富水地层矿山法隧道施工关键技术

富水地层矿山法隧道施工关键技术

李学科

广东华隧建设集团股份有限公司广东广州510010

摘要：本文以广州市深层隧道排水系统东濠涌试验段工程盾构隧道及附属设施土建工程沿江路竖井暗挖连接隧道施工为背景，对矿山法隧道开挖施工涌水情况进行分析、查找原因，并根据实际情况采用临时仰拱封闭、注浆、疏干井引水等措施，确保满足隧道开挖以及保护桥墩的要求。

关键词：矿山法；注浆；保护桥墩

1引言

我城市中心区域修建地下隧道，一般采用盾构法、顶管法、矿山法等非开挖工法进行施工，盾构法及顶管法为机械施工工法，广泛应用于城市隧道开挖施工。但是局部地区可能由于高架桥桥桩群等地下构筑的影响，无法满足盾构法或者顶管法施工线型的要求，在保证施工安全和质量的情况下，可采用矿山法进行施工。本文以广州市深层隧道排水系统东濠涌试验段工程盾构隧道及附属设施土建工程沿江路竖井暗挖连接隧道施工为背景，介绍富水地层矿山法隧道施工的关键技术。

2工程概况

广州市深层隧道排水系统东濠涌试验段工程是国内首条具备提高流域防水标准和控制溢流污染双重功能的深层排水隧道工程，是海绵城市试点工程。本工程沿江路竖井与尾端竖井间为117m长暗挖连接隧道进行连接。暗挖连接隧道采用复合衬砌结构，断面尺寸为马蹄形，台阶法进行开挖施工。

3地质条件及地下水情况

地勘报告显示暗挖连接隧道开挖面所处地层为中风化岩层和微风化岩层，上覆土层由上至下分别为填土层、砂层、粉质粘土层、中风化岩层、强风化岩层、中风化岩层，上覆土层厚度为33.29~33.92m，其中上覆岩层厚度为15.43~17.2m。区间隧道刚开始开挖时揭示实际地层与工程地勘报告存在较大的差异，隧道区间在隧道下半部存在⑤2强风化夹层，夹层岩体破碎。岩层裂隙极其发育，裂隙水极其丰富。

4暗挖连接通道涌水情况

沿江路竖井暗挖连接隧道在进行初支开挖时涌水量突然增大，地下水涌水位置主要位于隧道5点位、7点位方向以下，统计地下水排出量为300m³/h，远大于安全生产要求的极富水地层暗挖初支涌水量≤140m³/h，隧道主要涌水点位置如图1所示。

图1隧道涌水位置示意图

图2涌水量突增现场图

隧道区间平面位置周边存在7个桥墩，隧道涌水点距离桥墩较近，隧道周边建构筑物情况如下图所示。

由于隧道涌水量较大且距离江湾大桥桥墩较近，地下水大量流失易造成周边建构筑物的沉降，对周边桥墩的安全存在极大隐患，施工风险在不断增加。

5暗挖连接通道涌水原因分析

针对富水地层矿山法隧道暗挖初支涌水量过大的问题，组织召开内部专家会，从人员、材料、环境、机械、方法等方面寻找涌水量过大的主要原因。对工人现场的实操以及对注浆要点的掌握的情况进行考核，合格率达100%；对暗挖初支进行回弹试验，并对预留试块进行送检抗压来检测喷射混凝土强度质量，结果均满足要求；对现场抽取水泥进行送检，检验报告鉴定合格；对现场注浆机进行检查，设备各部件运行情况良好；对现场情况进行检查，发现仰拱位置岩层破碎较严重，冒水情况较多，经测量仰拱位置每平方涌水量＞0.8m3/h，超过标准，无封压裂隙水措施成为初支涌水量过大的要因。

对现场注浆效果进行抽芯检查，发现注浆后抽芯钻孔涌水量仍较大，说明原有的注浆方法效果差，缺乏系统的注浆方法成为涌水量过大问题的主要原因。通过查看地质资料及对现场统计地下水流量，由于工程地处珠江流域附近，与珠江存在一定的水头联系，岩层裂隙发育，地下水量丰富，经统计流量达到300m3/h，实际地层与工程地勘报告确实存在较大的差异，这是初支涌水量过大的客观原因。

