提 要：隨著我國城市化的發(fā)展及城市功能的提升，城市內(nèi)施工條件越發(fā)復(fù)雜，因市政工程及城市地鐵軌道工程的高速發(fā)展，不良地質(zhì)的淺埋暗挖隧道工程將逐步增多。近年來，我公司在珠三角周邊多座城市修建地鐵輕軌等工程，對珠三角特有的洪積層紅土地質(zhì)進行了深入研究。特別是埋深較淺的震旦系混合片麻巖，該類地質(zhì)在淺埋暗挖施工中經(jīng)常遇到，但因該類地質(zhì)含水量大，自穩(wěn)能力較差，而未暴露前密氣性好等特點，傳統(tǒng)的小導(dǎo)管超前注漿對隧道滲水及沉降量控制可謂效果甚微。本文根據(jù)我公司在東莞的實際施工經(jīng)驗，所探討的是在該類地層中采用何種注漿方式和如何能取得注漿效果的最優(yōu)化。
關(guān)鍵詞： 沉降 止水帷幕 淺埋暗挖 地質(zhì)加固 全斷面注漿 長大管棚 逆反式注漿
1．震旦系混合片麻巖地質(zhì)特性分析
1.1 混合片麻巖物理特性
震旦系混合片麻巖主要分布在珠三角周邊紅土系，埋深較淺，地質(zhì)施工條件查，即使在弱風(fēng)化片麻巖內(nèi)，因其節(jié)理裂隙的發(fā)育及密氣性，注漿加固效果依然較差。
混合片麻巖為黃褐色、淺黃色、灰白色、青灰色，變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，主要礦物成分為石英、長石、云母，按風(fēng)化程度可分為全風(fēng)化、強風(fēng)化、弱風(fēng)化3個亞系。其中全風(fēng)化混合片麻巖以褐黃色為主，巖體呈土狀，除石英外，各種礦物均以風(fēng)化蝕變。強風(fēng)化及弱風(fēng)化混合片麻巖主要為青灰色，巖芯呈碎塊狀、塊狀，變晶結(jié)構(gòu)，片麻狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖體較破碎。區(qū)別主要在巖體基本承載力�；旌掀閹r物理力學(xué)參數(shù)見表1-1。
混合片麻巖巖土物理力學(xué)參數(shù)表 表1-1
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巖土
名稱
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快剪
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壓縮系數(shù)
(Mpa-1)
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壓縮模量
(MPa)
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質(zhì)量密度ρ
(g/cm3)
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液性指數(shù)
IL
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基本承載力
σ0（kPa）
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基床系數(shù)k(MPa/m)
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滲透系數(shù)
k(m/d)
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內(nèi)摩擦角(度)
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凝聚力(kPa)
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全風(fēng)化混合片麻巖
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全風(fēng)化
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22.0
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23
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0.43
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4.5
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1.95
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250
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50
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0.5
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強風(fēng)化混合片麻巖
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強風(fēng)化
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(50)
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-
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-
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-
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2.30
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500
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500
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2.0
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弱風(fēng)化混合片麻巖
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弱風(fēng)化
