作者：和孙文,惠世前,胡德华,刘永波
出版社：中国铁道出版社有限公司
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地铁区间隧道零距离下穿运营车站矿山法施工关键技术试读：
前言
随着我国城市人口的不断增长，网络化运营地铁是解决交通堵塞的首选方法。目前，我国城市地铁建设正处于高速发展期，北京、上海、南京、深圳和广州等城市地铁已经成网，成都、沈阳、杭州、苏州、武汉和青岛等城市的地铁网已初步形成。地铁网中必然会有很多线路相互交叉，即上跨下穿，包括区间与区间的交叉，车站与区间的交叉，车站与车站的交叉等。如果地铁未一次规划到位，在先期建设的地铁线路中未给后期线路的建设预留上跨下穿条件，则新建地铁工程施工时不仅要确保自身的安全，还要确保穿越的运营线的安全，特别是超净距离条件下，设计和施工难度非常大。因此，新建地铁工程近距离穿越既有运营线施工时，必须采取适当的施工方法和辅助工法最大限度地减少对既有线的不利影响，确保线路的运营和结构的安全，已成为当前急需研究解决的技术难题。
深圳地铁7号线皇岗村站—福民站区间隧道与运营4号线福民站为零距离施工，且在空间上为立体交叉施工，施工过程运营车站结构受力复杂，且软弱地层零距离斜向下穿矩形小间距隧道矿山法施工引起运营车站结构沉降大，变形难以控制，从而对列车安全运行构成严重影响，施工风险较大。因此，进行地铁区间隧道零距离下穿运营车站矿山法施工关键技术研究有其重要意义。
本书主要研究了全断面深孔注浆加固技术、地连墙拆除技术和开挖与支护技术，在分析零距离下穿对运营车站结构的影响基础上提出了“先右线后左线”的施工顺序，采用自动化实时监测技术分析了零距离下穿引起运营车站铁轨道床和隧道腰拱竖向、水平变形，腰拱与道床的竖向差异变形规律，形成了地铁区间隧道零距离下穿运营车站矿山法施工关键技术。地铁富水复杂地层区间注浆加固施工工法和富水软弱地层零距离下穿既有地铁车站暗挖隧道施工工法获批中国电力建设集团工法。
本书第1章、第5章和第7章由和孙文撰写，第2章、第3章由惠世前撰写，第4章由胡德华撰写，第6章由刘永波撰写，全书由胡德华统稿。
本书在撰写过程中，参阅了许多专家学者发表的论文，在此向他们表示真诚的谢意！
本书在整理过程中，得到了李围、付艳军、杨光武、申鹏的帮助。中国铁道出版社的傅希刚、陈小刚和梁雪等编辑对本书的修改与完善提出了大量宝贵意见和建议。在此向他们一并表示感谢！
由于时间仓促，加之作者水平有限，书中如有不妥之处，恳请同行专家及读者给予批评和指正。作者2018年5月出版说明
截至2017年，我国城市轨道交通开通运营线路总长度达3862km（118条），开通城市29个，其中步入网络化运营的城市共有13个，客运量达176.8亿乘次，全国共有9个城市网络日均进站量超过100万人次，共有运营员工20.8万人，平均每公里线路54人。
我国城市轨道交通占公共交通比例还很小（见表1），与国际化大都市差距大，轨道交通发展潜力还很大。例如，尽管上海运营里程突破了680km，为世界上轨道交通运营里程最多的城市，但其轨道交通占公共交通比例仅刚过50％，其中多条线路已经超负荷运营，上下班时间拥挤不堪。而深圳已经完成了三期建设运营，轨道交通仅占公共交通的三分之一还不到。表1 世界各国大都市轨道交通占公共交通的比例
当前，我国轨道交通还处于高速发展期，特别是由于我国幅员辽阔，各区域地质差异较大，导致地铁的施工难易也不相同，因此，需要解决不同城市地质环境条件下地铁施工技术问题。
