・隧道／地下工程・ 益田路Ⅵ级围岩富水隧道综合施工技术 杜运国 （中铁十五局集团有限公司，河南洛阳４７１０１３） 摘要：结合广深港客运专线益田路隧道Ⅵ级软弱围岩施工， 对益田路隧道洞口段富水、浅埋、软弱围岩、穿越中心城区施工 难点进行分析，选定总体施工方案，详细介绍超长大管棚、小导 管注浆进行围岩加固，井点降水、帷幕注浆截水疏干隧道内地 下水，ＣＲＤ法开挖、静态爆破处理孤石等施工工艺、方法及心得 体会、技术创新方面的设想，对今后类似隧道施工具有一定的 指导作用和借鉴价值。 关键词：ＶＩ级围岩；浅埋；富水隧道；辅助措施 中图分类号：ｕ４５５ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００４—２９５４（２０１０）０２一Ｏ１０９—０４ １ 工程概况 广深港客运专线益田路隧道位于新深圳站与福田 站间、深圳市宝安区龙华街道梅林检查站至福田区市 民中心一带，隧道全长６ ２３６ ｍ。其中隧道进口段 ＤＫ１０４＋８１０～ＤＫ１０５＋０１４为Ⅵ级围岩，开挖断面 １４２．１ ｍ ，下穿深圳市公安局警犬基地，１０１人防工程、 深圳市公安局第二劳教所等，覆盖层厚度薄，平均 １４～２０ ｍ。该段隧道通过地质主要为填土层、冲积层、 残积层、含水砂土层、全风化花岗岩，存在砂土液化、软 土震陷、孤石隐患，地下水富集，洞身涌水量ｑ＝ ５ ５００ Ｉｌｌ ／ｄ，易产生地表下沉、坍塌、冒顶、涌水、突泥 等事故。 ２施工难点分析 （１）益田路隧道设计为双线，断面大，Ⅵ级围岩段 埋深浅，工程地质复杂多变，有素填土、淤泥质黏土、粉 质黏土、砂土、全风化花岗岩，易坍方冒顶，软化流泥、 涌泥、涌沙，自稳性较差，安全风险高。 （２）砂土层含水量高、孔隙比大、透水性差、强度 低、压缩性高、灵敏度高等特征，容易引起地表沉降和 拱顶坍塌，注浆导管成孑Ｌ较困难，注浆加固地层效 果差。 （３）益田路隧道与厦深线梅林隧道左右线合建， 三隧连体，间距小，安全风险高，施工难度大。 （４）工程位于城市中心区，建筑物密集，工商业发 达，人口众多，地表沉降控制要求严格，需要采用强有 收稿日期：２００９—１０—０９ 作者简介：杜运国（１９７６一），男，工程师，２０００年毕业于石家庄铁道学 院土木分院。 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（２） 力措施，保证地面建筑物安全。 ３总体施工方案 针对进口段埋深浅、围岩差、富水等特性，经专家 多次会议论证，拟采取超长大管棚、小导管注浆进行围 岩加固，采取井点降水，帷幕注浆截水疏干隧道内地下 水，采用ＣＲＤ法开挖、静态爆破处理孤石等综合施工 技术。建立动态信息化管理系统，开挖前，用地质雷达 探测地层，用红外线仪探测地层有无储水，用地质钻机 钻孔，进行验证；制定相应预案和对策，准备相关材料 和设备，以备应急使用。隧道开挖先降水，及时支护、 及时施作仰拱成环、及时二次衬砌，开挖后，加强围岩 量测和数据的统计分析，提高监控量测密度，发现围岩 有变形或异状，立即采取有效措施及时处理，确保隧道 施工及周边环境安全。 ４辅助施工技术 ４．１ 超长大管棚超前支护 （１）施工参数选定 ①钢管采用４，１５９ ｍｍ热轧无缝钢管，壁厚８ ｍｍ，节 长４～６ ｍ，以丝扣连接而成，钢管及钢花管同一截面内 的接头不超过管数的５０％，大管棚布置如图１所示。 图１ 超长大管棚布置 ②管距：环向间距３０ ｃｍ。 ③钢花管上钻注浆孔，孔径１Ｏ～１６ ｍｍ，孔间距 １１ ｃｍ，呈梅花形布置，尾部留不钻孔的止浆段长 １ １０ ｅｍ。 ④倾角：隧道线路设计以２．７４％纵坡下行，经现 场试验选定管棚施工倾角为０．１。～０．１５。时，最有利 于管棚施工。 ⑤根据地表沉降控制要求，为了提高大管棚的抗 弯能力，在钢管及花钢管内设置钢筋笼并灌注Ｍ１０ 砂浆。 】０９ 隧道／地下工程－ ・杜运国一益田路Ⅵ级围岩富水隧道综合施工技术 ４．２ 并点降水 ⑥注浆参数：在黏土中注超细水泥浆，掺入８％～ １０％微膨胀剂，水灰比控制在０．４５～０．６，注浆压力控 制在０．５～２．０ ＭＰａ；在砂层中注入水泥一水玻璃双液 浆，水泥采用强度３２．５普通硅酸盐水泥，水玻璃为 ２８～３５ Ｂｅ ，水泥浆液水灰比控制在１：１～１：１．２，水 泥浆液与水玻璃体积比为１：ｌ。 （２）工艺流程 （１）降水方案 根据益田路隧道地质资料，隧道通过地层主要有上 层滞水、潜水、承压水，为了确保施工安全，暗挖隧道要 做到无水作业。结合含水层特点、水位高程与隧道的关 系，经专家会议研究，地面采取井点降水方案，降水井直 径７００ ｍｍ，滤水管直径为４００ ｍｍ，外包一层４０目尼龙 ①导墙施工：在开挖廓线以外拱部１４０。范围内施 作导墙套拱，断面尺寸为１．０ ＩＴＩ×１．０ Ｉｌｌ，导向墙内设 网，地面下１ Ｉｌｌ以下井深范围内回填西３～７ ｍｍ滤料，孔 顶１．５ １ＴＩ采用黏土填塞，井深较仰拱底低２．０ １ＴＩ。沿隧 ２榀Ｉ１８型钢，钢架外缘设￣ｂ１９４ ｍｉｌｌ壁厚８ ｍｍ导向钢 道两侧布置，间距为１５ ｉｎ，距隧道侧壁１．５ ｍ，疏干上层 管，钢管与钢架焊接。在混凝土浇筑时将导向管口封 堵保护。 ②钻机定位：移动钻机至钻孔部位，调整钻孔高 度，将钻头放人导向管中，钻进时保证导向管、钻机固 定钻杆的钻轴和钻杆在一条直线一Ｉ－，随时监控钻进的 角度和方向。 ③钻孔、下管：钻进过程中要始终注意钻杆角度的 变化，并保证钻机不移位。每钻进５ １ＴＩ要复核钻孔的 角度是否正确，以确保钻孔方向。 ④钢筋笼安装：每个孔打设完后，清洗孔内残积岩 屑，待清理完毕后安装钢筋笼。 ⑤注浆：注浆采用自内向外分段注浆。即连接注 浆装置进行压力注浆，注浆过程中控制注浆流速。 ⑥检查：利用奇数编号钢管作为检查孔。在全部 偶数孔完成注浆后，开始打设奇数孔，同时检查注浆效 果，改进注浆配合比。 （３）几点建议及体会 ①在土中施作大管棚，由于土质的黏性，柔性、易 坍孔性，与管棚之间的摩阻大，增大了长管棚施工难 度。在益田路隧道施工过程中，经专家多次论证，选用 意大利ＣＡＳＡＧＲＡＮＤＥ公司ＰＧ１８５型钻机，施钻效果 较好，每天能成管３根。 ②长大管棚施作前，如何控制管棚导向角度，非常 重要，因为各种地质有它的共性和特性，影响管棚施工 的各种地质参数都会不一样，不能一概而论，需要反复 试验才能确定，在益田路隧道管棚施工过程中，经过先 后６次试验，才到达最佳效果，控制管棚倾角为 ０．１。一０．１５。。 ③大管棚施作过程中，需要加强管棚顶进定位，随 时监控管棚施作到达位置，一旦偏离，及时进行纠偏， 确保管棚不侵限。 ④管棚施工完成后，及时进行注浆，加固地层，封 水，为下一根管棚施作创造条件。在注浆的过程中，需 要加强监控，控制注浆流量和注浆压力，一旦出现异 常，立即查找原因并进行分析，调整浆液浓度、配合比 以及外加剂掺量。 １１０ 滞水、潜水，降低承压水头到隧道仰拱下１．０ ｍ。降水井 井点布置见图２。洞内采取在掌子面打超前降水管，仰 拱中间设临时集水坑（集水坑底高程低于仰拱底高程 １．０ ｍ），疏干隧道开挖区域内地下水，增强土体强度，剩 余少量残余水，采取小导管注浆止水。 空泵抽水 图２降水井井点布置（单位：ｍｍ） （２）降水井施工技术要点 ①严格按施工工艺进行施工，控制井孔的垂直度 （ ≤１％），控制好孔径、孔深，保证井孔孔径上下一致。 ②加强滤料回填控制，把孔内泥浆适当稀释到比 重１．０５左右，灌填高度符合设计要求，灌填量不小于 计算值的９８％，良好的滤管和过滤层可以使出水量 大，出水的泥砂含量小，反之，井管被泥沙淤塞，出水量 小，影响降水效果。 ③井点管口保护，井点位置设有明显的标志，防止 杂物掉人管内及机械破坏井管。 ④做好水位观测，加强降水系统的维护检查，确定 专人负责，做好降水记录，保证抽水过程连续不断，配 备发电机和适量的备用泵，确保隧道无水作业。 ⑤做好观测井水位观测、地表沉降观测，一旦出现 异常，立即停止降水，分析原因，必要时将观测井改为 回灌井，进行地下水补充，隧道施工采取截水措施，确 保施工安全。 ４．３帷幕注浆截水 隧道穿越深圳市警犬基地，覆盖层厚仅有１４ ｍ， 穿越地层主要为富水细砂层和中砂层。该区域房屋较 多，均为砖混结构，基础为扩大基础，置于黏土层内。 为防隧道坍方冒顶、软化流泥、冒水，控制地表沉降，保 护既有建筑，采取帷幕注浆截水，加固地层，减少地下 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（２） 杜运国一益田路Ⅵ级围岩富水隧道综合施工技术 ・隧道／地下工程・ 水损失。 扰动，改善破碎剂的破碎效果。眼孔布置见图３。 ・’ｏ。。。。。。‘・空眼 ・。・。・。・。’・ （１）参数选定（表１） 表１ 注浆截水帷幕设计参数 ！：：。：一０：：・。・。・。・。： 亟．一一一一： ・。・。・。・。・： ● 。 ● ｏ ● ｏ ● 。 ●● 。 ● ｏ ● ｏ ● 。 ● ｏ● 帷幕方式 （２）注浆材料 蔷 蕈 ＼：。‘。。。‘。 ● ● Ｄ ● ｏ ● ｏ ● ｏ ●Ｏ ●０ ● ｏ ● 。 ● 。：减振孔。‘。‘。‘。。。： ●●／ —————一 ｏ● ：・ 。 ．。．。 ・。 ・： ＼ ． 。 ．。 ． 。 ．。・： 图３眼孔布置 为有效控制注浆的扩散区域，确保浆液在地层中 的凝胶，结合益田路隧道工程地质和水文地质，经专家 ②参数确定（表４） 表４爆破参数 研究讨论，注浆采用普通水玻璃双液浆，注浆材料及配 合比见表２。 表２注浆材料及配合比 水泥 Ｐ．０３２．５Ｒ 水：水泥 ｌ：１～１．３１：ｌ 水泥：水玻璃 ｌ：０．０３～ｌ：０．Ｏ５ 水玻璃浓度／Ｂｅ ２５～３５ （３）注浆参数 针对该段富水砂层地质，注浆参数经现场多次试 验、调整，选定现场注浆参数见表３。 表３注浆参数 参数名称 截水帷幕 扩散半径／ｍ ０．６ 注浆终压／ＭＰａ １．２—１．５ 凝胶时间 ５０ ８～１ ｍｉｎ ３０ ｓ 注浆速度／（ｍＬ／ｍｉｎ） ２０１～３０１ 注浆分段长／ｍ ０．４ 单孔分段注浆量／ｍＬ １ ２００（粉质黏性），１ ３００（细砂层），１ ５００（中砂层） （４）注浆施工 注浆方式采用后退式分段注浆，采用袖管注浆工 艺，注浆顺序上采取约束发散性方式，即隔孔隔排，最 后注中间排，从而有效地控制浆液扩散区域，确保注浆 后形成完整的截水帷幕。 （５）效果评定 截水帷幕施工结束后，测试地层渗透系数为１．８Ｘ １０～～２．５×１０～ｃｍ／ｓ，在随后的隧道开挖中，仅有少量 渗水，地下水位基本稳定，地表沉降处于可控状态，隧 道得以安全施工。 ４．４静态爆破处理孤石 开挖过程中，存在孤石尚未完全风化，不能采取常 规爆破处理，以免振动造成砂层液化、软土震陷，造成 周边建构物破坏。为此，孤石拟采用静态爆破处理，人 工风镐清除，减少对围岩的扰动，控制地表沉降，保护 周边建（构）筑物。 （１）爆破参数选择及施工工艺 ①布眼 沿着需要开挖的部分周边线，采用潜孔钻机密钻 一排眼，形成隔离面，减少孤石静态爆破对周边围岩的 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（２） 注：破碎剂选用超离牌商效无声破碎剂。 ③钻眼 采用 ４２ ｍｍ的钻头水平或略向下倾斜钻眼，钻 孔深度为破碎体厚度的８５％～９０％，眼孑Ｌ内余水和余 渣用高压风吹洗干净。 ④装药 向下方向的眼孔，将药剂加３０％的水（质量比）拌 成流质状（充分搅拌后略有余水）后，迅速倒人孔内并 用略小于钻孔的捅杆捅紧，特别长的钻孔，可多分段破 碎，逐段捅实，开裂后，立即向裂缝中加水，以支持药剂 持续反应。 水平方向眼孑Ｌ，可用与眼孑Ｌ同直径的锚杆纸袋装 入药剂，集中浸泡，充分浸泡，逐条装入，分别捣实。装 药采用“由上到下，分层破碎”施工方法，以便工人 操作。 （２）静态爆破的关键技术和改进设想 ①每循环过程中每个工人负责装药孔数为６～ ８个，工人在取药、加水、拌和、灌装过程中争取保持同 步，确保每一个眼孔的最大膨胀压保持同期出现，提高 岩石的破碎效果。 ②每次装填药剂前需检测炮眼孔壁，药剂、拌和 水、搅抖桶的温度，控制在３０℃下，药剂装填过程中， 已经发烫和开始冒汽的药剂不允许装入孔内，以免发 生冲孔，危及人身安全。 ③为防止冲孔伤人，操作人员需戴防护眼镜和橡 胶手套进行操作，不可将面部近距离对着已装药的炮 眼；装药完成后，应及时打进铁制的封Ｅｌ器，盖上草垫 和棕垫，远离装灌点；并在施工现场备好清水、毛巾，以 免冲孔时能及时救治。 ④加强药剂反应时间的控制，在益田路隧道施工 中，控制药剂反应时问主要采用如下两种方法：一种是 在拌和水中加入抑制剂，加入量为拌和水的５％～ ６％；另一种方法是严格控制岩石、干粉药剂、拌和温 ｌ１１ ・隧道／地下工程・ 杜运国一益田路Ⅵ级围岩富水隧道综合施工技术 （３）ＣＲＤ法工序繁多，组织复杂，进度缓慢，如何做 好工序衔接，加快施工进度，是个新课题。在益田路隧 度。反应时间控制在ｌ５～３０ ｍｉｎ。 ５ 中隔壁ＧＲＤ法施工 道施工中，为了加快施工进度，做好工序衔接，充分发挥 机械设备工效，减少人员劳动强度，每一分部间距为 １０ ｍ，采用小型反铲挖掘机、皮带运输机配合施工，并根 据围岩量测数据，开展工法试验，由ＣＲＤ法转序到ＣＤ 法，从ＣＤ法再转序到台阶法，逐步完善，由繁到简，逐 步实现工法转换，提高设备利用率，加快施工进度。 益田路Ⅵ级围岩富水隧道施工严格遵循“先降 水，管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测” 的原则进行施工。原设计该段软弱围岩采用双侧壁导 坑法施工，后经分析论证，拟定采用交叉中隔壁 （ＣＲＤ）法施工。中隔壁（ＣＲＤ）法施工分块见图４及 图５，其施工工艺不再详述。 