富水砂层中盾构隧道联络通道施工技术

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富水砂层中盾构隧道联络通道施工技术

李治国1， 徐海廷1， 杨世彦2

(1. 中铁隧道集团有限公司勘测设计研究院， 广东 广州 511455； 2. 中铁隧道集团三处有限公司， 广东 深圳 518000)

摘要：在富水砂层中进行联络通道施工，施工难度和风险很大，为提高围岩稳定性、减小施工对周围环境的影响，通过对常用的降水、冷冻、旋喷和注浆等地层加固方法进行技术和经济方面的对比，最终选择了注浆和降水相结合的加固方案。在联络通道施工中采取了洞内超前预注浆、洞外地表管井降水以及洞内轻型井点降水的加固方案，在水仓基坑施工中采取了周边小导管注浆以及坑内轻型井点降水的加固方案。施工过程中对隧道和地表变形进行了监测，由监测结果可知，开挖引起的隧道和地表变形均较小，说明采取的超前预注浆和洞内外降水措施是安全可靠的，可以有效降低联络通道的施工风险。

关键词：地铁盾构隧道； 联络通道； 注浆加固； 降水； 矿山法

0 引言

在富水砂层中进行联络通道施工，不仅要考虑自身结构和地面建筑物的安全，又要确保主隧道的稳定，施工难度和风险很大，只有对隧道软弱围岩进行处理，才能提高围岩稳定性，减小施工对周围环境的影响[1]。目前，富水砂层联络通道的辅助施工工法主要有冻结、旋喷、注浆、降水、搅拌、钻孔桩和连续墙等。水平冻结加固土体的方法存在着冻胀和融沉问题，过量的冻胀或融沉会对地表建筑、地下结构和管线产生极大的影响，甚至破坏[2-3]； 降水方案主要是通过降水井抽排地下水，使区域地下水降低至基底以下，从而保证隧道的施工安全，这种方法的缺点是地下水降深大，可能引起隧道周边一定范围内的地层沉降[4-5]； 对于高压旋喷桩，由于在砂层中浆液易劈裂且扩散困难，容易产生断桩、缩颈和桩体强度偏低等质量缺陷，在含水砂层中使用效果较差，例如： 某城市共同沟盾构首次始发时，对始发端头的粉细砂层和粉质黏土地层采用旋喷桩加固，由于加固体未能起到止水作用，导致始发端头涌水涌砂，造成盾构始发困难，最终采用注浆结合降水技术始发和到达才得以成功[6]。本文针对某联络通道水头高、水压力大和开挖面无自稳定能力的特点，经过方案对比，采用洞内超前预注浆和洞内外降水的方法，通过注浆形成止水帷幕和加固体，提高围岩的强度和完整性； 通过洞内和洞外的降水措施，降低开挖面周围水头压力和掌子面含水量，提高围岩的稳定性； 通过超前大管棚和小导管支护、快速开挖和初期支护封闭成环，同时利用监测信息指导施工，取得了复杂地质和环境中暗挖法联络通道施工的成功经验。

1 工程概况

某市地铁盾构区间2#联络通道长度为9.05 m，位于城市主干道下方，拱顶覆盖层厚度为18 m。联络通道为南北走向，西侧临近湖岸，南侧40 m处有公路大桥桥墩，东侧36 m处有1条平行于联络通道、埋深1.72 m的DN600雨污合流混凝土管，隧道地表主干道两侧建筑物密布，地质条件和环境条件十分复杂。联络通道施工平面和地质纵断面如图1所示。地铁区间盾构隧道开挖断面的外径为6 000 mm，内径为5 400 mm； 管片厚度为300 mm，宽度为1 200 mm，分为6块，拼装方式为错缝拼装。联络通道轴线与区间隧道轴线垂直交叉，联络通道宽3 400 mm、高3 550 mm，采用复合式衬砌结构，初期支护为0.5 m/榀的格栅支架和2层钢筋网C25喷射混凝土，厚度为300 mm；二次衬砌为C30现浇钢筋混凝土结构，厚度为400 mm；初期支护和二次衬砌之间设置400 g/m2的短纤土工布和厚度1.5 mm的PVC塑料防水板，采用全包防水形式，防水板幅宽4.0 m，焊接在热熔垫圈上，2幅防水板之间搭接宽度为100 mm，采用双焊缝热熔焊接，焊缝宽度为10 mm。污水泵房设置在联络通道底部，长4 900 mm、宽3 400 mm、深4 390 mm，初期支护为0.5 m/榀的格栅支架，双层钢筋网喷射C25混凝土，厚度为300 mm；二次衬砌为现浇钢筋混凝土结构，厚度为400 mm。