6解决措施

找到了富水地层矿山法隧道暗挖施工涌水量过大的原因，抓住要点，实施对策。

1）采用疏干井引水

暗挖隧道涌水量较大且距离江湾大桥桥墩较近，地下水大量流失对周边桥墩的安全存在极大隐患。为减少地下水流失对周边桥桩的影响，现场采用疏干井汇集地下水，然后集中抽排的方案进行隧道开挖施工。

井管采用UPVC管或钢管，管的内径为φ200mm；外包两层60～80目的尼龙网，空隙率不小于25%，；从井底向上至初支面以下0.5m范围内围填滤料。

2）采用钢筋混凝土做临时仰拱进行封压涌水

1、清理仰拱基面，铺盖一层尼龙布；

2、绑扎钢筋；

3、利用车载泵泵送商品混凝土浇筑；

4、在端头处施作止浆墙进行堵水，另外防止注浆浆液流失

以上措施于全部实施完成后，，对仰拱每平方米涌水量情况进行了检查，平均每平方涌水量为0.034m³/h，≤0.05m³/h，实施钢筋混凝土施做临时仰拱进行封压涌水对策效果明显。

3）上半部预留注浆管注浆，下半部袖阀管深孔注浆

1、利用临时仰拱作为施工平台，对下半部袖阀管进行超前注浆加固；

（1）通过开挖后的空间作为施工平台在隧道3点位、9点位以下采用袖阀管进行深孔注浆加固，深孔注浆管长5m，环向间距1m，纵向间距3m。

（2）注浆材料

注浆材料采用以单液水泥浆为主，水泥—水玻璃双液浆为辅。施工过程中根据涌水情况及地层吸浆情况进行材料种类及配比选择调整，如下表所示。

2普通水泥水玻璃双液浆W：C=0.8～1：1；C：S=1：1；水玻璃浓度：30～35Be’

（3）注浆施工步骤

①根据已布设好的控制点坐标，放出孔位用水准仪测量地面高程，确定引孔深度。定好孔位后，开始钻孔，采用硬质合金钻头钻进，钻至终孔。

②向孔内下入注浆袖阀管，袖阀管上口露出工作面20cm，将连接好的袖阀管下口用尖底封好，然后将袖阀管下入孔中，要确保袖阀管下到孔底。

③封口，在孔口周围的地面到工作面以下1m的距离范围内采用速凝水泥砂浆封堵，以防止注浆过程中冒浆现象的发生。

④注浆。根据各组注浆参数表要求，从孔底自下而上进行注浆。注浆次序，每次都必须跳开一个孔进行注浆。

2、对上半部漏水大的地方预留注浆管进行注浆堵水；

实施效果：对策实施完后抽芯检查发现，平均涌水量下降至4.3L/h

结论：由上可知，通过实施对策，达到对策目标要求。

7效果检查

在全部对策实施完毕后，我们通过流量计对暗挖隧道总的涌水量进行了统计，发现总涌水量以下降至128m³/h，达到安全生产极富水地层暗挖初支涌水量≤140m³/h的要求，解决暗挖初支涌水量过高的问题。

8结语

在地下隧道机械化程度较高的现代，矿山法作为传统的施工工法，在局部地区矿山法比盾构法、顶管法这些机械施工工法更为合适，依然能谋得一席之地，没有被时代所淘汰。对富水地层矿山法隧道开挖，需在详细研究设计图纸，地质详勘等地质资料的基础上，对比开挖时揭示的实际地层，对地层条件做出更进一步的证实、判断。富水地层矿山法隧道施工关键技术之一就是控制施工过程的涌水量，达到安全生产初支涌水量的要求才能继续进行施工。对施工涌水量出现过大时需进行分析、查找主要原因，并根据实际情况实施相应措施进行降水，确保满足隧道开挖的要求，保护隧道及周围建筑物稳定性，降低工程的风险性。

参考文献：

[1]贺长俊，蒋中庸，刘昌用.浅谈暗挖法隧道施工技术[J].市政技术，2009，03：274-279。

[2]宋军.暗挖隧道下穿建筑物注浆施工技术[D].中南大学，2013。

[3]田宪国.暗挖矿山法隧道施工技术研究[D].同济大学，2007。