图４ 中隔壁ＧＲＤ法工序剖面 ８ ｅｍ厚Ｃ２５混凝 衬砌混凝土隧底填充边墙基座 初期支护混凝土 土封掌子面 ＼ ＼ ⑤ ② ① ＼掌子面封闭 ⑥ ④ ③ ８ ｅｍ厚Ｃ２５混凝 ＼土封掌子面封闭 图５中隔壁ＧＲＤ法工序平面（单位：ｍ） （１）ＣＲＤ法施工的关键就是将大断面隧道通过强 支护临时分块，实现隧道周边土体应力逐步释放，控制 土体变形，减少周边位移，减少地表沉降，因此隧道施 工过程中“短、平、快”非常重要。施工前，应制定详细 的施工方案和紧急预案，做好监控量测点位的埋设，做 好隧道降水等辅助措施，确保隧道开挖时真正做到 “短、平、快”，做到及时封闭成环，确保隧道施工安全 和周边环境安全。 （２）ＣＲＤ法需要根据周边环境、工程地质、水文条 件决定断面分块、施工顺序及进尺，以减少隧道周边围 岩变形，确保周边环境安全。在益田路隧道Ⅵ级围岩 段ＣＲＤ法施工中，在常规的ＣＲＤ六部施工法基础上 进行了技术上更改，５、６部开挖时，先采用中洞法开挖 中壁区域接长中壁撑致仰拱，然后同时进行５、６部开 挖，及时封闭成环，施作仰拱，加快了施工进度，提高了 设备利用率，确保周边环境安全。 １１２ ６ 监控量测 根据益田路隧道该段工程特点，监测的重点为地表 沉降、建构筑物周边沉降、变化、拱顶下沉、地下水位变 化。地表沉降测点横向间距２～５ ｍ，共布置地表沉降观 测点２１５个，周边建（构）筑物１３栋，布置测点１３０个。 拱顶下沉、隧道周边位移每５～８ ｍ布置一断面，共设计 监测断面３５个，在敏感建筑物附近设计１３处地下水位 监测井。做到了及时监测，及时反馈，各项数据相互验 证，根据检测数据预测发展趋势，及时掌握施工结构受 力状况以及对周边环境的影响，及时调整施工参数，施 工方案，采取相应措施，为施工现场提供服务。 ７ 结语 本段软弱富水围岩采用了井点降水、帷幕注浆止 水、超前大管棚加固、小导管注浆、ＣＲＤ法开挖等施工 工艺。多种技术措施综合应用，各施工工法之间的协 调管理、论证工作要具有前瞻性，在隧道施工前进行了 周边房屋安全性评估，采取注浆保护现有的建构筑物 等措施。施工过程中加强监控量测，根据现场的监测 数据来掌握围岩变化以及对周边环境的影响，及时调 整掘进进尺和初期支护参数，做到信息化施工。施工 实践证明，对于城市中心区大断面浅埋隧道通过地表 密集地区，做好周边房屋安全性评估，采取适当的施工 措施是非常必要，行之有效的。监测数据表明：拱顶下 沉最大为４．８ ｏｍ，远小于设计控制沉降量１５ ｅｍ，隧道 净空收敛累计最大位移为２．１ ｅｍ，建构筑物周边地表 沉降累计最大位移累计为３．４ ｏｍ，地下水位监控未出 现异常变化，整个施工过程做到了信息化，安全可控， 确保隧道结构和周边环境安全。 参考文献： ［１］ 铁道部工程设计鉴定中心．高速铁路隧道［Ｍ］．北京．中国铁道出 版社，２００６． ［２］ 陈豪雄，殷杰．隧道工程［Ｍ］．北京：中国铁道出版社，１９９６． ［３］ 刘殿中．工程爆破实用手册［Ｍ］．北京：冶金工业出版社，１９９９． ［４］ 成守军．富水软土地区深基坑降水施工技术［Ｊ］．铁道建筑技术， ２００９（２）． ［５］铁道部第二工程局．铁路工程施工手册・隧道［Ｍ］．北京：中国铁 道出版社．１９９５． 铁道标准设计ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＴＡＮＤＡＲＤ ＤＥＳＩＧＮ ２０１０（２）