特殊杂填土地层地铁暗挖区间施工加固措施分析

任　鹏　陈　达　严　启

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京　100055)



特殊杂填土地层地铁暗挖区间施工加固措施分析

任鹏陈达严启

(中铁工程设计咨询集团有限公司,北京100055)

以沈阳地铁9号线某暗挖区间穿越特殊杂填土地层工程为例，建立暗挖区间开挖的数值模型，分别计算区间隧道与特殊杂填土段不同位置关系以及不同地层加固措施下的地表沉降和隧道变形。采用FLAC3D软件进行数值模拟，分析采用地面注浆和洞内深孔注浆地层加固措施对于暗挖区间隧道开挖沉降、变形控制的效果。

特殊杂填土地铁暗挖区间加固

1　概述

沈阳地铁9号线某区间，右线长1 259.984m，左线长1 233.274m，采用矿山法施工。设2个施工竖井及横通道，区间结构拱顶覆土厚度为6.6～17.2m。区间标准段结构宽度6.4m，结构高度6.63m，初支厚250mm，二衬厚350mm。

开挖1号竖井时发现，地面以下16m范围内为包括混凝土块、砖头瓦块、塑料、布料等在内的建筑垃圾及生活垃圾，16m以下为砂层，施工中地表沉降量较大，已达到125.38mm。后经补充勘察，探明此地段原为垃圾填埋场，线路左、右线总共约464m范围穿越特殊杂填土。勘探显示里程右AK10+960.0～AK11+450.0段杂填土厚度约为10.0～15.0m，里程右AK11+500.0～AK11+925.0段杂填土厚达5.0～17.0m，主要由碎砖块、建筑垃圾、纺织布条、腐殖质生活垃圾、灰黑色粉质黏土等组成，物质来源较复杂，且杂填土结构疏松，可能还具有浸水湿陷性，对暗挖区间的施工及支护将产生较大影响(如图1所示)。

图1　区间特殊杂填土分布

2　地层加固方案

结合现场施工效果，本区间穿越特殊杂填土段采用地面注浆及洞内注浆相结合的加固措施。对于工作面范围内侵入杂填土段，以地面注浆处理为主，地下小导管补充注浆为辅；其余穿越杂填土段以地下注浆加固为主。注浆加固顺序应分区分块，注浆工艺及材料通过试验确定，并要求道路下方的污水管、雨水管在暗挖施工前进行防渗漏处理。

2.1工作面侵入特殊杂填土段

区间在里程右DK11+582～DK11+805、左DK11+572～DK11+693穿越杂填土(生活垃圾、建筑垃圾)层段(如图2)，采用地面深孔注浆加固措施为主，辅以洞内注浆加固，注浆管间距0.6m布置，注浆管均长约21m，其中注浆段约11.5～13.5m。注浆先周边，后中间，外圈采用早强型的水泥浆液，内圈采用单液水泥液，注浆后土体强度应达到0.2MPa以上。施工单位需在加固起终点处提前进行注浆实验，以确定实际适用的注浆工艺及参数。注浆加固顺序应分区分块，注浆工艺及材料通过试验确定。

2.2其余穿越特殊杂填土段

区间在里程右DK11+388～DK11+418、左DK11+325.29～DK11+412、左DK11+765～DK11+795穿越杂填土(生活垃圾、建筑垃圾)。这些地段采用洞内注浆加固措施为主，辅以地面注浆加固，注浆范围为拱顶以上

3m，两侧3m，注浆后土体强度应达到0.2MPa以上。注浆工艺根据现场地层情况可以变换，但要求开挖工作面前方至少加固3m以上才可以开挖工作面(如图3)。

图2　工作面侵入特殊杂填土段注浆措施(单位：mm)

