刘景生
中交基础设施养护集团有限公司北京市10000
摘要：乌鲁木齐地铁1号线工程下穿老城区地质条件复杂，过程经常出现大范围的拱部粘性土、角砾层，下部风化岩层的情况，在开挖过程中在岩层交界面处伴有涌水带泥现场，施工处理效果不佳会导致地面沉降过大、地面塌方、建筑物不均匀沉降等环境风险。本文通过南门~北门区间为例，阐述隧道在穿越上软下硬地层遇见的风险事件及处理过程。通过采取半断面超前深孔注浆、初支背后径向深孔注浆、地面钻孔注浆加固、监测预警等措施，保证了开挖面的稳定，为类似工况下的施工积累了经验。
关键词：风险事故；深孔注浆；监测预警
1.工程概况
南门站～北门站区间位于解放北路下方，自南门站向北依次穿过中山路、民主路。解放北路交通繁忙，车流密集。区间隧道设计起讫里程为：ZDK4+180.456～ZDK4+965.200、YDK4+180.456～YDK4+965.201，左线全长784.744米，右线全长784.745米，设计隧底埋深为22.3～26.4m，相应标高为876.89～882.29m；拱顶覆土厚度15.4～19.5m。区间为矿山法区间，单洞单线断面结构。
主要风险
1、区间正线在里程为ZDK4+271.16～ZDK4+596.16、YDK4+271.16～YDK4+596.16段下穿辰野地下商场，为一级环境风险源。
辰野商场为地下箱体结构，长约325m，宽约25m，是平战结合的人防工程，分为四个防护单元，在每两个相邻防护单元之间设置变形缝，将整体结构分割为四个独立的结构。1～4防护单元的长度分别为42m、54m、108m和120m。
图1辰野地下商场、管线与隧道位置管线图
2、根据地勘资料显示在辰野地下商场下方和南门站到辰野商场之间、区间隧道上方右线YDK4+180.456～YDK4+455.885段和左线ZDK4+180.456～ZDK4+455.885段存在较长的连续的角砾，含粘土角砾软弱围岩段，易引起掌子面开挖过程中拱顶大面积的塌陷及对隧道上方周边建筑物造成损害。
2.险情情况
2017年3月24日下午5时解放北路与文化路八巷交口处地面塌陷，出现直径约50cm的空洞，经检测空洞内部深约7～8m，横向约5～6m，纵向约7～8m，估算约384m3，3月26日，路面塌陷区域回填完成；4月9日下午3时解放北路与文化路八巷交口处地面再次塌陷（位于第一次路面塌陷位置向南方向6m～7m），空洞内部横向3～4m，纵向4～5m，深约10～11m，4月10日路面回填完成；4月14日下午1时解放北路与文化路八巷交口处第一次塌陷位置受雨水冲刷出现局部凹陷，深度1m，4月15日，凹陷塌区域回填完成。塌陷区域位置见图2。
3.风险控制过程及效果评价
道路发生塌陷事故后在区间隧道施工到辰野地下商场下方和南门站到辰野商场之间的角砾段处停止施工，对于掌子面前方探查到角砾段采取上半断面超前深孔注浆加固的措施进行处理，对塌陷区地面进行钻孔注浆方式；对对辰野下方已施工的隧道拱部增加初支背后深孔径向注浆。
3.1半断面超前深孔注浆措施
采用Φ42超前小导管注浆，孔口管应埋设牢固，并有良好的止浆措施。注浆加固体指标要求：无侧限抗压强度不小于0.8MPa。
注浆压力与涌水压力、浆液材料的粘度和凝胶时间长短等有关，可根据地层条件添加调节浆液凝结时间和可注性的外加剂，通常情况下设计的注浆压力（终压值）为静水压力2～3的倍，施工时可根据实验结果调整。
注浆材料主要采用425＃普通硅酸盐水泥单液浆，当地下水发育时采用水泥＋水玻璃的双液浆。水灰比基本采用1∶0．75～1∶1，水玻璃用量一般是水泥重量的1/4～1/3，具体的注浆参数应根据实验确定。
每段深孔注浆纵向长度8m，当多段连续注浆，每段注8m，挖6m，段与段间搭接2m，每个注浆段第一次注浆前设置止浆墙，综合地层及实验效果可调整注浆段及相应参数，其它断面同理。
超前深孔注浆范围为辰野商场地下、区间隧道上方的角砾、含粘土角砾地层，超前深孔注浆孔的布置和长度依据设计资料和现场超前探查到的角砾，含粘土角砾软弱地层的分布范围和层厚确定，每根注浆孔浆液扩散半径取0.5m。
3.3地表注浆加固措施
通过地质雷达探测，查找土质疏松区及空洞区，对疑似疏松区及空洞区进行取芯，并根据取芯结果进行地表注浆加固。
