浅埋暗挖隧道近距离穿越既有地铁结构

浅埋暗挖隧道近距离穿越既有地铁结构摘要：地铁十号线二期工程起点～潘家园站暗挖区间是北京地铁复杂地层、复杂结构、复杂周边环境条件下施工的隧道，近距离穿越10号线一期既有线，采用全断面袖阀管注浆技术，取得了显著的成果，通过了实践的考验和专家的肯定，为今后浅埋暗挖隧道近距离穿越既有地铁结构施工增加了宝贵的经验和方案，具有重要的借鉴和指导意义。

关键词：浅埋暗挖隧道；既有地铁结构；水平袖阀管；全断面注浆1、工程概况起点～潘家园站区间为暗挖区间，北接十号线一期工程，中段下穿东三环，南到达潘家园车站。

左线长度为785.395m，右线长度为497.05m，其中北端289m侧穿既有右线结构；拱顶覆土厚度10.5～18.5m。

采用暗挖法施工，设两个竖井。

区间平面图详见附图。

区间正线主要穿越粉质粘土层、粉细砂层、中粗砂层，土体自稳能力较差，工程所处区域位于永定河冲积扇的漏斗区域，地下水十分丰富，隧道结构基本位于微承压性的巨厚富水粉细砂层中，地下水位高，上层潜水位于拱顶以上7m，下层潜水位于拱顶位置。

隧道所处地层土体稳定性极差，开挖过程中必然会发生涌砂和坍塌。

竖井（4.6×6m）开挖过程中，涌水涌砂严重，背后空鼓严重，施工过程中；地下水补给十分丰富且具有微承压性，涌水量达到110m3/h，每开挖50cm涌砂量达到45m3，经水压监测，压力值达到0.22MPa。

上方管线多与隧道斜交，距离隧道最小垂直距离的Ø500污水管，垂直距离8.24米，处于粉土粉质粘土层中，Ø1000雨水管距离隧道12米，位于粉土层上方，3600×2500热力距离隧道拱顶5.6m，2000×2000电力隧道距隧道拱顶4m。

其他还有Ø600上水管、两根Ø500燃气、60×50电信管线、79×74电信管线。

图1 区间总平面图本工程是十号线二期工程难度最大的控制工程，风险源众多，包括特一级和众多二级风险源。

尤其是10号线一期因工程实施难度巨大而甩下的北段区间隧道，更是难点中的难点。

该段隧道位于东三环路下，地面交通十分繁忙、地面动荷载明显，紧邻既有线和多栋住宅楼，工程环境十分恶劣、风险极大，稍有不慎可能会造成重大灾难性事故，损失无法估量。

2、对结构影响分析和加固方法1、工程重点分析（1）采用暗挖法施工，初期支护施工过程是对周边构筑物影响最大的阶段，以开挖过程作为最不利阶段考虑。

（2）既有线距离区间暗挖隧道结构距离很近，最近处仅有1.2m，若不采取有效措施，隧道开挖可能引起既有线结构单侧土体的卸载作用，对既有线结构造成不良影响。

（3）既有线动荷载大，对近距离隧道土体开挖稳定存在影响。

2、主要应对措施（1）严格遵循“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”的方针。

（2）主要是通过对两结构间土体改良和新建隧道周边止水帷幕及土体改良，保证既有线结构变形在允许范围内。

（3）加强施工过程的监控量测，及时反映施工对周边和地表的影响情况，实现信息化施工。

3、具体保护措施(1)帷幕注浆注浆改良地层起到止水和加固作用采用袖阀管进行全断面帷幕注浆，加固范围为隧道周边2m，使土体的渗透系数达到10-7级，无侧限抗压强度达到0.5～1.0Mpa。