1.1 工程地质及水文地质条件

联络通道所处地层为第四系地层，该地层层底埋深为15.90～31.50 m，层底标高为-10.09～6.52 m，由西向东层底面标高逐渐变深，成因类型以河流冲积为主，沉积物粗细韵律变化明显，具有典型的二元结构，总趋势为： 自老到新，粒度由粗变细。地层岩性具有下部粗(以砾卵石、中粗砂为主)、上部细(以细砂、黏性土为主)的变化特点，上部砂层中夹有黏性土透镜体；土层自下而上由密实-中密-稍密变化，上部黏性土的性质为可塑-硬塑。

联络通道所在范围枯水期水位标高为3.98 m，位于洞顶以上3.09 m，丰水期水位受降雨量和湖水上涨的影响，地下水位升高到联络通道洞顶以上14.5 m左右。地下水类型可分为上层滞水、第四系松散岩类孔隙水和红色碎屑岩类裂隙水3种类型。抽水试验表明，砾砂和圆砾地层综合渗透系数为0.104 cm/s，中砂层渗透系数为6.91×10-3 cm/s，细砂层地层渗透系数为4.12×10-3 cm/s，预估该联络通道正常涌水量为1 186 m3/d。

1.2 联络通道前期加固情况

由于前期正洞施工过程中盾构开舱检查和更换刀具的需要，在2#联络通道处进行了咬合桩和旋喷加固，见图1。具体为： 1)利用旋挖钻机施工一个长25 m(上下行隧道边线外各3 m)、宽14 m、深29.8 m的由混凝土桩围成的闭合体，作为挡土墙稳固刀盘前方土体，旋挖桩尺寸为φ1 000@800 mm，其中刀盘前方布置2排旋挖咬合桩，其他方向各布置1排旋挖咬合桩，桩体采用C15混凝土水下灌注。2)开仓前，用高压旋喷桩对刀盘上方的土体进行加固，旋喷桩尺寸为φ600@400 mm，加固范围超出隧道边线左右各1.5 m，桩长17.5 m，其中隧道顶部以上4 m为实桩，以下13.5 m为空桩。

2 加固方案的对比与选择

根据国内外经验，在富水砂层中进行联络通道暗挖法施工时，常用的地层加固方法有降水、冷冻、旋喷和注浆等[7]，这些方法各有优缺点，因此，从可靠性、适用性和经济性等方面对这些方法进行了对比，最终选择了注浆和降水方案。在洞内和洞外注浆方案的选择上，由于地面注浆对环境影响较大，钻孔深部注浆效果不宜控制，且盾构通过时对注浆加固体具有扰动作用，因此选择了洞内注浆方案。

2.1 降水法

降水法虽然比较经济，但造成的不利影响较大，该处地层素填土和粉质黏土厚度达6 m左右，降水会引起较大的地面沉降； 此外，砂砾、圆砾地层的渗透系数为0.104 cm/s，且和湖水存在较强的水力联系，抽水量将比较大。为了验证降水方案的可行性及满足盾构开仓需要，在盾构掘进到该位置进行开仓检查前，进行了地面降水试验。在矩形旋喷加固区内，共布置7口管井，经过1个月的抽水，抽水量很大，但水位只能降低到联络通道底板14.5 m附近，无法降低到泵房底板以下； 此外，在降水过程中，地面最大沉降为5 mm左右。因此单独采用降水方案需要增加降水井进行大量抽水，这是不经济的，大量抽水还会给周围环境带来安全隐患，并且降水井停止抽水后，地下水位恢复，将会导致隧道受力增大，二次衬砌施工缝、变形缝及局部薄弱部位可能会发生渗漏水[8]。

