富水砂卵石地层CRD（交叉中隔墙）法地铁风道施工技术

王冰琰

（中铁十五局集团第五工程有限公司 天津，300133）

随着城市轨道交通工程建设的不断发展，复杂地质条件对工程质量提出的要求越来越严苛，北京地区的典型富水砂卵石地层更是对地下工程的施工提出了严峻挑战[1]。砂卵石地层结构松散、无胶结、渗透性好、自稳能力差，在有水情况下极易发生坍塌[2]。CRD（交叉中隔墙）法是浅埋暗挖法的一种主要施工技术，各洞室初支封闭成环快、整体受力体系完整、稳定性高，在控制早期地层沉降效果方面表现优良，但也存在工艺复杂、开挖洞室多，结构受力转换频繁、作业条件差、进度慢等缺点[3～4]。深孔注浆作为一种浅埋暗挖施工的辅助措施，在确保隧道围岩稳定、控制地表沉降量、止水等方面作用明显[5]，采用深孔注浆对地层进行加固，在有效改善砂卵石地层力学性能的同时，还具有一定的止水加固能力，加强土体的自稳性，能够有效地克服CRD工法的部分缺点，保证隧道暗挖施工安全[6～8]。

1 工程概况

北京地铁十六号线某新建车站附属风道结构受地面条件限制，设置2座临时施工竖井：新风井与排风井。两座竖井均采用倒挂井壁法施工，井壁开启马头门施工横通道，横通道与风道正线暗挖通道垂直相交。新风井横通道初期支护结构为五层十导洞，排风井横通道为两层四导洞结构。风道正线为三层单跨框架结构，覆土厚度13.6 m，采用八导洞CRD法施工，风道主体结构分别与左线暗挖区间、暗挖车站相连通。见图1。

图1 工程结构剖面

1.1 设计概况

两座施工竖井平面结构尺寸相同，内净空长×宽=8.1 m×3.9 m，新风井深33.3 m，用于风道主体结构及部分暗挖区间的施作，排风井深27.3 m，用于排风道施作。竖井为临时结构，承担施工期间所有荷载，为加强结构稳定性，在井口设置钢筋混凝土锁扣圈梁。见表1。

表1 竖井初期支护参数

两座施工竖井的横通道均采用CRD法整体挑高断面进洞。新风井横通道结构长13.8 m、宽6.8 m、高18.6 m，排风井竖井横通道结构长6.6 m、宽6.8 m、高6.9 m；风道正线结构长约60 m、宽6.3 m、高14.4 m。见表2。

表2 CRD法通道初期支护参数

1.2 水文地质

工程主要穿越卵石、砾岩、泥岩层，工程范围地下水为潜水，该含水层主要接收大气降水和侧向径流补给，以侧向径流的方式排泄。

开挖围岩属强风化砂砾岩，局部裂隙发育，存在透水性，周边地下水资源丰富，流动性强。水位25.41～26.69m，埋深17.40～19.05 m。受周边地面环境限制，风道结构地下降水无法与车站管井降水形成封闭围降，采用注浆止水加固。

