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1、城市轨道交通工程创新技术指南地下水控制目录5.1大断面浅埋隧道冻结施工技术25.2卵（砾、漂）石基坑深孔注浆帷幕止水施工技术55.3富水卵石地层深基坑带水开挖及混凝土封底施工技术75.4隧道冻结法微扰动控制施工技术95.5悬挂式止水帷幕结合地下水回灌沉降控制技术115.1 大断面浅埋隧道冻结施工技术5.1.1 技术产生背景目前大断面浅埋暗挖隧道在城市轨道交通工程有大量应用，但浅埋隧道覆盖层薄、围岩稳定性差、对周边环境影响大、且开挖时易出现坍塌等工程事故，一直以来是矿山法隧道施工中的重点和难点。此外当浅埋暗挖隧道穿越富水软土地层时，由于地下水的影响，传统的注浆加固和降水措施对水环境影响较大，采用
2、冻结法施工，既可以对围岩进行加固，又可以止水，特别适合在富水地层中采用，但对于轨道交通工程的大断面浅埋暗挖隧道，往往周边建筑物及管线密集，冻结壁如何封闭、浅埋环境如何保证冻结壁温度、如何保障低温环境管线的安全以及冻胀和融沉的影响，实现安全高效施工，成为类似工程亟待解决的问题。5.1.2 技术内容（1）分区布管冻结开挖技术针对轨道交通大断面矿山法隧道比较多的情况，以某平顶直墙区间矿山法隧道为例，采用分区冻结开挖，即水平冻结管按“四”字形布置，将开挖面分为、三个区块。冻结管沿3个区分界线布设，每个区可形成独自的封闭冻结帷幕。在冻结过程中先进行区冻结、土方开挖、结构施作。待区冻结壁成型后、开始冷冻，
3、区结构完成后进行、区冻结帷幕已形成，可进行开挖施工。在避免大范围冻结形成的集中冻涨影响的同时，确保冻土帷幕达到设计指标，减少冻结的时间，该技术对地面的隆沉控制和隔水效果都非常显著，见图5.1-1和5.1-2。 图5.1-1 冻结分区图 图5.1-2 冻结管施工图（2）冻结壁形成期间隔离地下水流动及地表温度传递技术通过对测温孔、卸压孔及地表隆起进行监测分析，确定冻结帷幕薄弱地带，在隧道顶部（距离冻结壁外缘上方2m处）通过钻孔注入惰性浆液（水泥+膨润土），隔离地表温度传递及浅层地下水流动对冻土帷幕发展的影响，见图5.1-3。图5.1-3 注入惰性浆液后温度下降曲线（3）冻涨融沉控制技术首先通过分区
4、分阶段冻结，缓解冻涨应力集中，同时进行地面监测及泄压孔的压力监测，冻涨引起地面有隆起趋势时，通过泄压孔泄压，保障冻土范围压力均衡，控制地面隆起。融沉阶段依据地面监测，通过预埋注浆管进行注浆并控制注浆压力和注浆量，保持地面沉降在允许范围，见图5.1-4。图5.1-4 防喷涌泄压装置融沉注浆的结束以地面变形稳定为依据。根据对隧道上方建筑物及周边监测点进行监测，在每半个月监测1次且连续2次地面沉降量保持在0.5mm以内，累计沉降量小于1mm后，结束融沉注浆。5.1.3 主要技术性能和技术特点（1）创新采用冻结管把开挖面分成三个区块分别冻结开挖。这样既提高了安全性，又减小了冻胀影响。（2）根据冻结壁发
5、展趋势，对浅埋结构顶部进行惰性浆液填充注浆，阻断地下水及地表温度传递对冻结帷幕的影响。（3）通过沉降监测、测温孔监测等数据，将循环盐水温度、卸压孔、注浆孔有机结合，进行综合调控，均衡地层内水土压力，有针对性的进行施作，控制冻胀融沉对地表结构的影响。（4）可采用人工解冻方式加速融沉，缩短工期。5.1.4 适用范围及应用条件本技术适用于轨道交通工程中各种截面的大断面浅埋富水软土地层矿山法隧道，主要解决软土地层暗挖围岩自稳性差，常规的加固措施对周边环境影响大或地面无加固条件的情况，尤其对地下水进行有效隔离，分区冻结施做结构的技术结合信息化监测泄压，对冻涨融沉的有效控制，使得此技术在城市中对沉降控制要