J1—J8代表降水井位置； S1—S2代表旋喷桩。

(a) 施工平面图

(b) 地质纵断面图

图1 联络通道施工平面图和地质纵断面图

Fig. 1 Plan of layout and geological profile of cross passage

2.2 冻结法

冻结法适用于各类淤泥层、砂层和砂砾层，且冻土稳定性较好。通过测量地下水温度变化，便可确认冻土的形成状态，施工控制比较精确，冻土的完整性和连续性比较好。但是，对于地下水丰富、透水性好的砂砾和圆砾地层，由于地下水流速比较大，形成冻土耗能量较多、时间长、质量不易保证，一般情况下，需采用注浆法等其他地层加固方法堵塞地下水通道或降低流速，然后进行冷冻，才能保证效果。此外，冻土会产生冻胀和融沉效应，控制地面融沉比较困难，且冻结法投入大、造价较高、工期较长。由参考文献[9]可知，地层中的地下水流速超过30 m/d时，地层冻结效果将受到影响，而该工程2#联络通道位置砂砾、圆砾地层的地下水流速达到90 m/d。因此，从技术角度考虑，采用冷冻方案风险比较大，并且冻土融化后，容易造成融沉和结构薄弱部位渗漏水。

2.3 高压旋喷桩法

由参考文献：[10]可知，高压喷射注浆法主要适用于处理淤泥、淤泥质土，流塑、软塑或可塑黏性土，粉土，砂土，黄土，素填土等地层； 一般情况下，对于N<>N<10的黏性土及素填土，不含或含少量砾石时比较适合采用高压喷射注浆法；>N>10的黏性土、杂填土等则需要慎重考虑。对于含有卵石的砾砂层，因喷射压力对地层扰动范围有限，且浆液扩散不均匀，很难将卵石背后完全充满，并且地下水流速较大会对桩径有影响。根据地勘资料，该联络通道砂砾、圆砾的标准贯入度锤击数大于20，密实度比较大，旋喷比较困难。由参考文献[11]可知，对于富水砂层，如旋喷深度超过20 m，下部成桩效果难以达到桩径、强度及抗渗性等要求，如该处采用地面垂直旋喷，加固深度需超过泵房底板下3.0 m，则整个旋喷深度将超过30 m，因此采用旋喷桩加固风险比较大。

2.4 注浆法

注浆法是通过一定的压力，使浆液通过渗透、填充、劈裂等形式注入到岩土的孔隙、裂隙或空洞中，浆液固结后，地层的强度和完整性增加，渗透系数和含水量减小，从而达到加固地层和堵水的目的。该方法适用性强，可处理各类软弱破碎围岩，例如断层破碎带、碎石土、砂层、黏土和人工填土等。该工程需要加固的地层为砂层，渗透系数为1×10-1～7×10-3 cm/s，且地下水流速比较大，所以比较适合采用注浆法。注浆法的优点在于： 安全性好、成本比较低、占地面积小、工期短、见效快、施工噪声和震动小、注浆材料和参数可灵活选用。由文献[12]可知，注浆法在砂砾、圆砾地层中的加固效果比较好。

2.5 4种方法的技术、经济对比分析

4种方法的技术、经济对比分析见表1。

由地面现场抽水试验表明，由于圆砾地层中地层渗透系数比较大，隧道掌子面来水量比较丰富，仅仅依靠地面降水，很难将水位降到泵房基础底面以下0.5 m，且会引起比较大的地面沉降。经过对技术、经济方面的综合对比，结合现场条件分析，为保证联络通道的施工安全和质量，最终选用的联络通道加固和止水方案以洞内全断面预注浆加固为主，辅以地面管井和洞内轻型井点降水，加固和降水达到要求后，采用矿山法进行联络通道施工。

