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復合地層盾構隧道聯(lián)絡通道涌水處置方案研究

文檔作者：詹濤樊祥喜文檔來源： 1．南昌軌道交通集團有限公司 2．中南大學土木工程學院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年10月23日
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第59卷第12期
2015年12月
鐵道標準設計
RAILW AY STANDARD DESIGN
V01．59
Dee．
No．12
2O15
文章編號：1004—2954(2015)12—0068—04
復合地層盾構隧道聯(lián)絡通道涌水處置方案研究
詹濤 ，樊祥喜
(1．南昌軌道交通集團有限公司，南昌330038；2．中南大學土木工程學院，長沙410075)
摘要：依托南昌地鐵1號線盾構隧道聯(lián)絡通道工程，對富水復合地層條件下采用旋噴樁加固施工方案進行總結，
并對聯(lián)絡通道施工發(fā)生的涌水、涌砂問題進行分析，提出針對性土體注漿加固結合降水井降水的處置方案。根據(jù)
現(xiàn)場施工情況以及現(xiàn)場地表監(jiān)控結果，處置方案能夠保證該地層條件下聯(lián)絡通道施工安全順利進行。
關鍵詞：地鐵；盾構隧道；聯(lián)絡通道；旋噴樁加固；涌水、涌砂；降水井； 處置方案
中圖分類號：U231 ．3 文獻標識碼：A DOI：10．13238／j．issn．1004—2954．2015．12．016
Study on Disposal of W ater Inflow in Connected
Aisle of Shield Tunnel in Complex Strata
ZHAN Tao ，F(xiàn)AN Xiang—X1
(1．Nanchang Rail Transit Group Limited Corporation，Nanchang 330038，China；
2．School of Civil Engineering，Central South University，Changsha 410075，China)
Abstract：Based on the construction of connected aisle of shield tunnel in Nanchang rail transit line 1，
construction schemes of grouting pile reinforcement in watery complex strata are summarized．Problems of
water inflow and sand inflow during the construction of connected aisle are analyzed and corresponding
disposal program is put forward， which includes grouting reinforcement of soil and dewatering with
dewatering wel1． Actual status and earth’S surface monitoring results of the construction site show that
such disposal program can ensure the safe and smooth construction of connected aisle under this strata
收稿日期：2015—05—14；修回日期：2015—06—03
作者簡介：詹濤(1981一)，男，高級工程師，工程碩士，E-mail：
89014309@ qq．COB。
通信作者：樊祥喜(199O一)，男，碩士研究生，E-mail：fanxiangxi
@ 126．com。
比，該段施工減少超挖量約70％ ，降低了施工成本。
實踐證明在軟硬不均的復合地層中采用液壓破碎錘開
挖方案是可行的 ，對類似條件下隧道開挖施工具有
借鑒意義。
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第12期 詹濤，樊祥喜一復合地層盾構隧道聯(lián)絡通道涌水處置方案研究 69
地鐵作為城市現(xiàn)代化軌道交通工具，承擔著越來
越重要的短程大客流運輸任務。地鐵結構對于外部的
災害防御能力比較好，但是對來自內部的災害抵御能
力較差。在地下狹小的空間里，一旦發(fā)生災害，救援與
疏散十分困難? ?！兜罔F設計規(guī)范》(GB50157-
2013)明確規(guī)定，城市地鐵隧道修建過程中，當隧道連
