暗挖法在深圳地铁工程中的应用实例
〔摘 要〕本文介绍了暗挖法在深圳地铁工程中的应用实例，对在含水地层中采用水平旋喷搅拌桩与小导管注浆共同作用形成超前支护的施工工艺和技术难点进行了探讨，说明这种新型的超前支护形式在特定条件下的应用价值。
〔关键词〕地铁工程 暗挖法 水平旋喷搅拌桩 注浆 超前支护
1 工程概况
深圳地铁一期工程全长19.468 km(双正线)，是深圳市政府进一步完善城市基础设施建设的重大举措。在工程地质及水文地质条件、环境条件比较复杂的深圳地区修建地铁，如何较好地解决地下工程的设计与施工问题，是地铁建设者必须面对的技术难题。建设者们在保证技术可靠的同时，对一些新的工法大胆地尝试，包括采用水平旋喷桩与小导管注浆共同作用形成超前支护。
地铁金田-益田区间是深圳地铁一期工程首批开工的项目之一，该区间连接地铁金田和益田站，全长455.192 m（其中有30 m位于深圳市福田中心区益田路下），原拟全部采用钻孔咬合桩围护结构支护的明挖法施工，后因益田路交通繁忙和地下管线、管道需要支托以及工期紧迫等原因将过益田路段80 m长的区间改为暗挖法施工，暗挖区间采用马蹄形断面，最大宽度6.7 m、高6.9 m。施工平面示意图见图1，纵剖面示意图见图2。
2 益田路段工程地质
本区段范围内上覆第四系全新统人工堆积层、全新统冲积层及第四系更新统残积层，下伏燕山期花岗岩。地层从上至下依次分布情况及其岩性特征如下：
①素填土：坚硬～硬塑，夹有砂砾、碎石、块石，厚5．7～7．7m，属中等压缩性土。分布于地面至＋0．3～-1．7m标高范围（隧道以上）。
②淤泥质粘性土（冲积层）：流塑，厚0．5～2．3 m（隧道部分拱部穿越）。
③粉质粘土（残积层）：坚硬～流塑，厚1．6 m～0．3m ，隧道部分拱部穿越此层。
④砾砂（残积层）：稍密～中密、饱和状态，厚1．6～3．2m，隧道部分拱部穿越此层。
⑤砾质粘性土：坚硬～流塑，遇水、扰动可液化，厚3．9 m～5．1m，分布于隧道拱部以下，为隧道主要穿越地层。
⑥全风化花岗岩：岩芯呈土状及土夹砂砾状，厚2．0～3．8m，分布于隧道结构以下；其下层为强风化花岗岩、岩芯呈砂砾、碎块状，详见图3。
本区段地下水埋深3．0～5．5m，水位变幅0．5～2．0m。地下水按贮存介质可分为孔隙潜水和基岩裂隙水，孔隙潜水主要贮存干粘性土层和砾砂层中，主要补给来源为太气降水。基岩裂隙水主要贮存于强风化花岗岩中。
3 暗挖法超前支护方案选择及支护参数
3.1 方案选择
根据该段地质情况，隧道开挖下断面主要穿越土层为砾质粘性土，属不透水层、含水量小；拱部穿越土层为淤泥质粘 土、粉质粘土、砾砂层，呈流塑性、可液化、富存孔隙水；开挖拱顶中线同时穿越上述三种上层，开挖中极易坍塌和产生流泥、流砂。隧道开挖能否安全、顺利进行，关键在于超前支护的承载能力和止水效果。如单纯采取大（小）管棚注浆，由于砾砂层与粘土层渗透能力相差甚远，浆液全部注入砾砂层，在上层界面形成明显层理结构，而砾砂层注入浆液后强度相对较高，开挖时极易沿层理界面掉落坍塌，失去了超前支护的作用。因此本隧道采取如下方案：拱部采用水平旋喷搅拌桩与小管棚注浆共同作用形成超前支护，其主要目的是加固围岩，提高软弱围岩的自稳能力达到支护和止水效果，见图4。