对地质疏松区采用地面花管深孔注浆：
1、花管间距1mX1m梅花形布置，注浆加固深度进入疏松范围以下1m；
2、注浆浆液采用水泥浆加粉煤灰（8%），注浆压力0.8MPa；
3、第一次注浆后4小时内根据浆液初凝情况进行二次注浆；
4、注浆过程中加强对周边建筑物、管线及区间隧道监测，发现异常及时调整注浆压力。
3.4方案落实情况
3.4.1半断面超前深孔注浆施工
2017年4月26日左线小里程下穿含粘土角砾软弱围岩，掌子面有部分渗水现象，现场采取半断面超前深孔注浆，5月12日钻孔87个，完成注浆，注浆量约150m3，5月14日左线小里程破除止浆墙恢复土方开挖，注浆效果良好。
3.4.2洞内径向注浆施工
2017年4月30日左线小里程对辰野地下商场地基疏松区初支完成部分进行注浆加固，Φ32.5注浆管，L=2m，环向间距2m，纵向间距3m，钻孔45个，注浆量约180m3。
3.4.3地表注浆加固施工
经过现场踏勘、地质雷达检测、现场调查、地质钻探和综合分析，发现异常区域3处，4月19日完成26个钻孔的外业钻探工作，出现异常钻孔13个，4月20日开始地表注浆加固（水泥浆+粉煤灰），5月12地表注浆全部完成，钻孔223个，注浆量约640m3。
各防护单元结构倾斜控制值为4‰，横向倾斜率最大为1.03‰，纵向倾斜率最大为1.44‰，均在可控范围之内，各防护单元基础沉降总量控制值为20mm，现场沉降监测最大为-12.60mm，未超出预警值，各相邻防护单元端部差异沉降量控制值为10mm，现场监测最大为4.01mm，未超出预警值，详见表1。
表1南北区间辰野地下商场沉降及差异沉降
测点号累计沉降值（mm）差异沉降（mm）距离（m）倾斜率（‰）
CY-01-36-12.6018.47东西向间距18m1.03
CY-04-36-5.87
CY-01-36-12.609.27南北向间距18m0.52
CY-01-33-3.33
（2）隧道上方地表沉降监测
南北区间主测断面DB-67位置如图9所示，地表最大沉降点（DB-67-05）历时曲线如图10所示，隧道开挖至该点影响范围前引起沉降-0.26mm，2017年3月24日，隧道开挖至该点附近时道路发生第一次塌陷前（该点位距第一次塌陷空洞西3米），该点累计值达到-20.66mm，速率-4.14mm/d发布黄色监测预警（速率预警值-2.00mm/d），4月9日，道路发生第二次塌陷前（该点位距第二次塌陷空洞西3米，北10米），该点累计值达到-24.18mm，速率-4.69mm/d，发布橙色监测预警（双控预警），4月14日道路发生第三次塌陷（同第一次塌陷位置），该点累计值达到-30.01mm，速率-2.06mm/d（累计值预警-30.00mm），2017年12月5日，隧道完全施工至该点影响范围后，累计沉降及速率均趋于稳定，阶段性消警。
图9塌陷区域地表监测点布置图
5.经验教训与建议
结合春融期间发生的道路空洞塌陷事件，及巡视过程中发现，南北区间正线开挖过程中地层上软下硬，开挖时局部涌水，含泥量较大，且周边环境处于老城区，地下管线及地质情况复杂，易导致拱顶产生空洞或土体滑落，一旦处理效果不好就会给后来施工带来安全隐患。
1、地表塌方形成空洞区域常有以下特征：（1）雨污水管线下方，地层为透水的粉细砂，或者卵石；（2）曾经出现过渗水水塌方区域；（3）初支完成后持续渗水，回填不及时，或二次回填注浆与压力不足的地方；（4）各监测点出现异常的地方。当工程出现以上特征时应给予高度重视，采取相应措施。
建议：
1、加强地质超前探测，对掌子面前方道路及不良地质情况进行空洞检测做好超前预报，对钻探确定的地质疏松区、空洞区采取加固措施；
2、做好初支开挖过程中的涌水台账记录，做好初支背后的二次补浆，重点加强该位置处的监测、巡视情况。
3、针对上软下硬地层应提前采取掌子面半断面超前深孔注浆止水、初支背后径向深孔注浆、地面钻孔注浆回填的形式提前进行风险控制，充分重视监测预警。
参考文献：
[1]《地铁设计规范》（GB50307-2003）.
[2]《地下铁道工程施工及验收规范》（GB50299-1999（2003版））.
[3]《乌鲁木齐市轨道交通工程建设安全风险技术管理体系（试行）》.
[4]《乌鲁木齐轨道交通1号线工程》（南门站~北门站区间隧道）