貫長度大于600 m時，為確保運營期間安全，需在兩條
隧道之間設置聯(lián)絡通道-z 。在富水條件下采用礦山
法進行聯(lián)絡通道施工，容易造成流砂、管涌等事故。聯(lián)
絡通道施工一直是地鐵施工事故的多發(fā)點。如
2003年7月1日上海軌道交通四號線發(fā)生的重大安
全事故就是一個例子，由于聯(lián)絡通道的開挖而造成主
隧道的破壞，直接經濟損失達1．5億人民幣，整條線路
延遲開通3—4年 。富水條件下聯(lián)絡通道施工的風
險以及相應的研究越來越引起人們的重視。
富水砂礫復合地層條件下，由于地層的富水性以
及砂層的強滲透性，施工時極易引發(fā)涌水、涌砂事故。
近些年來，聯(lián)絡通道施工工法有所創(chuàng)新，主要有豎井與
礦山法結合、隧道洞內礦山法、土體凍結法、頂管法
等 。王暉 等通過對4種聯(lián)絡通道施工方法的特
點、風險性等方面的分析與比較，提出富水砂層聯(lián)絡通
道施工的優(yōu)選方案為凍結法。張偉 對南昌地鐵1號
線越湖區(qū)間采用凍結法施工進行了介紹總結，并結合
施工實踐，進一步指出了凍結法在南昌地層條件下聯(lián)
絡通道設計、施工中需注意的若干問題，為凍結法在南
昌地鐵后續(xù)聯(lián)絡通道設計施工中的應用提供借鑒。由
于凍結法造價高，且土體凍脹及融沉及容易造成地層
變形，甚至引發(fā)地表路面以及盾構隧道結構變形，應用
方面具有一定局限性 。若采用其他針對性的隔水
措施，由于施工經驗以及地勘的不準確，地層中仍可能
存在水路通道而引發(fā)涌水事故。在現(xiàn)場發(fā)生涌水事故
后，能夠第一時間應對，防止事態(tài)進一步惡化，同時提
出針對性的處置方案顯得尤為重要。
南昌市軌道交通1號線中一子區(qū)間前期采用旋噴
樁加固并采用隧道內礦山法開挖，施工時發(fā)生涌水、涌
砂事故?，F(xiàn)場第一時間對涌水掌子面進行封堵并關閉
安全門，并提出土體注漿加固結合降水井降水的處置
方案?，F(xiàn)場后續(xù)施工安全順利進行，該處置方案具有
一定的實踐性，可為類似工程提供一定參考。
1 工程概況
南昌市軌道交通1號線中山西路站一子固路站盾
構區(qū)間起止里程為SK13+016～SK13+681，區(qū)間隧道
長665 m。區(qū)間設置1處聯(lián)絡通道，中心里程為
SKI3+289。
聯(lián)絡通道采用噴錨構筑法進行設計施工，襯砌采
用復合式襯砌結構，即以鋼筋網、噴射混凝土和鋼架為
初期支護，以模筑鋼筋混凝土襯砌為二次襯砌，初期支
護與二次襯砌之間設全封閉防水隔離層。聯(lián)絡通道為
直墻半拱結構，凈寬2 100 mm，凈高2 750 mm，二襯
400 mm；廢水泵房凈寬2 100 mm，凈長3 100 mm，二襯
400 mm，采用礦山法施工 。聯(lián)絡通道二襯采用
C40模筑混凝土。聯(lián)絡通道設計襯砌結構見圖1。
Q
2 900
圖1 聯(lián)絡通道襯砌結構斷面(單位：mm)
1．1 工程地質概況
根據(jù)地質勘查報告，聯(lián)絡通道處地層層序自上而
下依次為雜填土、淤泥質黏土、砂礫層、中風化泥質粉
砂巖。聯(lián)絡通道處隧道埋深為15．9 m，聯(lián)絡通道開挖
面頂部埋深為16．5 m。聯(lián)絡通道兼廢水泵房基本上
位于中風化泥質粉砂巖中。聯(lián)絡通道洞身開挖面從上
往下依次為淤泥質黏土(0．2 m)、砂礫層(0．4 m)、中
風化泥質粉砂巖(3．55 m) 。見圖2。
E 雜填土E 淤泥質黏土圓砂礫層E 泥質粉砂巖
圖2 沿地鐵方向地質縱斷面(單位：m J
聯(lián)絡通道地表處于新洲路與中山西路交叉路口，
東臨撫河，西鄰贛江，三面環(huán)水，地下水較豐富，區(qū)域地
下水為第四系松散巖類孔隙水，局部為承壓水，主要賦
存于全新統(tǒng)(Q 。)沖積砂礫卵石層中，現(xiàn)場抽水試驗
顯示該含水層綜合滲透系數(shù)為110 m／d。聯(lián)絡通道處
地面高程21．5 m，區(qū)域常年地下水位在地表以下

第12期 詹濤，樊祥喜一復合地層盾構隧道聯(lián)絡通道涌水處置方案研究 71
作方法原因，樁間垂直度存在偏差，樁與樁之間沒有完
全咬合，旋噴樁成樁效果不理想，樁與樁之間產生空
隙，形成水路通道。
(3)開挖期間，正逢暴雨天氣，地下水位升高，造
成涌水、涌砂的進一步加劇。
3 現(xiàn)場處理方案及效果
3．1 現(xiàn)場應急方案
針對現(xiàn)場出現(xiàn)的涌水、涌砂情況，現(xiàn)場立即進行應
急處理，對涌水、涌砂處采用棉被封填，埋設導流管，對
整個掌子面采用沙袋進行封堵，掌子面未發(fā)生坍塌。
為預防進一步的突發(fā)險情，現(xiàn)場決定啟用安全門，在關