我国城市地质条件主要有：以上海、杭州等为代表的深厚软土层，以西安为代表的黄土地层，以成都为代表的砂卵石和漂石地层，以深圳、广州为代表的不同风化花岗岩组成的混合地层，以重庆、青岛为代表的岩石地层，以贵阳为代表的岩溶地层。其中，深圳混合地层主要为第四系全新统人工堆积层、海积层、海冲积层、冲洪积层、洪积层、上统更新坡积层、残积层震旦系混合岩和花岗片麻岩、震旦系混合岩和花岗片麻、燕山期花岗岩和加里东期混合花岗岩，地下水位位于地面以下0.7～12.1m。混合地层地铁施工难度最大，其主要地质问题如下：
1.车站
范围内岩面高，基岩侵入车站范围内最大厚度达14m，地下连续墙入岩最大深度为17.5m，强度最高达132MPa，大倾角陡坡硬岩（45°）分布广泛。基坑控制爆破困难，成槽困难。
2.盾构区间隧道
穿越地段基岩面起伏大、变化剧烈，硬岩、上软下硬、富水砂层、孤石、掘进中存在盾构机姿态难以控制、坍塌、涌水，地面沉降难以控制从而造成地面建筑物开裂损坏、盾构机易被卡住等。
3.矿山法区间隧道
位于全强风化花岗岩中，顶部主要为砂质黏性土、素填土、中砂、粗砂等富水软土层，施工失水极易引起隧道变形、地面塌方等风险。再加上在深圳主城区修建地铁地上地下环境条件复杂，例如三期重大工程7号线穿越深圳主城区，全线正下穿既有建筑物20余栋，5次下穿河流和湖泊，1次上穿高速铁路，2次下穿既有铁路，4次下穿已运营地铁线，8次下穿（或侧穿）既有桥梁，在华强北商圈核心地段与7号线同步实施华强北地下空间工程。
本套丛书结合我国目前正在大力修建的城市地铁重大工程，及时总结施工中研究形成的新技术并出版，为同城后期地铁工程的建设提供技术支撑和其他城市类似工程提供技术参考有其重要意义。
因此，中国铁道出版社与地铁建设相关单位合作，出版《轨道交通建造关键技术研究丛书》，期待为我国地铁工程新技术的进步贡献一份力量。丛书策划：李围、傅希刚2018年1月1日第1章绪论1.1立项背景
深圳地铁7号线皇岗村站至福民站矿山法区间（皇福区间）左右线隧道零距离下穿运营4号线福民站，福民站为地铁7号线的第十五站，为换乘车站。在建深圳市城市轨道交通7号线工程福民站位于福民路与金田路交叉口的东侧，车站主体沿福民路呈东西走向，西接皇岗村站，东接皇岗口岸站，车站西端与运营4号线福民站呈T形换乘，车站东端设置盾构接收井。所在地区所处的地貌单元为海冲积平原，场地为现状道路，地势平坦，地面高程为4.96～5.30m。车站具体平面布置如图1.1-1所示。
隧道下穿运营4号线福民站段为矩形断面，隧道宽为6.6m，高为7.665m，右线长28.077m，左线长28.877m，左右线隧道平行布置，两隧道之间净距为8.9m，隧道轴线与运营4号线福民站轴线呈75°夹角。新建车站地下连续墙与运营福民站地下连续墙之间的距离为3.0m。运营4号线福民车站结构为两层两跨现浇钢筋混凝土框架结构，车站总长度为215.6m，宽度为20.0m。车站具体区间隧道工程布置如图1.1-2～图1.1-4所示。
皇福区间矿山法隧道采用顶板紧贴4号线福民站底板的“直墙暗挖”工艺，由于隧道断面内地质及拱顶地质为全—强风化花岗岩及砾质黏性土，围岩条件为富水软弱地层，矿山法暗挖施工对运营车站的沉降控制难度大、风险高。因此，开展地铁区间隧道零距离下穿运营车站矿山法施工关键技术研究具有重要意义。图1.1-1 平面布置图图1.1-2 皇岗村站至福民站区间隧道工程平面布置图图1.1-3 皇岗村站至福民站区间隧道工程三维透视图图1.1-4 皇岗村站至福民站区间隧道工程二维横剖面图（单位：mm）1.2研究内容
结合深圳地铁7号线7304-2标皇福区间下穿4号线福民车站工程，对地铁区间隧道零距离下穿运营车站矿山法施工的各个环节、施工的各项关键技术以及施工对运营车站结构的影响进行了数值模拟和监控量测深入研究，主要内容包括以下4个部分：