(2)加强初期支护①格栅间距500mm，缩短开挖进尺，每一循0.5米，尽量缩短围岩暴露时间；加密纵向连接筋至@800双层布置，加强格栅间的连接，提高整体强度。

②设临时仰拱，并加大上下台阶掌子面的距离，控制到10米左右，实现上台阶早封闭，减小地面沉降。

③加强超前支护，超前固结前方土体，保证拱顶不出现塌方，减小拱顶上方格栅与土体之间的空隙。

④增设锁脚锚管至每侧3根，在拱脚位置垫方木，降低拱脚沉降。

⑤及时进行背后注浆，加强注浆效果，及时填充格栅与土体之间的空隙。

(3) 其他措施①超前探测探孔深度不小于3米，掌握前方地质情况，对粉细砂的的含砂量及含水率进行分析，提前做好应对措施。

②做好工序衔接，快速通过,减少掌子面暴露时间。

③加强地面和管线的监控量测，根据监测结果调整施工参数，实现信息化施工。

图2-1 左线隧道注浆加固示意图3、注浆加固方法及工艺1、袖阀管帷幕注浆特点（1）袖阀管结构主要由Ø56mmPVC外管、6分镀锌注浆内管、橡皮套、密封圈等组成。

（2）袖阀管是一种只能向管外出浆，不能向管内返浆的单向闭合装置。

灌浆时，压力将小孔外的橡皮套冲开，浆液进入地层，如管外压力大于管内时，小孔外的橡皮套自动闭合。

（3）每个灌浆长度固定为30cm-60cm，还以根据地层情况调整灌浆长度，实现定量定尺可控灌浆。

（4）可根据需要灌注任何一个灌浆段，还可重复灌浆。

（5）可使用较高的灌浆压力，灌浆时冒浆和串浆的可能性较小。

（6）钻孔和灌浆分开，提高了钻孔设备的利用率。

（7）可在一个孔内灌注几种浆材。

（8）由于在被加固的地层中，进行了多点、定量、均衡的注浆，注浆体在地层中均匀分布，均匀连接，因此，大大提高了被加固地层段的整体稳定性。

2）袖阀管注浆实施方法隧道设临时仰拱分为上下两个导洞，视情采用洞内水平注浆和垂直注浆相结合的方式进行，上导洞为处在最前方的掌子面，只能采用水平注浆；下导洞根据实际情况决定采取水平注浆或垂直向下注浆，采用垂直注浆时将临时仰拱作为止浆墙，在施工临时仰拱时预埋套管作为袖阀管施作的孔口管。

2、注浆参数1、加固范围隧道周边2m范围以内全断面加固以及线间土体。

图4-1 洞内注浆加固范围图2、注浆参数（1）注浆孔布置：注浆孔呈梅花状布置，掌子面孔间距0.4×0.5布置，终孔距:0.8m，单个注浆孔影响半径:0.5m。

（2）喷浆压力：1.0～1.5Mpa（3）浆液流量：15～20L/min（4）每一注浆段长度：15～20m（6）每一注浆段搭接长度：2～3m（7）止浆墙厚度为2m～3m，取芯试压强度不小于0.5Mpa（8）注入率：沙砾层为45%～60%，粉土为25%，砾石40%～60%（9）凝固时间：2～4分钟，为速凝注浆（10）钻杆回抽幅度：约15～20cm3、技术指标序号内容允许偏差1 孔位偏差±20mm2 孔距偏差±100mm3 钻杆角度＜1%4 注浆压力±5%（无特殊结构下）5 注浆量±10%6 提升幅度±15cm2、注浆孔布置对隧道开挖断面以外2米进行注浆止水，掌子面端部也进行注浆止水，形成杯状止水帷幕，注浆有效半径按照500mm考虑，开挖轮廓以外区域考虑咬合，开挖断面内未考虑咬合。

图4-2 正线帷幕注浆孔位布置及终孔效果图3、止浆墙施工帷幕注浆是浆液对掌子面前方土体劈裂挤密、渗透，在注浆压力下，前方土体压力增大，极易造成临空面（掌子面）失稳崩塌，注浆压力和效果也难以保证，止浆墙就是对注浆面及注浆面附近土体进行加固，形成一道“墙”，将掌子面封闭，抵抗土压和约束土体变形，保证帷幕注浆时掌子面的稳定和避免浆液外溢跑浆。

止浆墙采用锚喷支护，格栅与初期支护临时仰拱格栅型号相同，掌子面封闭架设格栅钢架，格栅按照“井”字形布设，挂网喷射混凝土，使之能承受较大的压力，变形较小，操作工人能在一个比较安全的环境下施工。