閉安全門前，對已開挖的區(qū)域全部采用沙袋進行了堆
填；安全門關閉后，只有少量清水從安全門縫隙流出，
無漏砂情況。
聯(lián)絡通道地表處于新洲路與中山西路交叉路口，
現(xiàn)場對通道地表可能發(fā)生沉降的區(qū)域進行臨時圍擋。
聯(lián)絡通道掌子面涌水、涌砂后第一時間應對，且臨近的
新建中山橋正在養(yǎng)護，地面基本無行人及車輛通過，聯(lián)
絡通道處地表未見裂縫等明顯損壞。為排查潛在空洞
情況，現(xiàn)場根據(jù)實際情況在圍擋內共鉆設l9個垂直路
面探孔進行探查；探孔深度均為8 m，除18號孔4 m位
置有約30 em空洞外，其他孔均無發(fā)現(xiàn)空洞現(xiàn)象，由此
可以判定現(xiàn)場已初步控制影響范圍內的風險。地表探
孔平面布置如圖7所示。
．2 ．
0 7 0 0
行 l 。1： o14 I 葑 上行
鋅路中線 一一 ~1 0 9 o1， 6 L一一 城線路由 一一
線 I ／^‘ “ 1o I【 線
堇皇 亙／～ 。13? ’
旋噴樁加固區(qū)域
圖7 地表探孔平面布置(單位：mm)
3．2 現(xiàn)場處置方案
聯(lián)絡通道開挖面上部約有1．5 m厚礫砂層，透水
性極強，施工時容易發(fā)生涌水、涌砂事故。為確保開挖
面穩(wěn)定，防止產生涌水、涌砂事故，現(xiàn)場處置方案主要
采取土體注漿加固并結合降水井降水的措施。
(1)土體注漿加固
現(xiàn)場對原有的l9個地表探孔采用靜壓注漿的方
式加固聯(lián)絡通道上方砂層，在聯(lián)絡通道下行線隧道采
用洞內前進式注漿加固。通過注漿加固，提高開挖區(qū)
域土體參數(shù)，防止由于聯(lián)絡通道涌水產生地表塌陷，同
時對開挖面上部及前方的水路通道進行加固封堵。
(2)降水井降水
在原設計已完成旋噴加固區(qū)外設置6口深層井點
降水井降水，使水位降低到地表以下16—17 m，確保
聯(lián)絡通道在低壓力水環(huán)境下，且具有一定自穩(wěn)性、固結
狀態(tài)下的砂層條件下進行開挖。聯(lián)絡通道降水井平面
布置如圖8所示。
1號降水井2號降水井
3號降水井4號降水井
圖8 降水井平面布置(單位：mm)
降水井
在降水井水位降水后，降水井中水位深度達到不
超過中風化泥質粉砂巖與礫砂層交界面以上1 m位置
時，檢查安全門無漏水漏砂情況后，打開安全門后，在
原開挖掌子面前1．0 m處打設3個3 m長地質探孔，
確保無涌水、涌砂情況才可向前開挖。
4 現(xiàn)場處置施工效果
現(xiàn)場在完成上述處置方案后，對聯(lián)絡通道繼續(xù)開
挖?，F(xiàn)場聯(lián)絡通道施工時開挖面穩(wěn)定，開挖時只有點
滴狀滲水，未見漏砂情況?，F(xiàn)場施工順利進行。
降水井降水時，地層中孑L隙水壓力減小，有效應力
增加，降水勢必引起地表沉降；另一方面聯(lián)絡通道開挖
引起地層應力重分布，地層產生沉降¨ 。現(xiàn)場在降水
井降水及開挖過程中，對聯(lián)絡通道進行地表沉降監(jiān)測。
測點布置以及現(xiàn)場監(jiān)測結果如圖9、圖l0。
圖9 地表測點平面布置l單位：mm)
由圖示可以看出，降水井降水后，地表測點都有明
顯沉降，由于前期旋噴樁加固及注漿加固的效果，地層
參數(shù)提高，因此沉降值均不大；測點1降水時沉降最
大，為4．5 mm，推測可能是由于已開挖區(qū)域封堵不密
實而引起沉降；聯(lián)絡通道下臺階開挖后，測點總體沉降
均較小，其中最大值為測點2，最大沉降為10．5 mm，滿
(下轉第134頁)
134 鐵道標準設計 第59卷
(上接第71頁)
足沉降控制標準30 mm 。地表沉降結果表明，后期
處理方案能夠保證聯(lián)絡通道地層開挖變形要求。
5 結論
測試日期
∞曼 o詈。 ∞婁 o耋。 ∞譽 譽o。 。蠶。 。吾。 譬
圖10 地表沉降現(xiàn)場監(jiān)測曲線
(1)聯(lián)絡通道涌水事故后，現(xiàn)場第一時間對開挖
面進行應急封堵，避免了事態(tài)進一步惡化。采取土體
注漿加固結合降水井降水的處置方案，繼續(xù)開挖后開
挖面穩(wěn)定，開挖時只有點滴狀滲水，無漏砂情況，說明
后續(xù)施工方案能較好應對該富水砂層條件下涌水、涌
砂事故。
(2)針對聯(lián)絡通道降水以及開挖可能引起的地表
沉降問題，現(xiàn)場監(jiān)控結果表明，由于前期旋噴樁加固以
及處理時土體注漿加固作用，降水以及開挖引起的沉
降均較??；聯(lián)絡通道開挖后最大沉降為l0．5 mm，滿足
地表沉降控制標準3O mm，說明該處置方案能夠滿足
地層沉降變形要求。
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