1.富水强风化花岗岩全断面深孔注浆与渗流特性分析
针对富水强风化花岗岩区间矿山法隧道，主要介绍注浆材料、参数、工艺和注浆效果检查方法，再进行多孔介质注浆扩散以及注浆二维、三维数值模拟计算，然后进行降水条件下和自然水面条件下隧道二维、三维渗流场分析，再进行渗流场流固耦合分析，建立富水强风化花岗岩全断面深孔注浆和渗流特性。
2.零距离下穿运营车站矿山法施工技术
主要包括全断面深孔注浆加固技术、零距离下穿开挖与支护顺序、地连墙拆除技术、开挖与支护技术、零距离下穿二次衬砌施工技术、临时支撑拆除技术、下穿对运营车站的保护。
3.零距离下穿对运营车站结构的影响数值模拟分析
主要包括隧道矿山法施工数值计算原理和方法、零距离下穿运营车站结构数值模拟分析模型的建立及计算参数的选取、施工过程仿真，最后对比分析了“先右线后左线”和“双线同时开挖”对运营车站结构的影响。
4.零距离下穿运营车站监控量测技术
主要包括零距离下穿运营车站自动化监控量测技术的建立、测点布置与控制值，分析零距离下穿引起运营车站铁轨道床和隧道腰拱竖向变形以及隧道腰拱水平变形，腰拱与道床的竖向差异变形，监测与数值模拟结果对比分析。1.3研究方法和技术路线
本书依托深圳地铁7号线福民站与运营4号线换乘车站工程实际，结合数值仿真模拟方法和自动化监控量测手段，研究掌握平顶双线隧道零距离下穿运营车站过程中运营车站的力学变化规律，系统总结小间距双线隧道零距离下穿运营车站施工中的关键技术。总体研究思路如图1.3-1所示。图1.3-1 加固—施工—量测—模拟关键技术体系研究框图1.4研究现状
目前国内外地铁建设正处于高速发展时期，在复杂城市环境中修建地铁车站不免要受到临近建筑物的限制和影响。近年来，关于地铁隧道下穿运营地铁车站、新建车站邻近运营车站及其他建筑物进行施工的工程越来越多，国内工程界已通过若干实例工程，总结积累了一些工程经验。如北京地铁10号线二期公主坟车站是与运营1号线的十字交叉换乘车站，10号线下穿运营1号线，要求其施工引起的运营1号线公主坟站变形指标不大于3mm，设计采用平顶直墙+多重预顶撑的CRD暗挖施工工艺进行施工；在北京地铁10号线国贸—双井区间穿越双井北天桥、京秦铁路桥、通惠河及国贸桥盾构施工中，在盾构穿越风险点前，通过设置试验段和数值模拟计算，优化施工参数，在穿越期间采取有效控制土仓压力、盾构机推进速度、螺旋输送机出土速度，调整注浆压力，加大注浆量和盾尾油脂用量，及时进行同步注浆和二次补浆等技术措施，确保了国贸—双井区间盾构安全顺利通过了各个风险点，各建（构）筑物沉降值均小于产权单位要求的最大沉降值。然而，在复杂富水条件下采用浅埋暗挖法施工平顶直墙隧道双线密贴穿越运营车站的工程实例尚无案例。以下列举了国外、国内关于下穿运营车站关键技术及工艺发展的研究成果。
文献[1]，介绍了一种埋藏深且所在地层均为伦敦黏土的情况。除在区段采用开放型盾构外，其余地段均采用新奥法施工。其中开挖进尺采用台阶法开挖。施工过程中对运营线进行了沉降、扭转等内容的广泛监测。
文献[2]，隧道穿越长度270m，其中场地土层由上至下依次为填土、黏土质淤泥土、淤泥质砂和砂质卵烁石层，土体稳定性差。开挖过程中，两隧道工作面距离基本保持在75m。量测结果表明，地表最大变形，隆起范围为5～8mm，下沉范围为8～10mm，均未超过规定的警戒限值。
文献[3]，采取了以下措施：①在新老结构间夹土层中分层打设管棚并进行高压注浆，形成约3m厚的保护层，以强化土体保证工作面的稳定。②开挖时，先开挖侧洞，并施作初期支护，待初次衬砌封闭成环后再开挖中洞。
