刘 栋 王振华 罗鸿昌 蔺忠平 刘伦林
(中铁三局集团广东建设工程有限公司，广东 广州 511400)
城市作为一个在人类文明不断发展后孕育的具有为人类活动提供空间的产物，随着我国城镇化速度的加快，越来越多的人口涌向人均空间资源稀缺的城市，加剧了人与其他设施进行空间资源争夺的矛盾，恶化了城市人口生活环境。为了改善城市的空间容纳率，提高城市人口生活质量，我们将城市的地下空间作为城市空间优化的主要立足点。在最新的生态城市构建要求中，充分发挥城市现有土地量利用率，努力做好城市地下复杂水文地质勘测勘察，不断提升城市地下资源在城市发展中的优势，预防和治理城市地下复杂水文地质在城市地下空间拓展中的不良影响。
城市复杂水文地质是阻碍我们扩展城市地下空间的主要因素，在不良地质环境下施工时对施工技术要求尤为严苛。流砂地层是颗粒均匀的富水非粘性土发生流砂现象的土层，当发生流砂现象时土体完全丧失承载能力，进而出现坍塌现象，恶化施工条件，危及毗邻建筑物。梁云生[1]在研究北京地铁5号线崇文门站一东单站富水地段中，得出在进行隧道围岩加固施工时，位于隧道两侧的竖向旋喷桩可以对水流起到很好的阻断效果，改善了隧道内部的施工环境。李德章[2]在研究合肥市府广场饱和淤泥质地层地下通道施工中，发现长管棚和注浆小导管相结合的超前支护方法能够有效的控制地表沉陷量和隧道内地下水的突涌现象。
本文针对莞惠城际GZH-7常平站段内流砂地层，探讨在饱和非粘性土且不断有地下水补给的岩层内进行隧道施工，保证施工安全和施工质量的主要施工技术手段。且该段位于市区内，地下管线错综复杂，对沉降参数要求非常严格，施工中出现的流砂现象将会造成水土流失，不利于沉降的控制。“治流砂必先治水”的原则要求我们在富水饱和砂层中进行隧道开挖时，治水首当其行。目前治水采用的措施主要有井点降水、止水帷幕及冻结等方法，这些方法对于不同施工条件各有优势，在使用时应充分考虑其适用性。
1 工程概况
莞惠城际GZH-7标8号施工竖井—常平站段位于广东省东莞市常平镇，起止里程GDZK44+050.000～GDZK44+577.000，长527.000 m。线路在常平大道下敷设，线间距18.56 m，为双洞单线隧道，隧道拱顶埋深约16.1 m～21.0 m，采用设计时速200 km复合式衬砌结构断面。8号竖井左线大里程设计为Ⅵ级围岩，坍塌区域位于全风化混合片麻岩层，拱顶埋深20 m，拱顶以上分别为4.5 m厚全风化混合片麻岩、1.0 m厚粉质粘土、1.3 m厚砂层、7.0 m厚淤泥质粘性土、3.0 m厚粉质粘性土，地表下3.2 m厚素填土[3]。
本项目施工隧道下穿双线六车道常平大道，为保证施工安全采用封闭道路施工；隧道周边建筑物主要为联邦花园小区、星汇中心、POP、儿童摄影楼及板石村居民房；隧道周边管线众多，右线外侧的重大管线主要为φ1 000混凝土排水管、φ1 000供水钢管，左线外侧的重大管线主要为φ2 000混凝土排水管、φ1 000供水钢管、φ200PE燃气管。
在常平段内有W3强风化混合片麻岩、W4全风化混合片麻岩两种岩层。在全风化片麻岩岩层中夹杂着饱水的疏松粉、细砂土，这种岩层地质在遇水后极易发生软化完全丧失自稳能力。施工单位在对这种岩层进行旋喷加固施工时没有对该岩层的属性有充分的认识，在施工工艺上没针对这些属性做出相应的调整，而导致在该类地层内旋喷施工时，高压旋喷浆击穿该类岩层与饱水砂层贯通，发生突涌。项目开工至今在两种岩层交界处已发生多次涌水涌砂。
2 流砂地层隧道施工技术
2.1 帷幕注浆+CD工法开挖
沿隧道左右两侧开挖轮廓线外各设一道止水帷幕，左右线隧道间设置一道纵向止水帷幕；垂直线路方向每30 m设置一道横向止水帷幕，形成矩形网格，每个网格内设置3口降水井，开挖过程中对隧道进行降水。止水帷幕采用厚度为600 mm混凝土墙，止水帷幕深度均需入弱风化岩层1 m。