封闭掌子面采用Φ8钢筋网片，喷射混凝土厚度为500mm，在喷射混凝土前预埋钻进套管，确保掌子面稳定和注浆孔位，避免后序钻孔破除止浆墙。

4、袖阀管帷幕注浆帷幕注浆呈喇叭形发散，将掌子面前方土体进行注浆改良，降低土体的渗透系数，提高土体的性状，改变其c值和φ值，达到止水和提高土体自稳能力的效果，最终达到暗挖安全施工和控制沉降的目标。

初定每段帷幕注浆长度15米，沿开挖轮廓线外扩2.0米，帷幕单孔注浆半径为0.5米，隧道开挖轮廓以外范围孔间距为0.8米，留有0.2米的咬合，保证止水效果和后序开挖时施工安全，在隧道开挖范围内孔间距为1.0米，只对前端3米范围进行注浆形成止浆墙，其余不进行注浆。

A、参数说明1) 第一个段水平注浆施工长度为10m，其余为15m；2) 水平注浆参数：（1）注浆加固范围：拱部为开挖轮廓线外2.0m，边墙为开挖轮廓线外2.0m，隧道之间全部土体，上下范围同既有隧道高度；（2）注浆段长15m，止浆墙厚2~3m；（3）注浆孔平行钻孔定位布设，孔距0.4m，行距0.5m，注浆半径0.5m；（4）注浆终压0.5～2Mpa；（5）注浆分段长0.6m。

3) 止浆墙采用500厚锚喷混凝土；4) 材料选取：根据地层渗透系数选择“超细水泥-水玻璃”双浆液作为试验注浆材料；5) 改装MD-80AG型钻机参数钻机机械性能表表5-6扭矩转速起拔力立轴行程钻杆直径钻孔深度电机功率额定压力外型尺寸最大4500N•m 12/25/32/45/95/90r/min 65KN 1800mm 89mm 100m 30KW 33KN 1500×90×12006)长管采用PC塑料单项阀管和PRC、PBH双向密封注浆芯管。

图4-3 袖阀管结构示意图B、双液浆（超细水泥-水玻璃）压力注浆原理双液浆压力注浆加固地基，是将具有一定压力的MC-S双液浆，通过土层颗粒间的孔隙强行注入土层中，起到挤密和充填作用，迫使土层孔隙内的部分或大部分水和空气排去，从而加快土层的固结稳定。

注浆液由超细水泥浆加适量水玻璃配制而成，现场分别配制，分别试验。

浆液注入地层后，水玻璃可与土层中碳酸钙起化学反应，生成硅胶；水泥与土颗粒及土层中其它填物胶结。

同时，水玻璃可促使水泥早凝避免沉淀、析水、保证浆液和易性、可注性。

2）注浆孔位布置注浆孔分层布设，孔距控制在0.4米，层间距控制在0.5米，并在掌子面中部设检测孔，超前探测注浆情况和了解地层情况。

注浆孔采取事前预埋的形式，在封闭掌子面施工过程中将ø108钢套管按照一定的角度固定在格栅上并喷射混凝土，待注浆时再将套管外端螺帽取下进行钻孔，一孔注浆时其他孔全部将排气阀门关掉，注浆孔的布置和打设角度如下图所示，图4-4 袖阀管注浆孔剖面示意图（情况一：下导洞为水平注浆）图4-5 袖阀管注浆孔剖面示意图（情况二：下导洞为垂直注浆）图4-6 袖阀管注浆水平打设角度示意图3）试验监测孔试验监测孔的作用有以下两方面：（1）超前探测，对前方地质情况能够切实掌握，提供调整方案或参数的依据；（2）核实注浆效果，在后续注浆孔完成后，可通过监测孔的情况来反映止水效果；试验监测孔作为水平袖阀管的一部分孔位，其成孔方法相同。

4）钻孔根据在砂层中钻孔成孔情况确定是否跟管钻进。

成一孔即及时向孔内放入注浆袖阀管并浇注套壳料。

各孔按确定的水平角度孔位用Ф91mm合金钻头钻孔。