文献[4]，介绍了采用水平孔冻结法，加固穿越段结构周围地层，使外围土体冻结，形成强度高、封闭性好的冻土帷幕，然后在冻土帷幕中进行分区、分层开挖施工。
文献[5]，通过对北京地铁5号线崇文门站从运营地铁2号线下穿工程的研究，介绍了在施工中采取的跟踪注浆、全断面预注浆、回填注浆等多种加固措施，从而有效控制了上部结构的沉降。通过检测评估，经过多年的运行，运营结构基本上是完好的。
文献[6]，以上海地铁明珠线二期上体场站工程的实际施工为背景，对上体场站穿越段施工全过程进行三维有限元分析，动态模拟了施工过程对地铁1号线底板、高架立柱等周围环境的变形影响。从而得出一些规律性的认识和有价值的结论，给施工提出一些有益的建议。
文献[7]，主要介绍了ABAQUS仿真在科学和工程领域得到的实际工程案例。针对基坑开挖问题，国内外普遍采用的研究方法是有限元法，它不但可以用于求解非线性问题和模拟各种本构关系，还可以处理非均匀介质、异性材料的问题，并能适应各种边界问题。
文献[8]，主要介绍弹塑性力学的基本方程，并在此基础上特别注意介绍各类问题的求解方法及其在工程实践中的应用。
文献[9]，高铁车站施工作为高铁建设的重要部分之一，存在着工序多、施工难度大的特点，由此给施工组织带来相当严峻的考验。该文献就高铁车站施工要点、控制措施及站场施工组织管理应注意的事项进行了探讨和分析。
文献[10]，以软弱地层为条件，地铁车站深基坑施工在围护结构施工、开挖施工、主体结构施工阶段的变形规律和失稳状况比一般地区城市深基坑更加复杂，具体表现为施工期间的深基坑围护结构与主体结构对周边环境会产生不良影响，易引起较大的地表沉降，给工程施工造成重大安全隐患。为解决这一问题，以大连地铁某车站为研究对象，首先，基于FLAC 3D构建该地铁车站深基坑数值分析模型，模拟施工开挖过程，分析软弱地层地铁车站深基坑变形特征及地表沉降趋势；然后，根据仿真数据与现场实际监测数据的对比，进行深基坑开挖过程安全性分析，绘出地表沉降对比分析曲线，给出深基坑工程引起地表沉降变化的动态趋势，探讨软弱地层地铁车站周围地表沉降预测方法。
文献[11]，以深圳地铁5号线为例，总结十几年来深圳地铁盾构施工技术。介绍了深圳地质特点和盾构适应性，着重介绍深圳复合地层盾构道具配置、始发、空推、平移、端头加固等关键技术，并通过工程实例，介绍盾构通过建筑物、河流、铁路、硬岩和孤石处理方法，提供深圳盾构法施工的宝贵经验，展现盾构法施工的最新技术和应用成果，为国内盾构法施工提供很好的范例。
文献[12]，针对南水北调北京西四环暗涵穿越五棵松车站工程的特点，提出了限速运营沉降控制标准，制定了穿越施工方法及预加固方法，并建立了三维有限元模型，预测了既定施工方法下车站及地表的沉降，并通过数值模拟分析了穿越段双线隧道工面错距，注浆横通道与车站结构间距、长管注浆加固效果对沉降的影响；结果显示保证6m的工作面错距可以减小变形缝差异沉降，注浆通道与车站结构的距离对运营结构沉降影响不大。最后将数值模拟结果与监测数据进行了对比。
文献[13]，大断面隧道因其跨度大、形状偏于扁平，而在施工过程中表现出独有的力学特点，因此在施工中大断面隧道产生的环境效应要远大于普通隧道。而采用浅埋暗挖法在地铁运营线下开挖、修筑大断面隧道无疑是对隧道施工技术的挑战。由于环境对象的特殊性（运营线为动态运营的地下铁路线，决定了新线隧道的施工必须采取“一个中心，两项安全”的原则），即以运营线的正常运营为中心，保证运营结构的安全使用和新线隧道的安全施工。使老线的运行和新线的施工协调一致。将每一步施工引起的运营线变位控制在分步变位控制标准以内，最终实现整体变位的有效控制。
