长沙地下电缆隧道不良地质条件下的施工技术

1、工程概况

长沙市芙蓉路电缆隧道位于芙蓉路西侧人行道下，全长12.7km，隧道设计埋深为13.7～21.3m，以措施井为施工竖井。各竖井均穿越著名的“白砂井层”，该地层是长沙地区主要的赋水地层。电缆隧道位于白沙井层下方，中间由粘土层分隔，粘土层厚度为2.09～5.98m，局部地段隧道触及白沙井层，给电缆隧道的施工带来极大的危害。

4^#措施井工区往北施工，掘进至N+103m时，发现断层破碎带和两个涌水点（涌水量约为10m³/h），东侧边墙出现塌方，采取短进尺、管引水、快支护等措施继续施工。掘进到N+132m处，又发现一个节理十分发育的断层破碎带和多处涌水点(经测量涌水量约为60m³/h)。由于硐室大量积水、坍方，于是暂停掘进施工。

2、基本方案

经多方专家反复论证，认为该段隧道顶部粘土层较薄，洞身可能触及赋水层，断层破碎带裂隙已经与赋水层形成联系，如不及时有效的治理，可能酿成严重后果。本着“综合治理，区别对待，排堵结合，充填固结，保证安全”的原则，确定采取内外夹击的综合性方案进行处理，即先强排隧道积水，探明隧道涌水量和坍体数量；然后封堵施工掌子面，对坍体进行注浆加固；再用砼从地表对坍塌空洞进行填充；最后从洞内外两个方向对坍体进行注浆止水。之后，即可进行正常的隧道掘进施工。

3、施工情况

3.1  洞内探明硐室坍塌情况

⑴ 测量涌水量，组织突击排水：经测量，隧道两侧排水沟总流量为59.64 m³/h，通过强排约20h将积水基本抽干，总抽水量约2000t。

⑵ 探明硐室坍塌范围：隧道积水抽排到基本能出渣时，组织专人清渣、查看，边出渣边塌方。探明塌方范围：长×宽×高＝5×3.5×2.5＝43.75 m³。

3.2  封堵掌子面

探明塌方区域后，分析认为塌方区顶部距含水层底部仅3.2m左右，上部含水层与坍方地层水系连通，水压力大，可能产生大的冒顶，导致隔水层塌穿，从而引发严重后果。决定在施工掌子面现浇60cm厚的C20砼封堵墙，预埋4φ100mm的导流管，并安装阀门，埋6根φ5.8长7m的泄气和注浆管，用16MPa的单液水泥砂浆机进行1∶1的水泥浆液进行注浆。注入约10t水泥砂浆后，由于渗涌水量大，浆液大部分被水冲走，效果不佳。随即改变施工方案，改用地表充填方式处理。

3.3  地表充填砼

根据洞内探明的塌方区位置进行地表定位。在地表布置若干探孔（7个），经多次钻探和试灌注商品砼，找到塌方松动带、塌体和坍塌空洞，地表探测位置与洞内探测结果大致吻合，从地表向空洞灌注C20商品砼（泵送）33m³。继续探测证明灌注砼基本将主隧道坍塌空洞填满，并且有效的遏止了坍方的进一步发展，但没有取到固结土体和止水效果。

3.4  硐内、地表注浆

按照专家要求，将地面位于坍体上方的2个钻孔补钻至隧道底部高程，再增加3个相同深度的注浆充填兼固结孔。硐内截水墙上重新布孔11个。埋设导管并逐个安装开关，备作引水和注浆。上述布孔完成后，依次进行双液注浆，共计注浆约80m3。经上述处理后，涌水量由原来的60m3/h减少到现在的32m3/h。 涌水量明显减少。

3.5  塌方区止水、固结、注浆方案

⑴ 通过硐内截水墙、地表充填注浆，大面积塌方已得到控制，即可转入下工序施工，即打开封闭的掌子面，将跨塌、充填的渣土、固结体清走。开挖至N+130m处时 ，进一步探明塌方区充填固结效果，由于出现松动，已充填砼有往下滑移的动向，于是立即停止施工，重新砌筑截水墙。

