昆明轨道交通1号线支线工程不良地质处理方案研究

昆明轨道交通1号线支线工程不良地质处理方案研究

方剑

昆明地铁建设管理有限公司

【摘要】昆明市轨道交通1号线支线工程区间隧道穿越的地质存在泥炭质土。实践表明，软土地区的地铁盾构隧道运营一段时间后会产生较大的沉降。泥炭质土可采取三轴深层搅拌桩加固和隧道洞内注浆加固。对于这两种软土加固方式在施工工艺、工程造价、加固效果等多方面进行了比较分析。

【关键词】泥炭质土；水泥土搅拌桩；洞内注浆加固

第一章昆明泥炭质土的特性

昆明泥炭质土作为一种特殊土，具有天然孔隙比大，天然含水量高，压缩性高，有机质含量、高强度低等特点，地区区域性很强。

第二章工程地质概况

2.1工程区域地质概况

昆明地铁1号线支线工程位于呈贡新区，线路自1号线春融街站接轨，经昆明市政府于春融东路设置市政府站，沿朝云街继续东行至龙华路设置白龙潭俊园站，出站后经祥和路延长线穿过白龙潭公园设白龙潭公园站，终点站与昆明高铁站衔接，设地铁昆明南站站。

昆明市区内地质构造复杂，但大部分隐伏于盆地松散岩之下。昆明地铁1号线支线工程位于昆明市呈贡新区，根据基底构造图资料，本区构造地质景观是以经向构造为骨干构造，纬向构造长期活动，受区域构造应力场中南北向力偶的作用。同时发育了北东、北西向构造。

2.2岩土工程勘察分级

按照《岩土工程勘察规范》（GB50021-2001），根据工程的规模和特征、场地复杂程度等级及地基复杂程度等级，确定本工程的重要性等级为一级，本次岩土工程勘察等级为甲级。

2.3水文地质条件

2.3.1地表水

昆明地铁1号线支线建设的隧道区间地表水发育，距线路20～60m为白龙潭水库。

2.3.2地下水

（1）地下水类型

根据区间地下水的形成、赋存条件、水力特征及水理性质，地下水可划分为以下基本类型：松散岩类孔隙潜水、基岩裂隙承压水及岩溶水，局部偶有赋存于人工填土层中的上层滞水。

（2）地下水渗透系数的选用

根据勘察时场地内其他区间的钻孔水文地质抽水试验结果和相关室内试验成果，参考昆明水文地质区域报告，结合工程经验，建议拟建场地岩土渗透系数（k）值如下表

（4）10角砾土5

（3）地下水腐蚀性评价

根据同一地貌单元的钻孔中取水样进行水质分析。据《混凝土结构耐久性设计规范》（GB/T50476-2008）表4.2.1一般环境对配筋混凝土结构的环境作用等级Ⅰ-B，无化学腐蚀。

2.4区间工程施工工法

本工程除白龙潭公园站（盾构井）～昆明南站站区间为明挖施工，春融街站～市政府站～白龙潭俊园站～白龙潭公园站～盾构井考虑盾构施工，区间主要穿越粉砂、粘土、灰岩区，部分区段存在泥炭质土或有机质土。

第三章区间隧道穿越泥炭土处理方案研究

3.1地下区间泥炭质土分布概况

昆明市轨道交通1号线支线工程泥炭质土主要分布在春融街站～市政府站区间、市政府站～白龙潭俊园站区间以及白龙潭俊园站～白龙潭公园站区间。

春融街站～市政府站区间的泥炭质土主要为深灰、黑色，可塑，湿～饱和，高压缩性，质较轻，含有水草腐殖物，有机质含量约15～40%，属Ⅰ级松土。在部分孔段分布。有14个钻孔揭露，层厚0.15～3.50m，平均厚度1.60m。顶面埋深12.000～50.50m，标高1882.37～1914.67m。分布在隧道洞径范围内及底板以下。

市政府站～白龙潭俊园站区间的泥炭质土主要为深灰、黑色，可塑，饱和，高压缩性，质较轻，含有水草腐殖物，有机质含量约15～40%，属Ⅰ级松土。在部分孔段分布。有14个钻孔揭露，层厚0.40～4.80m，平均厚度2.08m。顶面埋深14.40～42.00m，标高1888.93～1919.07m。呈透镜状分布在隧道洞径范围内及顶底板。

白龙潭俊园站～白龙潭公园站区间的泥炭质土主要为深灰、黑色，可塑，湿～饱和，高压缩性，有机质含量约10～30%。含有大量腐植质及未完全分解腐木碎屑。质较轻。属Ⅰ级松土。在部分孔段分布。有5个钻孔揭露，层厚0.50～2.00m，平均厚度1.17m。顶面埋深8.70～34.00m，标高1888.6～1920.27m。呈透镜状分布。