文献[14]，介绍了浅埋暗挖地铁车站穿越运营地铁隧道施工地表沉降、运营线的变形控制对施工和运营安全具有重要意义。该文献以北京地铁4号线西单站的地铁开挖过程为例，在详细研究该区工程地质条件和地铁设计参数的基础上，采用FLAC 3D工程分析软件对地铁开挖过程及其引发的地表、拱顶及运营隧道的变形规律进行了数值模拟分析，优化开挖施工方案，模拟动态施工过程，合理设计隧道开挖步序，并对施工中的监控量测提出建议，指导地铁安全运行。
文献[15]，以广州地铁体育西路车站为研究对象，通过数值计算模拟新建地铁线车站下穿运营地铁车站时的施工过程，分析下穿车站对运营车站的影响，主要研究以下几个内容：①计算采用弹塑性三维有限元的地层与结构共同作用模式；②研究施工中地表沉降对运营线运营的影响，合理选取力学参数和支护结构参数；③为了便于暗挖隧道施工的监控量测，研究地铁暗挖隧道施工对运营结构物安全的评价指标和方法，并参考以往施工经验，计算得出地表沉降控制值，作为施工监控量测的指标。
文献[16]，北京地铁10号线国贸—双井站区间下穿运营地铁1号线段位于繁华闹市区，新结构在运营结构下方1m处通过，采用浅埋暗挖法施工。该文献通过对事先评估、设计、施工、监测等一系列工作对此处特级风险点工程全过程进行总结。
文献[17]，以北京地铁5号线崇文门车站（大跨暗挖车站）下穿运营地铁隧道的施工为研究对象，通过多次论证、试验探索及工程实践，车站终于在满足运营线结构和运营安全的条件下顺利完成。
文献[18]，结合北京地铁5号线崇文门站穿越运营环线地铁的成功范例，从程序和管理角度来探讨如何进行新建地铁穿越运营轨道交通线路工程中对运营线的安全风险控制。
文献[19]，介绍了北京地铁5号线下穿运营2号线区间隧道的工程实例，着重将隧道下穿运营地铁线这类工程问题，从决策、设计和浅埋暗挖法施工的角度，对运营结构物的动态响应规律、新旧结构物的合理间距、运营地铁变位的过程控制和工后的恢复等方面进行深入的研究。
文献[20]，在现有隧道工程施工过程数值模拟的基本理论和分析方法的基础上，应用平面应变弹塑性、三维弹塑性模型和有限单元法研究了浅埋隧道施工过程中围岩及支护结构力学行为变化过程，并将其应用于实际工程，取得良好效果。
文献[21]，在紧密结合深圳地铁大剧院—科学馆区间实际工程背景的基础上，进行了相关的研究和分析，为了使研究成果合理可靠，综合运用多种研究手段，以相互印证和取长补短。
文献[22]，以北京地铁穿越工程为研究对象，对运营地铁车站结构及轨道所受的影响情况进行分析并提出新线车站穿越运营车站的安全控制措施体系。
文献[23]，介绍新建浅埋暗挖隧道近距离下穿运营地铁隧道的关键控制技术，结合北京地铁5号线崇文门站下穿运营地铁2号线区间隧道工程，主要包括：对运营地铁的现状进行全面调查评估；根据现状评估结果并结合理论分析和类似工程经验确定运营地铁的变形控制标准；通过有限元分析方法等进行新建隧道施工对运营地铁影响的预测分析；对主要施工方案进行优化，并选取超前大管幕、掌子面注浆、补偿注浆等辅助措施；根据数值分析结果并结合运营工程经验，将主要控制标准按施工步序进行分解，实施控制标准的分阶段控制；通过远程实时监控系统即时监测和分析运营地铁的动态变化，对出现的结构开裂、沉降过大等异常情况及时采取灌浆加固、注浆抬升等处理措施，确保运营地铁的正常安全运营。
文献[24]，介绍地铁5号线崇文门车站近距离下穿地铁2号线的施工方法及控制运营线结构施工变形的主要措施。