3 联络通道施工

3.1 总体施工方法

联络通道总体施工步骤为： 洞内超前预注浆—洞外地表降水—联络通道矿山法施工—洞内轻型井点降水—联络通道水仓施工。洞内注浆孔布置纵断面见图2，现场注浆孔和管棚布置见图3。

表1 4种加固方法的技术、经济对比

Table 1 Technical and economical comparison among 4 construction methods

对比项目降水法冻结法高压旋喷桩法注浆法优点 工艺设备简单;施工效率高 冻土隔水性能好;冻土连续性好 加固体强度高;施工效率高 固结体强度比较高;长期堵水性能好缺点 易引起地层沉降;水位恢复易引起结构薄弱部位渗漏 易引起冻胀和融沉;工艺复杂,设备投入大 容易产生断桩和缩径;深部质量难以保证 施工工艺比较复杂;加固体均匀性比较差 处理费用(不含开挖支护)低很高较高较低

图2 注浆孔布置纵断面图(单位： mm)

Fig. 2 Longitudinal cross-section of grouting holes (mm)

图3 现场注浆孔和管棚布置图

Fig. 3 Diagram of grouting holes and advance pipe roof on site

3.2 联络通道超前注浆加固和堵水

3.2.1 注浆参数及工艺

在联络通道两端开口位置的管片上分别进行钻孔，进行全断面超前预注浆。注浆加固范围为开挖轮廓线外3.0 m，注浆孔深度为3.9～11.5 m，钻孔直径为90 mm，浆液扩散半径为0.6～1.2 m，注浆终压力为0.5～1.5 MPa； 注浆孔数为： 上行73个，下行72个。注浆材料为水泥-水玻璃双液浆、单液水泥浆(掺外加剂)和聚氨酯浆液。聚氨酯浆液用于隧道周边注浆孔，以弥补水泥浆胶结体之间的薄弱环节，进一步降低地层的渗透系数。注浆材料的配比和性能见表2，聚氨酯材料性能见表3，不同钻孔涌水量条件下注浆材料和主要参数的选择见表4。注浆方式为前进式、后退式和全孔一次性注浆3种方式相结合，水泥-水玻璃注浆主要采用前进式注浆工艺，单液水泥浆主要采用钻杆分段后退式注浆工艺，聚氨酯注浆主要采用全孔一次性注浆工艺。注浆设备主要为KBY50/70双液注浆泵及小型单液灌浆泵。

为提高掌子面的稳定性，注浆完成后，对掌子面中部的注浆孔重新扫孔，安装塑料管并进行注浆。塑料管主要布置在上半断面，管间距为1.0 m×1.0 m，塑料管外壁不开孔，注浆时，浆液沿管内流到孔底排出，在注浆压力作用下，再沿着管外壁和钻孔内壁之间的空隙流到孔口，保证管外壁和土体的全长度粘结。注浆材料为单液水泥浆，水灰质量比为(0.6～0.8)∶1，注浆压力一般为1.0～1.5 MPa，减小水灰质量比和提高注浆压力是为了提高管体和土体的黏结力及掌子面土体的强度，从而保证掌子面的稳定。涌水量与地层注浆速度的关系： 随着注浆量的加大，地层空隙率越来越小，水泥系浆液注入越来越困难，需要调整浆液类型、注浆压力、扩散半径和注浆速度等注浆参数。聚氨酯浆液主要用在开挖轮廓线外的钻孔处，目的是注入到更小的空隙处，弥补注浆区域，降低地层渗透系数，减小隧道涌水量。

超前预注浆完成后，为了防止联络通道开挖过程中出现局部坍塌和整体失稳破坏，在隧道周边安装管棚。管棚长度为10 m，直径为76 mm，环向间距为40 cm，外插角为2° ～3°，注浆采用水灰质量比为0.8∶1的单液水泥浆。对于管棚孔，应尽量在原注浆孔位置重新钻孔，如无钻孔位置，则将原注浆孔扫开。对于管片开孔部位，将管棚外露端头割除，采用和混凝土管片同标号的高强度水泥砂浆涂抹。

