提 要：随着我国城市化的发展及城市功能的提升，城市内施工条件越发复杂，因市政工程及城市地铁轨道工程的高速发展，不良地质的浅埋暗挖隧道工程将逐步增多。近年来，我公司在珠三角周边多座城市修建地铁轻轨等工程，对珠三角特有的洪积层红土地质进行了深入研究。特别是埋深较浅的震旦系混合片麻岩，该类地质在浅埋暗挖施工中经常遇到，但因该类地质含水量大，自稳能力较差，而未暴露前密气性好等特点，传统的小导管超前注浆对隧道渗水及沉降量控制可谓效果甚微。本文根据我公司在东莞的实际施工经验，所探讨的是在该类地层中采用何种注浆方式和如何能取得注浆效果的最优化。
关键词： 沉降 止水帷幕 浅埋暗挖 地质加固 全断面注浆 长大管棚 逆反式注浆
1．震旦系混合片麻岩地质特性分析
1.1 混合片麻岩物理特性
震旦系混合片麻岩主要分布在珠三角周边红土系，埋深较浅，地质施工条件查，即使在弱风化片麻岩内，因其节理裂隙的发育及密气性，注浆加固效果依然较差。
混合片麻岩为黄褐色、浅黄色、灰白色、青灰色，变晶结构，片麻状构造，主要矿物成分为石英、长石、云母，按风化程度可分为全风化、强风化、弱风化3个亚系。其中全风化混合片麻岩以褐黄色为主，岩体呈土状，除石英外，各种矿物均以风化蚀变。强风化及弱风化混合片麻岩主要为青灰色，岩芯呈碎块状、块状，变晶结构，片麻状构造，裂隙发育，岩体较破碎。区别主要在岩体基本承载力。混合片麻岩物理力学参数见表1-1。
混合片麻岩岩土物理力学参数表 表1-1
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岩土
名称
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快剪
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压缩系数
(Mpa-1)
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压缩模量
(MPa)
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质量密度ρ
(g/cm3)
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液性指数
IL
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基本承载力
σ0（kPa）
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基床系数k(MPa/m)
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渗透系数
k(m/d)
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内摩擦角(度)
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凝聚力(kPa)
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||||||||
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全风化混合片麻岩
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全风化
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22.0
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23
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0.43
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4.5
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1.95
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250
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50
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0.5
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强风化混合片麻岩
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强风化
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(50)
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-
|
-
|
-
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2.30
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500
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500
