。本次注浆共发现一次管廊内部缝隙漏浆，一次地表地连墙缝隙漏浆都及时的将信息反馈回来终止了注浆。纵观整个施工过程，最终管廊的最大沉降量分别是+9mm和-2mm。完全在允许沉降范围之内。这给我们以后注浆提供了很好的依据和注浆经验。
6.加固效果及总结
由于开挖进度缓慢，我们只看到了一个隧道的上导开挖情况，从开挖情况来看，我们的综合加固方案取得了初步成果，止水效果好，加固强度高，开挖风险大大降低。
在施工过程中，我们也通过旋喷结束后的探孔来揭示旋喷注浆加固效果，验证旋喷注浆的施工质量。在旋喷结束48小时之后，我们在旋喷孔位边上打了探测孔进行了探测，其旋喷过的地层强度大大提高，以前出水的位置不再有水流出，其止水效果和加固效果都达到了方案的预期效果。
在富水、卵石砂层、杂填土层，还要穿越既有地表垂直旋喷桩，这给管棚施工带来极大的困难，首先成孔困难，主要是地层埋深较浅，距离综合管廊底部只有30cm，地层松散且含水量大，周边有城市公园的河流不断的补给，只要开孔就会从孔口出水，就破坏掌子面前方的水平衡，周围水源不断的补给就造成了流动水，夹带着泥沙流出，过多的水和泥沙流出就会掏空管廊底部，从而形成空洞，管廊底部就会失去支撑，从而导致沉降和塌陷。如果处理不好综合管廊底部的水平衡，就会导致上述安全事故发生。所以一边施做管棚，还得通过一边不断的注入适量的水泥浆液，来保证土体内的平衡状态，最大的技术难题在于补浆量的把控，计算从孔口流出的泥沙和水量来决定补浆量。最后的结果还是很满意的，8个月施工完成后，岭南大道综合管廊的沉降量是+8mm，华康道的综合管廊最大沉降量分别是-2mm和+9mm，沉降量控制的很好。算是整个工程的一大亮点。值得我们总结经验，为以后类似工程提供参考。
论文作者:杜晗林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/11
标签：地层论文; 注浆论文; 浆液论文; 就会论文; 隧道论文; 方案论文; 水地论文; 《建筑学研究前沿》2018年第30期论文;