6、求较高时有很大适用性。冻结区内不应有地下管线。5.1.5 已应用情况该项技术成果已成功运用于广州6号线首期桥中站-黄沙站区间矿山法区段，运用冻结法暗挖隧道技术，成功穿越了淤泥质粉细砂层，避免了在隧道加固及开挖过程中出现涌水涌砂以致坍塌的风险，保护了周边环境，地面建筑物总沉降控制在8mm范围内。5.2 卵（砾、漂）石基坑深孔注浆帷幕止水施工技术5.2.1 技术产生背景随着地铁工程线网的加密，明挖法基坑越来越深，基坑降水的难度也越来越大；在一些繁华城区，因车站基坑周边管线众多、交通繁忙，缺乏施做降水井的条件，同时在卵（砾、漂）石地层，降水施工形成的降水漏斗很大，抽水量极大，造成了地下水资源的严重浪
7、费，并且对基坑周边的环境造成较大影响。在保护地下水资源的大环境下，推广采用切实有效的非降水技术，地铁明挖基坑已逐步调整为“止水为主，结合坑内疏干”的地下水控制措施，而在卵（砾、漂）石地层，注浆止水帷幕的成孔、浆液选择、注浆控制等技术需要进行有针对性的研究，以提高效率，确保止水效果。5.2.2 技术内容（1）在地铁车站卵（砾、漂）石地层深基坑施工中应用“内外双排、分段后退式双液多管同步深孔复合注浆”止水帷幕的非降水施工技术，实现了深孔注浆浆液柱状扩散，保证了注浆效果。（2）本技术采用新型液压履带钻机，管跟进深孔小口径钻孔技术，在钻孔中心距围护桩净距0.30.5m的条件下，钻孔深度达到36.5m，
8、能够克服卵砾漂石地层成孔困难、成孔效率低，定位不够准确的施工难题，见图5.2-1。（3）本技术采用新型浆液混合装置，通过加设浆液混合器、反浆器、注入喷射器以及均匀的出浆孔等，使双液浆充分混合，浆液均匀扩散，阻止泥沙、石块儿等进入内管造成卡管，注浆止水效果良好，保证工程施工的可靠性，见图5.2-2。（4）本技术采用适用于卵（砾、漂）石地层的两种新型环保浆液，两种浆液可呈柱状均匀扩散，满足帷幕止水墙的厚度和强度，达到止水目的，保证工程安全顺利实施。 图5.2-1 液压履带钻机 图5.2-2 浆液混合装置图5.2-3 注浆孔位布点图5.2.3 主要技术性能和技术特点（1）内外双排双层复合注浆止水帷幕
9、技术中注浆土体可以相互咬合密实，咬合10cm以上，围护桩与注浆土体形成一体止水帷幕墙，确保注浆止水墙体厚度和止水效果，见图5.2-3。（2）当注浆深度较大，穿过较多含水层，且裂隙大小不同时，同一注浆压力下，浆液的流动和扩散会不同；另外，静水压力随含水层埋藏深度增加而增加，同一注浆压力下，上部岩层的裂隙进浆多，扩散远，下部岩层的裂隙进浆少，扩散近或几乎不扩散。因此，本技术采用上下分段后退式双液注浆，浆液在各含水层扩散均匀，确保注浆止水深度范围内的注浆质量，保证止水效果。（3）采用双控信息化注浆方法，通过流量计实时观察注浆流量和压力，检查流量及压力的变化情况。注浆过程中采用定量注浆，以压力情况来控
10、制双重管提升速度，确保注浆扩散均匀。（4）采用双液浆注浆管端头混合装置，保证浆液充分混合均匀，泥沙不易进入内管造成堵管，解决了浆液扩散不均匀的问题，保证了注浆止水效果，见图5.2-4。 图5.2-4 多管同步深孔注浆施工5.2.4 适用范围及应用条件适用于卵（砾、漂）石地层的基坑深孔注浆止水帷幕施工，尤其适合城市交通繁忙地区、邻近地上、下建（构）筑物、地下管线众多的地铁车站、区间和竖井的深基坑止水帷幕施工。基坑周边影响范围内应无降水井等抽排地下水情况，避免因地下水流动大影响注浆止水效果。5.2.5 已应用情况北京地铁14号线丰台北路站为地铁9号线与14号线换乘站，主体基坑深26m，基坑底至不透