图2 暗挖区间纵剖面图
图3 益田路暗挖断面地质纵剖面图
图4暗挖示意图
3.2 支护参数
3.2.1 超前支护参数
1）顶部、边墙（上半环）设ф500水平旋喷搅拌桩超前支护，桩水平长8 m，环向间距35 cm，外插角6°，重叠2 m，相互咬合。
2）在水平旋喷搅拌桩相割处内侧以及下半环设ф42超前小导管，注水泥水玻璃双浆液，环向间距30 cm，外插角5°，长3.5 m，搭接1 m。掌子面设ф42超前小导管，注改良性水玻璃浆液封堵施作1 m厚挡土隔渗墙，梅花形布置，间距0.6 m。
3.2.2初期支护参数
区间洞室开挖采用上、下台阶法施工。初期支护采用200 mm×200 mm、ф6.5钢筋网、喷射C20早强砼，在洞室上半断面底部按间距50 cm水平架设I16型工字钢临时支撑。
3.3 隧道洞门端头处理
为确保施工安全，在隧道进出口里程横断面设钻孔咬合桩，分别与区间前期南北侧钻孔咬合桩和益田站南北侧挖孔咬合桩形成整体围护结构，然后施作该处明挖段，随挖随支撑，确保洞门土体稳定。待洞门施工场地具备，进行端头洞门开挖范围的桩体破除、进入暗洞施工（见图2）。
4 施工技术及工艺要点
4.1 超前支护技术要点
（1）水平旋喷搅拌桩的作用主要是使不同岩性的上层与水泥浆均匀混合（搅拌）和通过水泥浆高压切割、穿透土体形成固结体，达到加固围岩、支挡外围土体和止水。其关键在于定位方向准确，使每个桩体互相咬合成整体结构。为保证与下一环桩体搭接段间隙能够顺利施作小导管注浆止水、并保证下一环旋喷搅拌桩施工必需的工作室空间，应根据必需的工作室空间和第一、二轮桩体搭接区域止水注浆扩散半径参数要求选定最小外插角，经工艺试验，本段工程桩体外插角定为6°。
（2）为使桩体能够有效止水，桩间应互相咬合。单纯的旋喷桩在前端能够有效咬合，但由于施工误差和外插角的影响，易造成尾端咬合面较小或根本咬合不上。因此采用旋喷、搅拌相结合的工艺：即在起钻的前端1～2 m实施单纯的搅拌工艺，待孔口封堵后（靠已搅拌段水泥土的内摩阻力和孔口档板起封堵作用），采取高压旋喷与搅拌相结合，将进浆压力提高到15～25 MPa，通过高压水泥浆切割、渗透到搅拌桩径范围之外的土体。根据工程实例调查和经验资料显示，当压力为20 MPa时，浆液可穿透类似区间地质土层约30 cm，从而使单纯搅拌可能咬合不上的桩间土体得以加固形成整体止水帷幕达到有效止水。
（3）每根旋喷搅拌桩作业时间约3 h，在水泥浆中加入外加剂，使其初凝时间控制在3．5 h后，终凝时间4．5 h左右，即可解决桩体切割咬合问题。在本循环旋喷搅拌桩施作完毕后，进行两轮桩搭接区域的最后一根小导管注浆和下一轮的第一根小导管注浆，约需两个班时间棗14 h，注浆完毕后桩体已全部终凝，本范围仍在上一轮桩体和小导管的搭接长度范围支护下，因此，上循环的最后一根小导管和本循环的第一根小导管注浆完毕，浆液固结后即可进行本循环桩体第一循环的开挖。
（4）管棚注浆是保证开挖安全和止水的关键，它能进一步加强桩体的支挡土体作用和靠注浆充填桩间空隙达到有效止水的目的，施工中要根据现场实际情况调整注浆参数。特别是两轮桩搭接区域的最后一根小导管，其施作时间必须在下一轮旋喷搅拌桩施作完毕后进行，使浆液充分填充空隙并分别与两轮桩体形成封闭帷幕。