⑵ 新截水墙墙体周边嵌入岩层内不少于300mm，保证无渗涌现象。先在新截水墙施工面码砌沙袋将水引至未施工部位流出，并安装泄水管导水（排水量必须大于涌水量）。

⑶ 根据排水量估算结果，安装21根φ48mm、长短不一，但均不短于2m的泄水管，各泄水管均安装开关以便进行关水试验和注浆之用。

⑷ 为确保施工安全和观察水源连通情况以及衬砌变形情况，做关水试验测定水压，即将泄水管全部关闭，其中一根装上压力表，作好详细记录以便确定注浆各项参数。

⑸在做关水试验的同时观察变形和开裂情况，若发现则凿槽或钻内大外小孔，随即用海带和麻刀塞入,再用快速堵逢砂浆封堵。

⑹ 注浆主要材料：525^#硅酸盐水泥，40Be水玻璃，三乙醇胺，氯化钠。

⑺ 注浆压力：根据关水试验测定的压力进行调整，要求控制在出水孔压力的3倍之内。

⑻ 注浆量控制：由于岩层结构破碎松散，透水性大，采用以吸浆量小于0.6L/min为主的控制方式进行施工，根据由稀到浓的原则适当变换浆液配比1：1.5～0.5:1。

⑼ 浆液扩散半径：由于固体松散，孔隙率、充填率和损失率大，根据水量大小和孔深灵活掌握，对关键的注浆孔要随时观察，单孔扩散半径应尽可能扩大。

⑽ 注浆时间控制：

⑾ 注浆操作要点：先用高压水进行扫、清管孔，再注单液水泥浆，观察窜浆情况，及时调整浆液配比，待动水变为静水后逐孔注浆，同时关闭泄水孔，最后采用单液、双液混注，直到用化学浆液进行快速封堵。

⑿ 质量检查：注浆堵水后观测出水点及附近是否有出水情况，如渗水量大于5m3/h时，应继续进行注浆堵水，以保证下步小管棚作业的顺利进行。

3.6  壁后注浆止水处理

为了保证施工的顺利进行，在掌子面施工前先对N+103～130区段进行壁后注浆止水、回填处理。

从隧道边墙底部向上0.5m开始布孔，间距1×1m梅花形布置，孔深以接触岩层面为准，孔径48mm。采用水泥浆液、水玻璃浆液间隔进行。注浆顺序为：先底部、后边墙、再拱顶。注浆压力控制在0.4MPa以内，并控制以边墙和拱顶不产生裂缝为原则。壁后注浆处理完毕，及时将外露管部位封塞整平，以保证防水卷材施工时不受影响。

    3.7  坍体段施工技术

⑴通过注浆固结堵水，经检查达到施工要求后，实施坍体段施工。经比较，采用管棚注浆法。沿塌方区周边设置双层直径48mm、间距为300m的管棚。详见布置简图。

1层

2层

⑵ 钢管长度深入岩层不得少于2.0m，注浆孔φ8mm @120mm梅花形布置，上倾角8～10°。

⑶ 塌方区内为松散体，钢管必须用钻杆套住一同送入。

⑷ 钢管起端固定在已施工的初衬墙拱上，然后进行注浆，严格控制管棚下层管浆液的扩散半径，尽量形成加固环，不使空间全部充填，以利掘进顺利进行。

⑸ 注浆顺序为先注2层，待2层注浆初凝后再注1层，以使1层浆液尽量扩散达到充填、固结止水之目的。

    ⑹ 开挖时遇到渗水较大时，予留导管引入集中点，随后进行注浆止水处理。

　　⑺ 每次开挖进尺控制在0.5～0.7m以内，安装间距300mm的格栅，应尽量控制爆破施工。

    ⑻ 如上述措施仍不能满足施工要求，在格栅顶部增设密布钢筋网后浇筑砼，再注浆。

4.  安全质量技术措施

⑴ 在坍体影响全地段实行控制爆破：掏槽眼装药，周边眼不装药，只起隔断和释放作用。并尽可能采用人工掘进，以策安全。

⑵ 为确保安全质量，指派专人负责各个分项工程的施工，到现场指导和监督施工。

5.  结论

⑴ 不良地段出现险情，一定要探明地质情况、尤其是水文情况，才能做到有的放矢，对症下药。

⑵ 城市地下隧道施工处理各种病害要有备用方案和应急措施，各种准备要充分，以便快速反应。

⑶ 适当抽水有利于分析情况，制定切实可行的处理方案。

⑷ 实践证明，综合采用各种施工技术手段，能够尽快治理病害，恢复施工，并将施工对环境的危害降到最小程度。

⑸ 施工中，注浆特别是化学注浆、钻进管棚、爆破等作业可能对环境（如地下水）造成一定程度的污染和破坏，选择和施工时要慎重。