表2 注浆材料的配比和性能

Table 2 Proportions of grouting materials and performances

注浆材料浆液配比初凝时间 胶结体单轴抗压强度/MPa1d3d7d28d水泥-水玻璃浆液水灰质量比为0.8∶1;水泥和水玻璃体积比为1∶140～60s2.83.44.67.8单液水泥浆(掺外加剂)水灰质量比为1∶1;外加剂掺量为3%～5%30～60min3.27.59.616.1

表3 聚氨酯注浆材料的性能

Table 3 Properties of grouting material polyurethane

密度/(g/m3)黏度/(mPa·s)凝固时间/s不挥发物含量/%发泡率/%胶结体抗压强度/MPa≥1.0160～200≤800≤78≥350≥5

表4 不同钻孔涌水量条件下注浆材料和主要参数的选择

Table 4 Selection of grouting materials and main parameters underground different water gushing volumes

钻孔涌水量/(m3/h)浆液选取 注浆速度/(L/min)注浆压力/MPa >5.0水泥-水玻璃双液浆 30～500.5～0.8 1.0～5.0单液水泥浆 1.0～30 0.8～1.0 <1.0聚氨酯浆>

3.2.2 注浆效果的检验和评价

联络通道钻孔注浆于2014年4月28日开始、2014年6月25日完工，单孔注浆量为0.4～2.0 m3。注浆施工结束后，按钻孔数量的10%施作检查孔，然后进行钻孔取芯检查和出水量测试，既有钻孔涌水量均小于0.2 L/(m·min)，且无泥沙涌出。芯样取出后进行送检，无侧限抗压强度达到5～20 MPa。

在掌子面上、中、下3个部位，分别选择3个检查孔进行压水试验。根据文献[13]，地层渗透系数的计算公式为

。

(1)

式中： k为渗透系数，cm/s； Q为压入流量，m3/d； H为试验水头，m； l为注水试验段长，m； r0为钻孔半径，m。

压水试验时，试验段长度l=5.0 m，试验最大水头H=100 m，钻孔半径r0=45 mm。流量观测间隔为每2分钟1次，当流量无持续增大趋势，且连续5次流量读数中最大值和最小值之差小于最终值的10%或最大值与最小值之差小于1 L/min时，本段试验即可结束，取最终值为计算值。试验结果表明，地层渗透系数为

2.32×10-5～3.46×10-6 cm/s。

通过以上注浆效果分析，说明注浆效果比较好，注浆加固后，围岩自稳能力将有较大的提高，地层涌水量将大大减小。注浆效果如图4所示。

图4 现场注浆效果

Fig. 4 Grouting effect on site

3.3 地表管井降水

采用8口管井进行地表降水、11 kW水泵进行抽水，单泵流量为30～50 m3/h，并设置2个水位观测孔观测水位的变化。降水井布置见图1，地表管井降水井参数见表5。

表5 地表管井降水井参数

Table 5 Parameters of tube well dewatering on ground surface

降水井成孔直径/mm滤水管(PVC)降水井数量/个降水井间距/m降水井深度/m滤料直径/mm水泵功率/kW水泵排量/(m3/h)600直径400mm,壁厚5mm810～13272～41130～50

2014年6月30日通过水位观测孔进行井水位监测，启动全部降水井水泵进行抽水。降水15 d后，水位下降6.98 m，水位降低到联络通道底板以下0.52 m，满足开挖要求。

3.4 联络通道开挖和支护

联络通道采用小导管超前支护、台阶法开挖、锚喷网联合支护和钢筋混凝土二次衬砌。小导管外径为42 mm，壁厚3.5 mm，长3.0 m，外插角为10°，环向间距为0.4 m，纵向间距为1.0～1.5 m。采用水泥-水玻璃双液注浆，注浆压力为0.5～1.0 MPa。隧道采用2台阶施工，台阶长度为3.0 m，上台阶每循环开挖0.5～1.0 m。初期支护采用格栅拱架和网喷C25混凝土。为了实现快速开挖和支护，一般情况下，每循环开挖和施工时间控制在6 h以内，下台阶每开挖1.0 m进行仰拱初期支护封闭成环。为了防止渗水对掌子面稳定的影响，下台阶后方2.0～3.0 m设置集水坑，以汇集掌子面的渗水，集水坑底部标高一般比底板低1.0 m左右。联络通道施工中，实际涌水量控制在3 m3/(m·d)以内。根据监测信息，初期支护全部施作完成且变形基本稳定后，施作防水层和钢筋混凝土二次衬砌。联络通道具体开挖方法见图5，初期支护结构见图6。