隧道采用CD工法开挖，设置超前全断面双液浆注浆，初期支护采用超前小导管、型钢钢架、纵向连接筋、锁脚锚管、钢筋网、喷射混凝土，如图1所示。隧道穿越砂层全、半断面注浆，注浆过程中，浆液被动水稀释、流走，不能有效加固地层，如图2,图3所示。
水平旋喷桩是在高压作用下借助高压钻机将水泥浆通过喷嘴注入土体内，并且在喷嘴旋转的过程中水泥浆与土体颗粒充分搅拌混合，待达到初凝时间后，混合物便成为一种具有承载力的固态物质，并且能形成帷幕效果达到隔绝水流的作用。通过旋喷注浆形成的隧道外围可以相当于一个隔水膜罩，为隧道开挖施工提供了安全可靠的环境。
水平旋喷桩成桩效果好，渗透系数和无侧限抗压强度均满足设计要求，但在高压旋喷施工时，扰动全风化混合片麻岩地层，击穿止浆墙，涌水涌砂塌陷至地表。
2.2 地表止水帷幕(素混凝土)+帷幕内井点降水+水平旋喷桩+台阶法开挖
帷幕内井点降水流程依次为井点测量定位→挖井口→安护筒钻机就位一钻孔→回填井底砂垫层→吊放井管→回填井管与孔壁间的砾石过滤层→洗井→井管内下设水泵、安装抽水控制电路→试抽水降水井正常工作→降水完毕拔井管→封井[4]，如图4，图5所示。
随着井点降水引起的地下水位的下降，土体失去浮力，在重力的作用下发生固结沉降，且随着水在土地内的流动带动细颗粒土体运动发生土体的流失。在降水的过程中通过控制降水深度和降水速度等，可以使地表沉降得到有效的控制。同时在止水帷幕的作用下，止水帷幕外侧的地表沉降被控制在最小范围内，减少了对城市地下复杂管网的影响。实际沉降量远小于沉降控制量限值。
由于采用网格内降水后，帷幕内外侧存在水位差较大的现象，当进行台阶法开挖地连墙侧下台阶时，墙外侧水土体在水位差压力作用下击穿素混凝土地连墙，涌入洞内，导致隧道内积水，不利于施工，同时对隧道围岩的稳定性产生不利因素。
2.3 地表止水帷幕(钢筋混凝土)+帷幕内井点降水+地表旋喷桩及袖阀管注浆+CRD法开挖(成功贯通)
由于采用素混凝土施工的地表止水帷幕无法承受由于井点降水产生的墙内外水位差压力而易发生水土击穿墙体的现象，故对地表止水帷幕的材料进行重新选择优化。在多种对比后采用钢筋混凝土施工地表止水帷幕可以大大提高止水帷幕的强度，同时提高了围岩的稳定性，避免了水位差引起的水土击穿幕墙现象。
在改进土体力学性能的方法中，注浆技术通过将水硬性无机胶凝材料与土体搅拌形成三合土，在水泥发生水化反应硬化后，能将砂、石等材料牢固地胶结在一起，从而改变其力学性能。但在采用土体注浆改善土体力学性能的时候，往往是通过土体的渗透、压密、劈裂等方式与土体相互作用达到[5]，使松散的土体的自稳能力及承载力都得到相应的提高。本隧道施工采用袖管注浆的方法：可以根据实际施工情况选择需要灌注的注浆段；对需要着重加强的部位可以进行重复注浆；钻孔作业和注浆作业可以分开提高施工效率；注浆段长度和压力也可以非常便捷的进行调节。利用袖管注浆在对土体填充、压密、渗透和劈裂的复合效应使隧道围岩的力学性能得到很好的改善。
3 结语
1)通过对比不同的施工工艺及现场的施工效果得到了适合在流砂地层隧道施工的施工技术。2)通过采用地表止水帷幕(钢筋混凝土)+帷幕内井点降水+地表旋喷桩及袖阀管注浆+CRD法开挖的工艺方法顺利完成复杂地层隧道的开挖，提高了工程的经济效益，减少了施工中的环境风险。3)在采用袖管注浆时由于袖阀管外套管不能被拔出后重复使用，增加了注浆工艺的费用，有待在以后的施工研究中改善。
[1] 梁云生.城市地铁旋喷桩施工技术[J].隧道建设,2007(3):84-87.
[2] 李德章.复杂环境下超浅埋地下通道施工技术研究[J].安徽建筑工业学院学报(自然科学版),2009,17(2):1-3,13.
[3] 郭振方.城际铁路隧道下穿饱和动态富水砂层施工技术探讨[J].建筑工程技术与设计,2016(9)：67-68.
[4] 林高如.管井降水在孔隙潜水中的施工应用[J].山西建筑,2013,39(22):53-54.
[5] 陈小峰.100 MPa高强水泥基复合材料的试验研究[D.西安：西北工业大学,2003.