本工程主要是采取CRD施工法。CRD又称交叉中隔壁法，在软弱围岩大跨隧道中，先开挖隧道一侧的一部分，施作部分中隔壁和横隔板，再开挖隧道另一侧的一部分，完成横隔板施工；然后再开挖最先施工一侧的最后部分，并延长中隔壁，最后开挖剩余部分。主要应用于Ⅳ级围岩浅埋、偏压地段以及Ⅴ级围岩段的施工。CRD法施工过程涉及土体开挖、施作及拆除仰拱隔壁、压力管注浆等一系列复杂的过程，涉及模型及部分材料的状态变化。第2章依托工程概况2.1设计概况
深圳地铁7号线7304-2标皇岗村—福民区间呈东西走向，起点为皇岗村站东端，沿福民路向东下穿4号线福民站车站，至7号线福民站西端，区间左线全长392.499m，右线全长396.077m。
皇—福区间隧洞零距离下穿运营4号线福民站，下穿段右线长28.059m（里程YDK18+195.542～YDK18+223.601），左线长28.877m（里程ZDK18+191.183～ZDK18+220.060），断面形式为矩形，宽6.6m，高7.885m；左右线隧道平行布置，净距为8.9m；隧道轴线与运营4号线福民站轴线呈75°夹角。新建车站地下连续墙与运营福民站地下连续墙之间的距离仅为3.0m。
4号线福民站为地下二层车站，围护结构采用地下连续墙支护，地下墙与内衬墙作叠合式结构，地下连续墙厚800mm，内衬墙厚400mm，底板厚900mm；下穿段隧道采用紧贴4号线底板的“全断面注浆+CRD平顶直墙暗挖”的设计方案，开挖前对隧道间及隧道外轮廓3m范围土体进行超前深孔注浆加固，并对侧壁进行超前小导管补注浆加固。
下穿段需穿越7号线、4号线车站围护结构（共三道地下连续墙），初期支护采用型钢钢架+全包双层ф8钢筋网@150mm×150mm+喷射350mm厚C25早强混凝土，二次衬砌采用全包柔性防水层+600mm厚模筑C35P10钢筋混凝土，如图2.1所示。图2.1 下穿段断面示意图（单位：mm）2.2位置关系
皇福区间下穿运营地铁4号线福民站段的三维透视图、平面图、剖面图关系如图2.2-1～图2.2-4所示。图2.2-1 皇福区间下穿4号线福民站段三维透视图图2.2-2 皇福区间下穿4号线福民站段位置关系平面图图2.2-3 皇福区间下穿4号线福民站段位置关系横剖面图（单位：mm）图2.2-4 皇福区间下穿4号线福民站段位置关系纵剖面图（单位：mm）2.3周边环境
1.周边建筑情况
皇—福区间线路位于福田区福民路上，福田区是深圳市委、市政府所在地，是深圳市的行政、文化、信息、国际展览和商务中心；下穿运营4号线福民站段位于福民路与金田路交叉口，路面车辆行人较多，周边建筑与下穿隧道距离较近，主要有福田妇幼保健院（距离20m）、福民佳园（距离44m）、皇安大厦（距离40m）、知本大厦（距离35m）；4号线福民车站内客流量较大，如图2.3-1所示。图2.3-1 区间周边环境平面示意图
2.地下管线情况
道路两侧存在密集的地下管线，主要有燃气、给水、污水、雨水等，安全风险较高，管线统计见表2.3-1。管线分布情况如图2.3-2所示。表2.3-1 下穿段隧道周边管线统计表续上表图2.3-2 下穿段隧道管线分布情况示意图2.4工程地质与水文地质
1.工程地质情况
根据设计勘察资料情况，皇福区间下穿4号线福民站段地质情况从上往下依次为第四系全新统人工堆积层[素填土（黏性土、砂、碎石）]→第四系全新统冲洪积层（淤泥质黏土）→第四系上更新统冲洪积层（黏土、粉质黏土、中砂、粗砂）→第四系残积层（砾质黏性土）→燕山期花岗岩（全～微风化花岗岩）→构造岩性（强风化、中等风化碎裂岩）。皇福区间下穿4号线隧道断面内地质及拱顶地质为全～强风化花岗岩及砾质黏性土，地质相对较均匀。隧道穿越主要地层岩土物理力学参数见表2.4，皇福区间下穿4号线福民站地质纵剖图如图2.4-1和图2.4-2所示。
2.工程水文情况