2 施工方案

2.1 总体施工步序

风道结构的施工主要包括施工竖井、竖井横通道及风道正线3部分，共6步。见图2。

图2 工程施工步序

第1步：倒挂井壁法开挖新风井基坑。

第2步：由井壁依次开启新风井横通道马头门，采用CRD法施工五层十导洞暗挖通道初期支护结构。

第3步：横通道南侧侧壁垂直开启马头门，采用CRD法施工四层八导洞南段风道正线初期支护结构。

第4步：横通道北侧壁开启马头门，施工北段风道正线初期支护结构。

第5步：依次施工南北段风道正线、新风井横通道及新风井二衬结构，结构混凝土达到设计强度后采用倒挂井壁法施工排风井。

第6步：由井壁开启马头门，施工排风井横通道，施工剩余部分二衬结构。

2.2 竖井施工工序

竖井锁口圈梁为C30钢筋混凝土结构，强度达到设计要求后安装垂直提升设备，采用倒挂井壁法开挖竖井基坑。土方开挖遵循分区、分层原则，每区施工时先开挖中部土体，在邻近井壁四周暂时预留≮0.5 m的台阶，待中部土体开挖完成后再开挖预留台阶及初支轮廓部位土体，尽量缩短井壁的悬空时间，避免产生较大沉降，严禁将井底全部挖空。竖井开挖至设计标高后进行基底验槽，竖井封底前先浇筑一层50 mm厚C20混凝土垫层，架设格栅钢架，安装连接筋，喷射混凝土。

2.3 横通道施工工序

采用台阶法开挖，预留核心土[9]。相邻洞室间错距＞6 m；风道正线相邻洞室间错距10～15 m。见图3。

图3 新风井暗挖通道施工步序

开挖至马头门下三榀格栅位置后，采用100 mm厚C20网喷混凝进行临时封底，在马头门拱部打设双排小导管对土体进行超前注浆加固，马头门破除后连立三榀通道格栅钢架，格栅钢架主筋与被截断的钢架主筋焊接牢固。

为提高初期支护的刚度，保证顺利进洞开挖，在竖井横通道进入风道正线暗挖通道的马头门部位设置门式钢架，采用工22a型钢焊接而成，焊缝高度8 mm，焊缝质量等级二级。钢架随横通道各层马头门的开启分别架设，与马头门格栅钢架焊接牢固，钢架与导洞初期支护之间的孔隙填充C20细石混凝土并振捣密实。见图4。

图4 马头门门框梁

为避免暗挖导洞拱脚不密实的问题，在每榀钢架拱脚打设ϕ25 mm@2.75 mm，长3 m的锁脚锚管进行填充注浆加固，保证导洞基底承载力[10]。

3 注浆止水加固方案

注浆止水范围随工程各部位的施工分段进行，主要包括：两座竖井开挖过程中的注浆止水、新风井横通道注浆止水、风道正线南北段注浆止水、排风井通道剩余部位的注浆止水。见图5。

图5 注浆止水范围

新风井及其横通道与风道正线南段的地下水埋深约为18 m，注浆止水设计为高程23.53～26.7 m，注浆压力0.8～1.0 MPa。

进行北段正线施工时，地下水埋深较南端实测上升约2 m，现场按照原设计注浆止水范围实施后，地下水位线以下未注浆的风道正线第二层导洞掌子面出现大面积的渗水，现场作业环境恶劣，暗挖施工风险增大。因此北段正线、排风井及其横通道的止水范围扩大至高程19.37～26.7 m，注浆压力调整为0.2～0.8 MPa。

注浆浆液采用水泥-水玻璃双液浆，加固后地层无侧限抗压强度为1.0 MPa，渗透系数≤1.0×10-7cm/s。每段注浆前设置试验段，注浆压力根据现场地层情况进行适当调整，必要时可添加调节浆液凝结时间和可注性的外加剂。

3.1 深孔注浆工艺

深孔注浆采用二重管钻机后退式注浆工艺。二重管钻机适钻杆为特制二重管，钻杆头部位有混合器，在钻进至设计位置后，利用钻杆实施注浆，可以实现较长距离注浆。在遇到卵石的情况下可直接钻孔穿过，出现塌孔时可直接进行注浆加固，保证止水加固效果。见图6。

图6 注浆工艺流程

3.2 竖井注浆止水

竖井与横通道在开挖过程中进行超前探测，在非注浆止水段发现地层含水量较大时应立即封闭掌子面，打设导管进行注浆堵水和地层加固，注浆压力0.2～0.5 MPa，注浆后强度需达到0.7 MPa。

注浆止水前对竖井进行临时封底，设置0.3 m厚C20止浆墙，距离井壁四周环向2 m范围内垂直向下打设长度为1.5 m的ϕ22 mm加强钢筋，间距为0.5 m×0.5 m。竖井注浆范围为开挖轮廓线外2 m，轮廓线内0.5 m，每孔打设5根ϕ42 mm导管，每孔扩散半径0.5m，环向注浆咬合0.3 m。见图7。