图5 联络通道开挖支护方法示意图

Fig. 5 Sketch diagram of excavation and support method for cross passage

图6 联络通道初期支护示意图(单位: mm)

Fig. 6 Sketch diagram of primary support of cross passage (mm)

4 水仓基坑施工

水仓底板埋深比较大，水压力比较高，同时由于洞内超前注浆时底部的钻孔外插角比较大，注浆盲区较大，造成水仓范围内注浆效果不理想。基坑开挖到1.0 m时，基底涌水量比较大，水量达到3.0～5.0 m3/h，影响了施工安全和开挖支护质量，为此增加了周边小导管注浆和轻型井点降水。开挖之前，先施作第1循环小导管，在安设第1循环小导管和注浆结束后，施作轻型井点管，边降水、边开挖、边施作初期支护； 待开挖2.5 m后，施作第2循环小导管和轻型井点管，再进行降水、开挖和初期支护，待开挖、初期支护全部完成后，进行底板和侧墙内衬钢筋混凝土施工。

4.1 水仓基坑周边小导管注浆

为保证开挖稳定，在水仓周边采用小导管进行注浆，小导管直径为42 mm，环向间距为20 cm，梅花形布置，外插角度为10°； 从上到下，小导管分2循环施工，每循环2排，每排62根，排距20 cm，每根长3.5 m； 注浆材料主要为聚氨酯浆，注浆压力控制在1.0 MPa以内。为了减少注浆对轻型井点降水的影响，控制聚氨酯浆液的凝结时间在30 s以内。水仓基坑周边小导管注浆见图7。

图7 水仓基坑周边小导管注浆(单位: mm)

Fig. 7 Sketch diagram of small pipe grouting around water pit (mm)

4.2 坑内轻型井点降水

水仓周边进行小导管注浆后，为了保证开挖效果，在基坑中间位置先开挖深度和直径均为1.0 m的集水坑，然后在坑内放置抽水泵进行抽排水； 同时，在基坑周边采用轻型井点进行真空降水，轻型井点降水井沿水仓周边布置，采用φ32 mm的PVC管，长度为5.0 m，外插角为60°，间距为0.5 m，其中滤管长2.0 m； 在滤管管壁钻直径为10 mm、间距为50 mm的小孔，呈梅花形布置，在滤管周围填充粗砂，粗砂直径为2～4 mm，管壁外包2层100～200的目滤网，用绳子包扎，滤网搭接20 cm，采用黏土将滤管上方2.0 m处的孔壁间隙填充密实，防止漏气。现场轻型井点布置见图8。

图8 现场轻型井点布置图

Fig. 8 Dewatering by light well point around water pit

4.2.1 井点管安设

安装井点管应先采用风钻引孔，再用高压风成孔法和高压水冲孔，冲孔完成后，安装井点管。冲孔管采用直径为20 mm的钢管，冲孔深度应比滤管底部深0.5～1 m，以保证滤管安装到位。

4.2.2 管路连接

抽水总管悬挂在边墙位置，总管采用φ75 mm的PVC管，并根据井点管的间距在总管和井点上用φ32 mm的PVC管引出接头。井点管与总管的引出接头用φ32 mm的塑料软管相连，再用铁丝箍紧并缠绕胶带。为防止漏气，在管箍丝扣处涂以黄油。