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(60)
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-
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-
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-
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2.60
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1000
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1000
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0.5
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1.2 混合片麻巖地質(zhì)施工特性
該類圍巖含水量較大，一旦開挖暴露，富含水會在短時間內(nèi)流失，加之該類地層本身自穩(wěn)能力較差，水體流失后，極易出現(xiàn)土體垮塌甚至涌水涌砂而造成塌方冒頂?shù)任ｋU事故。即使盡量減小開挖暴露時間，采取短進尺、早封閉的方針，但該類圍巖因土體內(nèi)失水后，二次應(yīng)力分配較為明顯，造成隔天的初期支護的拱頂沉降量較大。傳統(tǒng)思想上，對不良地質(zhì)進行預(yù)注漿加固以減小地質(zhì)危害，但該類地質(zhì)又因其密氣性良好的特點，注漿量難以達(dá)到要求，超前預(yù)注漿效果難以保證。
2. 混合片麻巖地層注漿效果實驗分析
基于混合片麻巖地質(zhì)的特性，我公司對承建的莞惠城際項目進行了深入實驗與分析，以總結(jié)該類地質(zhì)施工經(jīng)驗。莞惠城際暗挖項目位于東莞市松山湖高新技術(shù)園區(qū)，該淺埋暗挖隧道為全風(fēng)化及強風(fēng)化混合片麻巖，仰拱位置含極少量的弱風(fēng)化混合片麻巖。隧道開挖依次下穿黎貝嶺泄洪渠、園區(qū)工業(yè)東路，沿迎賓路敷設(shè)。其中泄洪渠寬9.5m，渠深約3m，渠底距離隧道拱頂僅6m，為強砌片石構(gòu)筑。因泄洪渠年久失修，底部滲水情況較為嚴(yán)重。工業(yè)東路寬52m，為工業(yè)園區(qū)主干路，周邊大型廠房林立，穿梭往來重車不斷。因此，如何能有效在本已較差的混合片麻巖地質(zhì)做到泄洪渠處有效止水，路面下方有效遏制地表路面沉降，成為本工程的重難點。經(jīng)過與設(shè)計、咨詢及相關(guān)單位的多次研討，以本項目為實驗段，在泄洪渠位置采用分層全斷面注漿工藝，在路面位置采用逆反式長大管棚注漿工藝進行施工。
2.1 分層全斷面注漿工藝
2.1.1 工藝原理
分層全斷面注漿基于普通超前預(yù)注漿工藝原理上，采用分層分序后退式全斷面注漿方法，將混合片麻巖地層內(nèi)富含水?dāng)D壓至開挖輪廓線范圍以外。即在隧道全斷面由邊緣向中心分六環(huán)布設(shè)96個注漿孔，孔深由邊緣至中心每環(huán)依次增加，外側(cè)最短8m，中心位置最長20.5m，所有孔位以15°外插角由中心向四周輻射，從而形成止水帷幕，以保證隧道開挖輪廓線周邊地質(zhì)安全�？孜徊荚O(shè)如圖2-1。
2.1.2 注漿效果分析
通過對黎貝嶺泄洪渠段隧道的全斷面止水帷幕注漿的嚴(yán)格控制，我部迅速開挖通過了泄洪渠底，開挖過程中，未見大面積涌水涌沙現(xiàn)象，隧道內(nèi)滲水在可控范圍內(nèi)，未對初期支護的施工及質(zhì)量造成不良影響。全斷面止水帷幕注漿取得了一定的效果，但也暴露了幾點問題：
1、在混合片麻巖地層，注漿眼壓力極難控制，因地質(zhì)特有的密氣性，注漿壓力經(jīng)常出現(xiàn)陡然增大的狀況發(fā)生。
2、以開挖暴露注漿情況確認(rèn)，混合片麻巖注漿充盈效果不理想，多數(shù)管僅管口周邊存有漿液（如圖2-2），而未向外擴散。土層含水向隧道外側(cè)擴散，多因注漿壓力較大及管孔布設(shè)密集所形成的效果。
3、止?jié){墻一旦破除，土體內(nèi)因注漿積蓄及其本身壓力迅速釋放，不利于拱頂沉降的控制。 圖2-2 漿液擴散效果
2.2 逆反式注漿長大管棚支護
通過對泄洪渠段全斷面注漿止水帷幕施工的實驗及效果分析，以及工業(yè)東路對地表沉降的要求，在下穿路面位置，我部采用了逆反式長大管棚支護施工，以控制路面沉降。
2.2.1 工藝原理
逆反式注漿長大管棚支護，即在普通長大管棚超前支護的基礎(chǔ)上，根據(jù)混合片麻巖注漿充盈系數(shù)及擴散半徑較小的特點，利用其地層密氣性，進行回流注漿，見工藝原理圖（圖2-3）。在隧道內(nèi)施工完管棚工作室后，沿拱頂150°范圍內(nèi)共施工45根長56m的長大管棚，管棚采用φ108壁厚8mm普通無縫鋼管，除管頭約3-5m留有注漿孔外，其它位置管周不在打制注漿孔，注漿管跟進與孔口打制同步，利用打制管棚時，鋼管旋轉(zhuǎn)及震動而形成的與周邊土體的縫隙作為回流通道，尾部安裝排氣止?jié){閥，從而將土體內(nèi)空氣排出，漿液在回流過程中得以擴散，進而在拱頂形成保護殼體。
該類長大管棚超前注漿支護工法，利用逆回流漿液將片麻巖地層內(nèi)空氣在尾端排出，同時回流漿液在地層周邊擴散，從而在管棚周邊形成絲網(wǎng)裝連接的殼體。使地表沉降及隧道初支拱頂沉降得以有效控制，很大程度上規(guī)避了塌方冒頂?shù)仁鹿实陌l(fā)生。但因地層特性，問題依然存在：
1、管棚間絲網(wǎng)樁漿液因充盈系數(shù)較小，很難有效形成，在開挖進入該段后，依然需要超前小導(dǎo)管超前支護。
2、土體富含水依然存在，在開挖過程中影響初期支護的施工。
3. 混合片麻巖地層注漿實驗概論
綜上所述，震旦系混合片麻巖因其固有特性，目前普通的注漿工藝均很難達(dá)到十全十美的止水加固效果，但在具體施工中，根據(jù)工況和實際情況，可靈活運用預(yù)注漿工法。上述兩種工藝均在傳統(tǒng)的全斷面注漿及長大管棚注漿工法上略加改進，無論是分層后退、還是逆流式，在施工中均有利有弊，但在混合片麻巖地層單一止水或控制沉降均可取到一定效果。兩種工藝還需在實際操作中不斷完善，以進一步提高工藝效果。
隨著城市建設(shè)步伐的加快，淺埋暗挖施工將逐漸增多，即使不是在混合片麻巖地層，埋深較淺的粉質(zhì)砂粘土層及殘積土層也將遇到諸如上述超前預(yù)注漿加固問題。為保證施工安全及施工質(zhì)量，關(guān)于此類問題我們將進一步跟蹤研究。
參考文獻(xiàn)
《片麻巖地層暗挖隧道掘進工法探討》 《山西建筑》2011年18期 張百巖