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2.0
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|
弱风化混合片麻岩
|
弱风化
|
(60)
|
-
|
-
|
-
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2.60
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1000
|
1000
|
0.5
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1.2 混合片麻岩地质施工特性
该类围岩含水量较大，一旦开挖暴露，富含水会在短时间内流失，加之该类地层本身自稳能力较差，水体流失后，极易出现土体垮塌甚至涌水涌砂而造成塌方冒顶等危险事故。即使尽量减小开挖暴露时间，采取短进尺、早封闭的方针，但该类围岩因土体内失水后，二次应力分配较为明显，造成隔天的初期支护的拱顶沉降量较大。传统思想上，对不良地质进行预注浆加固以减小地质危害，但该类地质又因其密气性良好的特点，注浆量难以达到要求，超前预注浆效果难以保证。
2. 混合片麻岩地层注浆效果实验分析
基于混合片麻岩地质的特性，我公司对承建的莞惠城际项目进行了深入实验与分析，以总结该类地质施工经验。莞惠城际暗挖项目位于东莞市松山湖高新技术园区，该浅埋暗挖隧道为全风化及强风化混合片麻岩，仰拱位置含极少量的弱风化混合片麻岩。隧道开挖依次下穿黎贝岭泄洪渠、园区工业东路，沿迎宾路敷设。其中泄洪渠宽9.5m，渠深约3m，渠底距离隧道拱顶仅6m，为强砌片石构筑。因泄洪渠年久失修，底部渗水情况较为严重。工业东路宽52m，为工业园区主干路，周边大型厂房林立，穿梭往来重车不断。因此，如何能有效在本已较差的混合片麻岩地质做到泄洪渠处有效止水，路面下方有效遏制地表路面沉降，成为本工程的重难点。经过与设计、咨询及相关单位的多次研讨，以本项目为实验段，在泄洪渠位置采用分层全断面注浆工艺，在路面位置采用逆反式长大管棚注浆工艺进行施工。
2.1 分层全断面注浆工艺
2.1.1 工艺原理
分层全断面注浆基于普通超前预注浆工艺原理上，采用分层分序后退式全断面注浆方法，将混合片麻岩地层内富含水挤压至开挖轮廓线范围以外。即在隧道全断面由边缘向中心分六环布设96个注浆孔，孔深由边缘至中心每环依次增加，外侧最短8m，中心位置最长20.5m，所有孔位以15°外插角由中心向四周辐射，从而形成止水帷幕，以保证隧道开挖轮廓线周边地质安全。孔位布设如图2-1。
2.1.2 注浆效果分析
通过对黎贝岭泄洪渠段隧道的全断面止水帷幕注浆的严格控制，我部迅速开挖通过了泄洪渠底，开挖过程中，未见大面积涌水涌沙现象，隧道内渗水在可控范围内，未对初期支护的施工及质量造成不良影响。全断面止水帷幕注浆取得了一定的效果，但也暴露了几点问题：
1、在混合片麻岩地层，注浆眼压力极难控制，因地质特有的密气性，注浆压力经常出现陡然增大的状况发生。
2、以开挖暴露注浆情况确认，混合片麻岩注浆充盈效果不理想，多数管仅管口周边存有浆液（如图2-2），而未向外扩散。土层含水向隧道外侧扩散，多因注浆压力较大及管孔布设密集所形成的效果。
3、止浆墙一旦破除，土体内因注浆积蓄及其本身压力迅速释放，不利于拱顶沉降的控制。 图2-2 浆液扩散效果
2.2 逆反式注浆长大管棚支护
通过对泄洪渠段全断面注浆止水帷幕施工的实验及效果分析，以及工业东路对地表沉降的要求，在下穿路面位置，我部采用了逆反式长大管棚支护施工，以控制路面沉降。
2.2.1 工艺原理
逆反式注浆长大管棚支护，即在普通长大管棚超前支护的基础上，根据混合片麻岩注浆充盈系数及扩散半径较小的特点，利用其地层密气性，进行回流注浆，见工艺原理图（图2-3）。在隧道内施工完管棚工作室后，沿拱顶150°范围内共施工45根长56m的长大管棚，管棚采用φ108壁厚8mm普通无缝钢管，除管头约3-5m留有注浆孔外，其它位置管周不在打制注浆孔，注浆管跟进与孔口打制同步，利用打制管棚时，钢管旋转及震动而形成的与周边土体的缝隙作为回流通道，尾部安装排气止浆阀，从而将土体内空气排出，浆液在回流过程中得以扩散，进而在拱顶形成保护壳体。
该类长大管棚超前注浆支护工法，利用逆回流浆液将片麻岩地层内空气在尾端排出，同时回流浆液在地层周边扩散，从而在管棚周边形成丝网装连接的壳体。使地表沉降及隧道初支拱顶沉降得以有效控制，很大程度上规避了塌方冒顶等事故的发生。但因地层特性，问题依然存在：
1、管棚间丝网桩浆液因充盈系数较小，很难有效形成，在开挖进入该段后，依然需要超前小导管超前支护。
2、土体富含水依然存在，在开挖过程中影响初期支护的施工。
3. 混合片麻岩地层注浆实验概论
综上所述，震旦系混合片麻岩因其固有特性，目前普通的注浆工艺均很难达到十全十美的止水加固效果，但在具体施工中，根据工况和实际情况，可灵活运用预注浆工法。上述两种工艺均在传统的全断面注浆及长大管棚注浆工法上略加改进，无论是分层后退、还是逆流式，在施工中均有利有弊，但在混合片麻岩地层单一止水或控制沉降均可取到一定效果。两种工艺还需在实际操作中不断完善，以进一步提高工艺效果。
随着城市建设步伐的加快，浅埋暗挖施工将逐渐增多，即使不是在混合片麻岩地层，埋深较浅的粉质砂粘土层及残积土层也将遇到诸如上述超前预注浆加固问题。为保证施工安全及施工质量，关于此类问题我们将进一步跟踪研究。
参考文献
《片麻岩地层暗挖隧道掘进工法探讨》 《山西建筑》2011年18期 张百岩