11、水层深36.5m，含水层厚度约8m，因邻近桥梁、建筑物且管线密布，无法实施降水，采用基坑深孔复合注浆帷幕止水施工方法，实现了复杂环境下厚卵（砾、漂）石地层止水帷幕施工的技术突破，建立了卵（砾、漂）石地层注浆材料、注浆设备及注浆工艺的系统施工技术，具有显著的经济效益和社会效益。5.3 富水卵石地层深基坑带水开挖及混凝土封底施工技术5.3.1 技术产生背景在富水卵石地层中，地层致密坚硬、地下水丰富且透水性极强的情况下，地下水补给充足降排水难以有效降低水位，坚硬的地层使常规注浆止水封底和旋喷止水封底较难保证止水效果，且会对地下水造成污染；采用冷冻法封底工期长造价高，且会有隆沉影响；超深的隔水层使得隔
12、水帷幕施工困难且极不经济。而借鉴跨江跨河深水墩基础施工经验，采用水下混凝土封底可解决上述问题，但需要在土方开挖、施工区段划分、水下混凝土灌注、封底混凝土厚度、及与帷幕连接等方面进行深入研究，确保止水效果和地层隆沉控制。5.3.2 技术内容（1）针对工程具体的地质水文情况，采用水下开挖及水下混凝土封底的工艺进行地铁车站深基坑的开挖作业，即采用旋挖钻、液压抓斗成槽机、低净空双轮铣槽机进行超深地连墙施工；通过研发空槽回填材料施工分仓墙，将车站封底区域划分仓室，确保封底单仓面积250m2以内；基坑开挖之前，在基坑周围打设应急减压井作为基坑安全保障的应急手段。基坑水位线以上土方采用正常开挖方式作业，见图
13、5.3-15.3-3。 图5.3-1 铣槽机作业图 图5.3-2 空槽回填材料 图5.3-3 全过程建模分析图（2）针对水位线以下部分，在坑内地下水不做任何处理的前提下，提出利用贝雷梁+钢桁架的方式搭设水下开挖移动作业平台，采用旋挖钻机、履带吊重力抓斗、射流反循环钻机及吸泥机等方式组合水下取土的方法，利用潜水员对基坑盲区及底部进行清理整平，进行必要的水下处理工作，借助水下拍照和水下摄像的方式进行质量验收，最终采用具有良好稳定性、粘聚性和保水性的水下混凝土逐仓进行水下封底，实现基坑内外水系隔离，待水下混凝土强度满足要求后进行坑内积水抽排，正常施工车站结构。其中主要的技术内容包括地连墙铣槽机快速成
14、槽技术、分仓墙空槽回填材料研发、自行式工作平台设计与使用、射流反循环钻机研发、水下开挖测量技术、潜水员水下作业技术、封底混凝土性能控制、水下混凝土封底作业技术及监测技术等，见图5.3-45.3-6。 图5.3-4 潜水员作业图 图 5.3 -5 水下开挖作业 5.3-6 水下混凝土封底作业5.3.3 主要技术性能和技术特点（1）本技术创造性的将临江临海深水墩施工技术引入地铁车站深基坑中，巧妙的解决富水卵石地层基坑开挖的问题，为地铁基坑施工开辟新的思路，此外，将采煤工艺中的射流反循环工艺、水工里的潜水员技术应用于轨道交通领域，取得良好效果。（2）在地层致密坚硬、地下水丰富且透水性强的地铁车站施工
15、中成功应用，截止目前，在长江、闽江边富水软土地层深基坑施工中也成功推广应用，其在富水地层适用性强，较传统工艺优势明显。（3）在坚硬富水地层，特殊注浆工艺封堵造价极高，而抽排水需增设市政管网，并收取高额的降排水费用，水下作业成功实施降低工程造价近亿元。此外，本技术不进行注浆封堵止水和降排水，既避免浆液污染地下水，又可节约数以千万方计的宝贵地下水资源。（4）水下挖土技术有效避免因降水不及时或较深且致密的地层注浆封堵质量差所引发的安全问题，有效保证基坑安全。5.3.4 适用范围及应用条件适用于地铁车站基坑、大型交通枢纽基坑及大型房建深基坑工程，尤其是地层致密坚硬、地下水丰富且透水性强的深基坑施工。下层的隔水层较深，施作落底的隔水墙困难或不经济。5.3.5 已应用情况应用于北京地铁8号线三期永定门外站工程，基坑长度140m，最大宽度29m，最大开挖深度34m，本技术成功应用保证周边建构筑物安全，降低工程造价1亿元以上，节约8000万m3以上宝贵的地下水资源。5.4 隧道冻结法微扰动控制施工技术5.4.1 技术产生背