3.2泥炭质土加固的必要性分析

1、地基承载力分析

根据地勘资料，泥炭质土的参数见下表：

泥炭质土地基承载力基本建议值

经过对盾构隧道施工及运营期间的荷载进行验算，各层泥炭质土均满足地基承载力要求。

2、后期运营沉降分析

实践表明，软土地区的地铁盾构隧道运营一段时间后会产生较大的沉降。过大沉降或沉降差会对地铁的正常运营及使用安全带来影响。由于盾构隧道的纵向刚度较小，当纵向变形或曲率较大时，隧道即可能出现环缝张开过大而漏水、漏泥或管片纵向受拉破坏。

根据昆明市轨道交通1号线工程各区间泥炭质土的分布情况，按照《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2002）采用分层总和法对区间隧道运营期间的工后沉降量进行计算分析。不计前期已有天然地基沉降，仅对含泥炭质土的区间隧道后期运营阶段工后沉降量进行计算，计算结果显示运营期间各区段隧道的工后沉降量因泥炭质土的土层几何参数（层号、厚度、分布情况）、物理力学参数等因素而呈现差异，区间含泥炭质土段隧道的平均工后沉降量基本分布范围为20mm～40mm左右。

因此隧道运营期间的后期沉降将是进行泥炭质土加固的主要原因。

3.3区间泥炭质土加固方案

（1）三轴深层搅拌桩加固

水泥土搅拌桩加固机理是用水泥做固化剂，固化剂分为水泥浆液和干水泥粉。通过使用特制的深层搅拌机械，在钻进的同时往软土中喷射水泥浆液，在地基深处将软土固化成为具有足够的强度、变形模量和稳定性的水泥土，这些加固土、柱体与柱体间的土构成了一种复合地基，从而达到地基加固的目的。三轴搅拌桩成桩效果与土体的有机质含量与PH值相关密切，在有机质含量高、PH值低的酸性土壤中，应考虑添加粉煤灰、石膏粉等外加剂，以增强成桩效果。

由于泥炭质土工程性质的离散型极大，因此不同地段如需采用三轴搅拌桩加固，应事先做试验以分别确定各区段加固效果以及施工参数。

（2）洞内注浆加固

在某些交通复杂、周边建筑物较多的区段，采用深层搅拌桩加固地面条件不一定允许，且从经济角度出发选择地面加固费用较高。可采取以洞内注浆加固方案。在穿越泥炭土段的每一环隧道管片上按预测选定注浆孔数量及孔位，便于盾构推过之后能及时对周围土体进行注浆加固。施工原则是“多点、均匀、少量、多次”。加固原则是：

1、尽量减小隧道后期沉降量或减缓其沉降速率；

2、避免对周围土体产生较大的扰动，以免造成不利后果。

不良地质洞内注浆加固横断面图

（3）方案比较

通过以上对两种加固方案进行比较，三轴深层搅拌桩需占用地面，其加固处理工程造价较高、对周边环境的影响大；洞内加固经济适用，且施工过程中对周边影响较小，施工参数需在施工过程中进行调整优化。

3.4区间隧道泥炭质土处理方案结论

昆明市轨道交通1号线支线工程泥炭质土主要分布在春融街站～市政府站区间、市政府站～白龙潭俊园站区间以及白龙潭俊园站～白龙潭公园站区间。实践表明，软土地区的地铁盾构隧道运营一段时间后会产生较大的沉降。因此，根据昆明市轨道交通1号线支线工程区间隧道泥炭质土分布情况，从施工工艺、工程造价、加固效果等多方面比较分析，得出如下结论：

1）水泥土搅拌桩加固的特点是施工工期短，效率高，施工中无振动，无噪声，无地面隆起，不排污，不挤土，不污染环境，施工工具简易等。对于深层搅拌桩的加固效果还有待进一步验证，同时，应综合考虑地面情况（是否具备施工条件）、施工过程中对周边环境影响、工程造价等各种因素。

2）洞内注浆加固在穿越泥炭土段的每一环隧道管片上留有16个注浆孔，同时考虑采用二次压浆以改善土层的力学性质。洞内加固范围为洞周外3m。为保证加固起到预期效果，需对每个注浆部位、每次注浆打管深度、打管长度、拔管速度、注浆流量及压力等等施工参数，在跟踪检测反馈下，在施工过程中进行调整优化，尽量减小注浆过程中对原状土体的扰动。

综上所述，根据加固处理效果、施工工艺、对周边环境的影响以及工程造价等多方面考虑，对于区间隧道穿越泥炭质土的加固处理，建议采用以洞内注浆加固的处理方案。