地铁隧道穿越富水砂层段设计关键技术探讨

引言：

城市轨道交通快速发展，地铁隧道施工碰到富水砂层等复杂地质环境的情况愈发常见。这类地层渗透性高、稳定性低，很容易导致涌水、流砂乃至塌方等工程灾害，对施工安全与结构稳定构成严重威胁。怎样在保证施工效率的前提下有效管控风险，是地铁工程设计中的主要难题。探寻切实可用的设计关键技术，已成为促进隧道工程安全、高效、绿色发展的重要方面。

一、富水砂层地质特性与工程挑战分析

富水砂层隧道施工需在动态调整中平衡安全与效率，借助精细化操作来化解地层敏感性引发的风险

1. 富水砂层的地质组成与分布特征

富水砂层的构成主体为中细砂，其颗粒排列松散且孔隙率较高，具备较强的渗透性。这类地层大多分布在沿江、沿海地带或是地下水活动较为频繁的区域，往往伴随着高水位以及丰富的潜水层，水文地质条件较为复杂。该地层渗透系数较大，地下水与地层颗粒之间的耦合作用十分显著，在受到扰动时容易出现流砂、涌水情况[1]。

2. 隧道施工中易诱发的工程灾害类型

在隧道掘进作业过程中，富水砂层容易引发多种地质灾害，主要有掌子面突涌水、地表沉降、砂层流动失稳等。其中，盾构推进时由于土体受到扰动，可能会导致地层松动，水砂混合物会通过间隙进入施工区域，进而造成工作面失稳。开挖作业引起的应力重分布，也可能会使邻近建筑物出现沉降或开裂现象。降水不足或者支护不到位时，很容易发生突发性涌水或管涌，造成施工中断乃至重大安全事故 [2]。

3. 复杂地质条件下的设计应对难点

面对富水砂层高渗透、高流动性的特点，设计阶段需要同时兼顾后续施工安全与结构稳定性。在结构选型上，要合理选用盾构法、明挖法或暗挖法，并且结合注浆、井点降水等加固技术措施。同时经常会遇到地层信息不确定、加固效果难以预测、防水结构容易失效等问题。还需兼顾沉降控制、施工扰动最小化以及长期运营安全，整体设计必须具备较高的适应性与可调节性，形成多手段、多环节协同的系统性解决方案。

二、地铁隧道穿越富水砂层的关键设计技术

穿越富水砂层的地铁隧道工程存在渗透性强、地层对扰动敏感等问题，要依靠系统化且有针对性的设计技术，保障施工安全与结构稳定。

1. 适应性施工工法的选择策略

施工工法的合理选择是应对富水砂层挑战的首要环节。盾构法凭借密闭性佳、扰动小的特点，成为主流之选，适合高水压、地层松散的复杂环境。为让盾构顺利推进，需配备具备土压或泥水平衡功能的盾构机，以此维持掌子面稳定，防止涌水、塌方情况发生。明挖法多用于浅埋段，不过需要严密的支护与降水系统配合。对于不适合机械化施工的区域，可考虑暗挖法与超前支护相结合的方式。工法选择要依据地质勘察结果、周边环境及施工条件做综合评估，保证技术适应性与经济可行性都能兼顾。

2. 多手段组合的地层加固技术

地层加固是增强富水砂层稳定性与可施工性的关键所在。注浆加固常用于填充砂层孔隙、提高抗渗与抗剪强度，常用材料有水泥、水玻璃和化学浆液，需依据地层渗透性选择不同的浆液及注浆方式。井点降水作为辅助方式，有利于降低地下水位，减小涌水风险。

3. 结构防护与沉降控制设计要点

穿越富水砂层的隧道结构需要有出色的防水与抗变形性能 [3]。结构设计应优先采用复合衬砌体系，设置防水混凝土和柔性止水材料相结合的多道防线，避免地下水长期渗漏。接缝处设计要考虑水压作用及砂粒侵蚀风险，采用双道

止水带、橡胶圈等加强密封效果。为控制地表沉降，设计阶段要引入有限元模拟来预测沉降趋势，通过分段施工、同步注浆等方式动态调整参数。

三、典型工法适应性与风险控制策略探讨

富水砂层地质条件复杂多变，不同工法在应用中展现出不同的适应性与风险特征。通过典型案例分析，总结工法适应性与风险控制策略，对工程有着重要的指导意义。

1. 盾构法在成都地铁二十七号线中的应用

成都地铁二十七号线沙河源站 ~ 新桥站区间段穿越富水粉细砂层，采用土压平衡盾构施工。施工期间遭遇高水压和多次涌砂现象，项目组通过调整土仓压力、控制推进速度、加密同步注浆、二次注浆等方式，有效稳定了掌子面。该段还配套实施洞内注浆加固措施，增强地层整体性，保障盾构顺利通过。该案例说明，盾构法适应性较强，但必须结合智能监测系统，动态调整参数以应对复杂地质扰动。

2. 注浆加固在成都地铁二十七号线黄忠站端头加固的实践

成都地铁二十七号线黄忠站大里程端头位于富水粉细砂与砾砂混合层，车站采用明挖法施工，辅助以井点降水，大里程端头区间采用盾构法施工。由于地层透水性强，地下水位高，施工前对端头采用了地面注浆加固措施，并辅助以井点降水措施，确保盾构始发安全性。施工过程中，加强对隧道结构变形的监测，随时监测压力仓内支护压力，大幅降低了地表沉降与隧道变形风险。

3. 隔水设计在成都地铁二十七号线中的风险控制经验

成都地铁二十七号线黄忠站 ~ 金沙滨河公园站区间隧道穿越摸底河，地层中存在高渗透性饱和砂层，传统地面注浆难以实施封堵渗水路径，最终选择河流铺底措施并辅助洞内加固进行加固。在枯水期采用钢筋混凝土板对河流进行铺底以降低施工期间盾构掘进风险。区间隧道下穿前对盾构机进行检查、维修，保证在下穿段内不停机，一次性通过，施工过程中严抓渣土管理，及时分析填挖数据，降低地层损失率。盾构机通过后通过壁后注浆方式对隧道周边土体进行进一步加固处理，确保穿越风险源期间安全可靠。

结语：

地铁隧道穿越富水砂层是一项复杂且高风险的系统工程，要在充分掌握地质特性的基础上，科学选择施工工法，合理设计结构防护与加固措施。盾构法、明挖法、注浆加固法、隔水设计在不同地质条件下各有优势，需根据实际情况灵活运用。同时，要通过监测预警与动态调整手段强化风险控制，确保施工安全与结构稳定。典型案例的成功经验为相同地层相似工程提供经验参考，未来应进一步推动技术集成与创新，以应对更严峻的地下工程挑战。

参考文献：

[1] 王术明 , 刘林胜 , 雷刚 . 青岛富水砂层隧道工程难点与关键技术研究[J]. 施工技术 ,2016,45(S1):451-455.

[2] 张红军 . 上覆富水砂层隧道开挖面稳定性分析与注浆加固对策研究[D]. 山东大学 ,2017.

[3] 王国炜 . 管线密布下浅埋大跨径广州地铁客村联络线富水砂层段施工技术 [J]. 山东交通科技 ,2020,(03):61-64.