4.2.3 降水效果

采用井点降水系统抽水12 h后进行开挖。开挖过程中，涌水量减少到3.0 m3/h以内，侧墙和底部自稳能力大大提高。

4.2.4 水仓基坑开挖

主要采用风镐进行基坑开挖，竖向分层、横向分块，分层厚度为0.5～1.0 m，分块面积一般不超过2.0 m2。开挖后，及时安装格栅钢架和钢筋网，并喷射混凝土。开挖过程中揭示，水仓位置地层为砂砾层和圆砾层，一般情况下，地下水位被控制在开挖面以下1.0 m。水仓基坑开挖现场见图9。

图9 水仓基坑开挖图

Fig. 9 Excavation of water pit

虽然采用了小导管注浆堵水和坑内井点降水，但开挖时出现了局部涌水和坍塌等问题，针对这些问题采取的主要措施如下。

1)水仓西侧(靠近湖岸的一侧)出现了2处局部涌水。原因可能是在联络通道开挖时，西侧前期施作的旋喷桩体咬合部位受到开挖的扰动，使得地下水沿桩体搭接部位流入联络通道。为了保证施工的安全，现场对出水部位快速封堵和喷浆后，采用φ32 mm的小导管进行顶水注浆，将水顶至旋喷桩体以外，并采用聚氨酯浆液对咬合部位进行补充注浆加固，最终2处涌水被完全封住。出水点封堵现场见图10。

图10 出水点封堵图

Fig. 10 Picture of water point blocking

2)随着基坑向下开挖，水土压力越来越大，已开挖的初期支护开始出现较大的变形。为了防止基坑失稳，每次循环开挖后，在初期支护上设置型钢对撑来控制变形。

3)水仓东侧和北侧局部出现了涌水、涌砂，现场采用棉纱、木塞封堵和砂袋反压，并快速喷射混凝土进行封闭，然后补充注浆，并适当地缩小开挖的分层高度和分块面积。进行快速支护和封闭成环的方法保证了施工安全和质量。

4)为了防止水仓底部隆起和发生管涌，现场准备了锚固剂、砂袋、注浆泵、水泵和小型挖机等抢险材料和机具。一旦出现险情，当封堵困难时，则先采用砂袋反压，再向基坑灌水以平衡外部水压力的方法进行处理。

5 监测结果分析

5.1 拱顶下沉和周边位移监测

开挖时，联络通道从小里程到大里程每4.0 m设置1个监测断面，分别为k0+0、k0+4和k0+8，每个监测断面设置1个拱顶下沉测点和1对周边收敛测点。拱顶下沉和周边收敛监测结果见图11，S101、S102和S103分别代表3个断面的边墙收敛点，Gd01、Gd102和Gd103分别代表3个断面的拱顶下沉点。由图11可知，拱顶下沉最大累计值为10 mm，周边收敛最大累计值为12 mm，均小于20 mm的控制值； 最大变形速率为3.0 mm/d，小于5.0 mm/d预警值。

5.2 地表监测

在联络通道中线上方地表布置沉降测点进行位移监测，地表沉降监测点布置和监测结果见图12。由图12(b)可知，地面累计最大沉降值为7.56 mm，小于30 mm的控制值; 最大沉降速率为2.0 mm/d，小于3 mm/d的预警值。

图11 联络通道拱顶下沉和周边收敛变化曲线(2014年)

Fig. 11 Variation curves of crown top settlement and surrounding rock convergence of cross passage (in 2014)

(a) 地表沉降测点布置

(b) 地表沉降变化曲线

图12 联络通道中线上方地表沉降测点布置图和监测结果(2014年)

Fig. 12 Layout of settlement monitoring points on ground surface and monitoring results (in 2014)

根据监测结果可以分析得出，开挖过程中围岩比较稳定，开挖引起的隧道和地表变形较小，对环境的影响较小，这说明联络通道施工过程中所采取的超前预注浆和洞内外降水措施及开挖支护方式是安全可靠的。