根据设计勘察资料情况，皇福区间7号线下穿4号线福民站段地下水按赋存条件主要分为松散岩类孔隙水及基岩裂隙水，孔隙水主要赋存在第四系砂层、黏性土及残积层中，砂层地下水略具承压性。基岩裂隙水主要赋存在花岗岩强～中等风化层中，略具承压性。地下稳定水位埋深1.20～5.80m，稳定水位高程-0.86～3.91m，水位变幅0～4.60m。
地下水的排泄途径主要是蒸发和以径流方式流入河、海。补给来源主要为大气降水及地表水的渗透。表2.4 隧道穿越主要地层岩土物理力学参数表续上表图2.4-1 皇福区间下穿4号线福民站段左线地质纵剖图图2.4-2 皇福区间下穿4号线福民站段右线地质纵剖图第3章富水强风化花岗岩全断面深孔注浆与渗流特性分析3.1注浆材料、参数及工艺3.1.1 注浆材料
水泥—水玻璃类浆液是以水泥和水玻璃为主剂，两者按一定的比例采用双液方式注入，必要时加入缓凝剂（磷酸氢二钠）所形成的注浆材料，是一种用途极广泛，使用效果良好的注浆材料。
注浆材料原则上采用水泥水玻璃双液浆（体积比为水泥浆∶水玻璃浆=1∶0.8、水泥浆的水灰比为0.8～1）。注浆材料的配合比应根据地层情况和胶凝时间要求，并经过试验而定，一般地：（1）采用水泥浆液时，水灰比可采用（0.8∶1）～（2∶1），需缩短凝结时间，则可加入氯盐、三乙醇胺速凝剂。（2）采用水泥—水玻璃浆液时，水泥浆的水灰比可采用（0.8∶1）～（1.5∶1）；水玻璃浓度为25°Bé～40°Bé，水泥浆与水玻璃的体积比宜为（1∶1）～（1∶0.3）。（3）如遇地下水大时，另加入化学材料，以加快凝结速度。
在注入过程中应严密监视压力情况，控制注浆压力在2～5MPa以内，以防止高压使隧道变形。提钻时间应根据现场情况确定，原则每分钟不超过10cm。注浆施工时，浆液类型的选择原则是根据岩溶水赋存情况和涌水量大小而确定。
以上两种注浆材料各有所长，在注浆堵水过程中配合使用。3.1.2 注浆压力
注浆压力是注浆施工中的重要参数，它关系到注浆施工的质量以及是否经济。因此，正确确定注浆压力和合理运用注浆压力有着重要的意义。注浆压力与砂层空隙发育程度、涌水压力、注浆材料的黏度和凝胶时间长短等有关，目前均按经验确定，通常情况下按经验式计算。
按已知的地下水静水压力计算，设计的注浆压力（终压值）为静水压力的2～3倍，最大可达到3～5倍。
根据注浆处地层深度计算注浆压力，即P=KH （3.1-1）式中 P——设计注浆压力（终压值）（MPa）；
H——注浆处深度（m）；
K——由注浆深度确定的压力系数，压力系数K的取值见表3.1-1。表3.1-1 压力系数K取值表3.1.3 注浆工艺及方法
1.注浆工艺流程图
注浆设备主要由搅拌机、注浆泵和钻孔机组成，设备如图3.1-1所示，注浆工艺流程如图3.1-2所示。图3.1-1 注浆设备图图3.1-2 注浆工艺流程图
2.全断面注浆方法
根据地质条件将采用深孔帷幕注浆工法注浆施工工艺，CRD法全断面注浆采用水平注浆，7m为一开挖循环，每循环钻孔深度为6～9m，注浆深度为6～9m，保护层为2～3m。（1）如图3.1-3中（a）所示，第1和第3上半断面注浆第一排孔距按60cm梅花形布置，第二排孔距按80cm梅花形布置，第三排孔距按100cm梅花形布置，第四排孔距按100cm梅花形布置，第五排孔距按100cm梅花形布置，孔深6～9m，注浆深度为6～9m，保护层为2～3m，9m的外围钻孔入射角度为20°～25°。（2）第2和第4下半断面注浆第一排孔距按100cm梅花形布置，第二排孔距按100cm梅花形布置，第三排孔距按100cm梅花形布置，第四排孔距按80cm梅花形布置，第五排孔距按60cm梅花形布置，孔深6～9m，注浆深度为6～9m，保护层为2～3m。9m的外围钻孔入射角度为20°～25°。注浆孔具体布置形式如图3.1-3所示。图3.1-3 隧道CRD法开挖注浆孔布置图（单位：mm）图3.1-3 隧道CRD法开挖注浆孔布置图（单位：mm）（续）3.2注浆效果检查方法