图7 1-1断面注浆范围

3.3 横通道注浆止水

新风井横通道的注浆止水分两段，两段之间搭接2 m，每段注浆前设置0.3 m厚C20喷射混凝土止浆墙，止浆墙设双层ϕ6 mm@150 mm×150 mm钢筋网，沿通道初支侧壁及拱顶环向2 m范围内水平向土体打设长度为1.5 m的ϕ22 mm加强钢筋，间距0.5 m×0.5 m。见图8。

图8 2-2断面注浆范围

排风井、风道正线止水注浆范围已基本涵盖排风井横通道，仅对剩余连接处进行注浆止水，封闭风道结构外侧止水帷幕。见图9。

图9 3-3断面注浆范围

拱部深孔注浆加固范围内的超前小导管取消打设，通道开挖后需及时进行初支背后注浆，严格控制注浆压力，必要时进行多次补浆，浆液采用水泥浆或水泥砂浆。

3.4 正线注浆止水

风道正线南段长度为39.4 m，共进行三次注浆，长度分别为12、14、12.05 m，每段之间及端头部位设置2 m厚分隔墙，止浆墙结合分隔墙进行设置。见图10。

图10 风道正线南段注浆范围

风道正线北段长度为14.4 m，共进行两次注浆，长度分别为8.28、10.625 m，每段之间及端头部位设置2 m厚分隔墙。见图11。

图11 风道正线北段注浆范围

3.5 注浆质量控制

1）钻孔质量标准。根据每个注浆孔位置、每环注浆管末端距注浆口垂直高度及注浆扩散范围确定钻杆角度、钻孔长度及钻杆偏移角度。钻机就位后通过调整钻杆竖向角度及钻机水平方向确定钻孔角度。对准孔位后，钻机不得移位。见表3。

表3 钻孔质量控制标准

2）单根注浆结束标准。注浆过程中，压力逐渐升高，流量逐渐减少，当压力达到注浆终压，注浆量达到设计注浆量80%以上；注浆压力未达到设计终压，但注浆量已达到设计注浆量，无漏浆。

3）设计注浆段注浆结束标准。所有注浆孔均达到注浆结束标准，无漏注现象。

4）注浆质量检验点数量为总孔数的2%，不应少于3个。当检验点合格率≤80%或虽＞80%，但检验点的平均值达不到强度或防渗的设计要求时，应对不合格的注浆区实施重复注浆。

4 实施效果

风道正线主体结构已施工完成，现场开挖情况的统计显示，结构拱部砂卵石层浆脉明显，浆液易堆积成块，掌子面较为稳定，涌水情况得到显著改善。风道结构中线上方地表测点沉降随施工进度的变化情况整体呈下沉趋势，最大沉降为-17.94 cm。

深孔注浆会对地层产生扰动，地面出现了不同程度隆起，其中最大隆起约4.5 mm。在注浆施工中，应根据监测情况动态调整注浆压力，严格控制注浆深度，均衡控制前期地层抬升和后期开挖引起的沉降。

5 结语

工程的成功实践表明在富水砂卵石地层进行深孔注浆可以有效地对暗挖通道周边地层进行止水加固，保证地下施工作业人员以及周边既有建（构）筑物安全。注浆范围、孔位布置、注浆压力等注浆参数的设计需要结合工程结构特点及地质条件进行并根据掌子面开挖情况、地层水位变化等具体情况进行动态调整。

相较于传统的管井降水，深孔注浆可以有效减弱因长期抽排地下水而导致的地层沉降，避免出现地层空洞。洞内注浆施工不占用地面场地，不影响地面交通以及既有设施的正常运行，具有一定的推广价值。但同时深孔注浆施工具有操作难度大，不能与暗挖施工同步进行的缺点，因此在实际施工中需要提前做好规划，合理安排工筹。