6 结论与分析

1)在联络通道矿山法施工过程中，采用超前预注浆、地面管井降水和洞内轻型井点降水技术相结合的方法，既可以起到加固堵水的作用，又可以起到减压限排的作用，且保证了联络通道在少水条件下的开挖。另外，在地面降水难以满足施工要求的情况下，将周边小导管注浆与洞内轻型井点真空降水相结合，可有效降低水仓基坑施工中涌水流砂的风险，该方案比较合理，技术措施比较有效，施工效果较好。

2)砾砂、圆砾地层局部往往夹杂中砂及粉细砂，如果采用普通水泥浆和普通水泥-水玻璃注浆，由于普通水泥浆颗粒较大，易导致浆液扩散不均匀，注浆加固薄弱部位较多，容易涌水； 如果采用超细水泥或聚氨酯等注浆材料进行补充注浆，浆液可以在细小的空隙中扩散和固结，可以进一步改善注浆效果，提高地层的堵水率，降低地层的渗透系数，延长围岩的自稳时间，为初期支护施作创造良好条件。

3)从施工过程看，通过注浆基本达到了地层加固和堵水的目的，但由于注浆法的局限性、注浆盲区难以避免，因此在富水砂层联络通道和水仓基坑开挖过程中应做到“早降水、严注浆、管超前、短进尺、少扰动、强支护、快封闭、勤量测”，并及时进行二次衬砌施工，形成稳定结构，以保证施工和环境安全。

4)在富水砾砂、圆砾地层中开挖隧道和基坑，可能会出现突水涌砂、基底隆起和管涌等险情，施工前，应制订应急预案、做好应急准备，并准备快凝快硬水泥、砂袋、棉纱、木楔、方木和型钢等抢险材料及注浆机、水泵、挖机和装载机等设备，一旦出现险情，应快速应对，及时封堵和反压，防止险情发展。在该工程水仓基坑开挖过程中，采用棉纱和木塞快速封堵出水点，将砂袋反压，及时进行喷射混凝土封闭补强，并进行补充注浆，取得了较好的效果。

该联络通道虽然采用降水和注浆相结合的技术取得了成功，但从开挖情况看，浆液以劈裂和填充为主注入，均匀性和连续性较差，随着开挖长度的增加，浆脉数量逐渐减少，注浆盲区增大，掌子面出水量逐渐增大，因此如何改善注浆加固体的均匀性及连续性并减小注浆盲区仍是下一步研究和努力的方向。

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Construction Technology For Cross Passage of Shield Tunnel in Water-rich Sandy Stratum

LI Zhiguo1, XU Haiting1, YANG Shiyan2

(1. Survey, Design & Research Institute of China Railway Tunnel Group Co., Ltd., Guangzhou 511455,Guangdong, China; 2. Sanchu Co., Ltd. of China Railway Tunnel Group, Shenzhen 518000, Guangdong, China)

Abstract：The construction difficulty and risk of cross passage of urban metros in water-rich sandy stratum is very high. Hence, a comparison is made among dewatering, freezing, jet grouting and grouting reinforcement in terms of technology and economy, and a combination consolidation scheme of grouting reinforcement + dewatering is selected to improve the stability of surrounding rocks and reduce influence of construction on surrounding environment. During the construction of cross passage, advanced pre-grouting in tunnel and tube well dewatering on ground surface + light well point dewatering in well outside tunnel are adopted. During the construction of water pit, surrounding small duct grouting and in pit light well point dewatering are adopted. Meanwhile, the deformation of the tunnel and ground surface during construction is monitored; and the monitoring results show that the deformation of the tunnel and ground surface is quite small which indicates the safety and feasibility of the above-mentioned technologies.

Keywords：metro shield tunnel; cross passage; grouting reinforcement; dewatering; mining method

收稿日期：2017-01-09;

修回日期：2017-03-29

第一作者简介：李治国(1967—)， 男， 河南洛阳人，1998年毕业于北方交通大学，岩土工程专业，硕士，教授级高级工程师，现主要从事隧道和地下工程的设计、施工和科研工作。E-mail： [e-mail]。

DOI：10.3973/j.issn.1672-741X.2017.05.013

中图分类号：U 455.4

文献标志码：B

文章编号：1672-741X(2017)05-0609-09