（5）旋喷搅拌桩布设范围根据现场地质情况确定，总的原则为进入砾质粘性上层l m左右。在施作时由于上断面有网喷砼支撑板，操作较困难，可将工作室段临时支撑位置适当调整，待下一轮旋喷搅拌桩施作完毕后再改移至设计位置与已施工段支撑板连接成整体。
（6）旋喷搅拌桩作业面必须先喷砼进行封闭，准确定位后施钻，孔口段搅拌过程中水泥土会从孔口外溢，可在作业面安设锚钉采用钢板在孔口封堵，以保证桩体密实。
4.2 隧道开挖、初期支护要点
开挖采用上、下台阶法施工，上台阶在旋喷搅拌桩及超前小管棚支护环的保护下，人工挖土，每循环进尺0.5 m （格栅拱架一榀），每开挖一幅，立即进行钢筋网、格栅拱架安设及喷射抗渗早强砼支护。为保证上半断面初期支护的稳定，在上断面底部（起拱线下约65 cm）水平架设16号工字钢间距50 cm、20 cm×20 cm、ф6.5钢筋网、喷射20 cm厚早强砼临时支撑，将上半断面两侧格栅连接成闭合整体。
下半断面两侧进行超前小导管注浆后，在管棚及上台阶底部临时支撑板的保护下采用人工开挖，每循环进尺0．5 m（一根格栅拱架），每开挖一幅立即进行初期支护，遵循"管超前、微进尺、强支护、早封闭"的原则，下台阶滞后上台阶不超过4 m，以使整个隧道初期支护尽早形成闭合环。
5 暗挖隧道防水施工措施
深圳地铁是深圳市民心工程，为市民所关注，工程防水质量的好环，直接影响到地铁的社会效益以及业主、监理、承包商的社会信誉，也是工程总体质量评定的重要组成部分。防水结构工程属特殊（关键）工序，当能够直观地发现其渗漏水时，已经形成了工程质量缺陷和造成不良社会影响及经济损失，处理极度困难。因此，必须严格控制施工过程。
在开挖、初期支护完成后，凡有渗水的部位均需进行初期支护背后填充、堵漏化学注浆，其注浆参数根据渗漏程度、围岩情况、距地下水位高度适当调整。每个单洞完成后，请业主、监理、设计、质检等有关单位检查，确保在承压水情况下无湿渍以上渗漏缺陷，才进行初期支护、表面砂浆抹平、按主体结构防水设计施作防水层。
施作防水层的每道工序前、后，及钢筋绑扎完毕，均应经过各级有关单位检查，确保无误才进行下道工序或施作二次衬砌。
6 结论和建议
6.1 在含水砂层中采用水平旋喷桩与小导管注浆共同作用形成超前支护在技术和施工工艺上都是可行的，施工结果显示，支护和止水效果较好。与原设计明挖法施工相比，避免了外界的干扰而且节约投资约200万元，说明这种支护形式有一定的实用价值。
6.2 由于水平旋喷桩一次施作长度较长，钻杆的挠度对成桩效果有一定的影响，建议对施工机具进行改进，如选用粗钻杆等。
6.3 注浆的效果直接影响止水效果，对保证施工安全和工程质量有着重要的意义，普通注浆均匀性得不到保证，用定向注浆效果会较好。
参考文献
〔1〕 陶龙光、巴肇伦.城市地下工程. 北京：科学出版社，1996.
〔2〕 李王、王夕兵、冯涛编著. 岩石地下建筑工程. 长沙：中南工业大学出版社，1999.〔3〕GB50164-92.混凝土质量控制标准. 北京：中国建筑工业出版社，1993.
作者通讯地址：深圳市福田区梅林通业大厦505室，深圳市地铁有限公司，邮编：518049