图3　其余穿越特殊杂填土段注浆措施

标准段双排小导管加固范围为深孔注浆加固起终点前、后各5m。

3　数值模型

3.1计算工况

为分析地层加固措施对于暗挖区间穿越特殊杂填土地层的沉降、变形控制的效果，根据工作面侵入特殊杂填土的程度和地层加固措施的区别，需计算以下工况。

工况一：工作面大部分侵入特殊杂填土段，不采用地层加固措施。

工况二：工作面大部分侵入特殊杂填土段，全断面采用地层加固措施。

工况三：工作面少量侵入特殊杂填土段，不采用地层加固措施。

工况四：工作面少量侵入特殊杂填土段，半断面采用地层加固措施。

工况五：特殊杂填土段距离隧道外轮廓2m外，不采用地层加固措施。

3.2计算模型及计算参数

图4　计算模型网格

模型网格划分如图4，模型高43m，宽80m，隧道埋深15m，共计单元3 322个。岩土体采用摩尔库伦弹塑性本构模型，支护结构及加固区域采用弹性本构模型。

模型地层各材料计算参数如表1所示。

表1　地层物理力学参数

4　计算结果

4.1工作面大部分侵入特殊杂填土段不采用地层加固措施

模拟工作面大部分侵入特殊杂填土段且不采用地层加固措施时，暗挖地铁区间施工产生的地层沉降和变形如图5所示，该工况下地表最大沉降150.0mm，拱顶下沉153.4mm。

图5　工况一计算结果

4.2工作面大部分侵入特殊杂填土段全断面采用地层加固措施

模拟工作面大部分侵入特殊杂填土段且全断面采用地层加固措施时，暗挖地铁区间施工产生的地层沉降和变形如图6所示，该工况下地表最大沉降11.6mm，拱顶下沉15.2mm。

图6　工况二计算结果

4.3工作面少量侵入特殊杂填土段不采用地层加固措施

模拟工作面少量侵入特殊杂填土段且不采用地层加固措施时，暗挖地铁区间施工产生的地层沉降和变形如图7所示，该工况下地表最大沉降41.2mm，拱顶下沉61.5mm。

图7　工况三计算结果

4.4工作面少量侵入特殊杂填土段半断面采用地层加固措施

模拟工作面少量侵入特殊杂填土段且半断面采用地层加固措施时，暗挖地铁区间施工产生的地层沉降和变形如图8所示，该工况下地表最大沉降28.3mm，拱顶下沉38.8mm。

图8　工况四计算结果

4.5特殊杂填土段距离隧道外轮廓2m外，不采用地层加固措施

模拟特殊杂填土段距离隧道外轮廓2m外，不采用地层加固措施时，暗挖地铁区间施工产生的地层沉降和变形如图9所示，该工况下地表最大沉降26.0mm，拱顶下沉40.2mm。

图9　工况五计算结果

将各个工况计算出得地表最大沉降和拱顶下沉值的汇总如表2所示。

表2　计算结果汇总　mm

5　结论

(1)通过数值分析，当暗挖地铁区间隧道工作面大部分侵入特殊杂填土段，不采用任何地层加固措施时，得到的地表沉降和拱顶下沉量都非常大，远远不能满足地铁区间隧道的设计和施工要求，施工风险巨大。

(2)根据数值分析结果，对于暗挖地铁区间隧道工作面大部分侵入特殊杂填土段，在采用了全断面地层加固措施之后，地表沉降和拱顶下沉量对比不采用任何地层加固措施时有了极明显的降低，说明以地面注浆为主的地层加固措施有效，且对于隧道开挖期间的沉降、变形控制效果明显，并可在很大程度上降低施工风险。

(3)通过数值分析，当暗挖地铁区间隧道工作面少量侵入特殊杂填土段，不采用任何地层加固措施时，得到的地表沉降和拱顶下沉量都较大，不能满足地铁区间隧道的设计和施工要求，存在较大的施工风险。

(4)根据数值分析结果，对于暗挖地铁区间隧道工作面少量侵入特殊杂填土段，在采用了半断面地层加固措施之后，地表沉降和拱顶下沉量对比不采用任何地层加固措施时有了明显的降低，说明以洞内注浆为主、地面注浆辅助的地层加固措施有效，且对于隧道开挖期间的沉降、变形控制有一定效果，并可降低施工风险。

(5)根据数值分析结果，对于特殊杂填土段距离隧道外轮廓2m外段，地表沉降低于30mm，满足地铁区间隧道设计和施工要求，可不做加固措施[1～12]。

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Reinforced Measure Analysis For Underground Excavation Metro Section Constructing in Special Miscellaneous Fill Stratum

REN PengCHEN DaYAN Qi

2016-03-21

任鹏(1988—)，男，2014年毕业于北京交通大学岩土工程专业，工学硕士，助理工程师。

1672-7479(2016)04-0055-03

U231+.3；U455.4

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