注浆效果检查以压水检查或取芯检查为主，分析注浆资料及检查孔内涌水量为辅。压水检查是注浆结束后，在该注浆断面布置2～3个检查孔，进行压水检查，在设计压力下，注入率小于10L/min为合格。压水检查压力采用注浆压力的0.8倍，且不大于1MPa。
注浆后，必须在分析资料的基础上进行注浆效果检查，采取钻孔取芯观察浆液填充情况，同时按照要求对芯样进行抗压试验，抗压强度不低于0.8MPa。注浆结束后检查孔内涌水量不大于0.2L/min·m，且某一处的漏水量不大于10L/min，即为合格。当检查不合格时，进行补孔加密注浆，注浆结束后注浆钻孔及检查孔应封填密实。注浆前后土体钻芯取样如图3.2-1和图3.2-2所示，注浆后钻孔取芯的强度都大于0.8MPa，满足要求。图3.2-1 注浆前土体钻芯取样图图3.2-2 注浆后土体钻芯取样图3.3多孔介质注浆扩散数值计算3.3.1 模型建立
多孔介质中黏性浆液扩散广泛存在岩土工程地基加固、碎裂带矿山法隧道工程围岩加固及止水等工程。通过假定孔隙和渗流两种模型建立了黏性浆液在多孔介质中的传递扩散模型，假定孔隙模型流体为宾汉流体，利用COMSOL Multiphysics多物理场耦合软件数值模拟对结果进行了分析，讨论了注浆范围和注浆压力随注浆时间的变化。
由对称性，取注浆一侧建立了二维计算模型，模型尺寸中注浆孔半径为0.02m，模型左边界设置为对称边界，上下边界和右边界设置为流出边界，注浆孔边界为流入边界，模型及网格划分如图3.3-1所示，计算参数选取见表3.3-1。图3.3-1 模型及网格划分（单位：m）表3.3-1 计数值模拟计算参数3.3.2 计算结果
对模型进行瞬态分析，得到不同时刻的压力分布和浆液扩散形态，如图3.2-2和图3.2-3所示。其中浆液填充孔隙效果以等效饱和率表示，1代表浆液完全填充孔隙，0表示浆液尚未填充孔隙。结果显示，浆液以注浆孔为圆心向外扩散，注浆孔处注浆压力随着注浆过程不断增大，注浆区域内浆液压力与浆液填充分布范围相同，模拟效果良好。
在注浆速度0.2m/s时，通过瞬态分析，得到了不同注浆时间的注浆半径、注浆压力变化情况，注浆范围内的浆液压力分布情况以及注浆压力随注浆半径变化情况，如图3.3-4～图3.3-7所示。
由图3.3-4可以看出，随着注浆时间的推移，注浆半径呈幂指数形式增大，注浆前期，注浆半径增幅较大，注浆后期，注浆半径随注浆时间的推移增速缓慢。因此，在实际工程中，合理布置注浆孔数目将大大提高注浆效率。
由图3.3-5可以看出，当注浆时间小于10s时，注浆压力急剧增大，迅速趋于稳定；当注浆时间大于10s时，注浆压力将不随注浆时间发生明显变化。因此，在实际工程中，可将注浆时间等于10s时的注浆压力取为设计压力。
由图3.3-6可以看出，当注浆半径小于0.2m时，此时由于浆液流动速度较大，浆液剪应力较大，所以注浆压力迅速增大；当注浆半径大于0.2m时，浆液流动速度逐渐减小，浆液剪应力较小，所以注浆压力增幅不大。
由图3.2-7可以看出，孔隙内浆液压力随浆液半径呈对数形式分布，在1倍注浆孔半径范围内迅速减小，大致减小为注浆压力的一半，在1倍注浆范围外，浆液压力逐渐减小，并最终等于孔隙内大气压值。图3.3-2 不同时刻的压力分布（Pa）
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