巖溶回填土地區(qū)淺埋暗挖隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究

中鐵二十四局集團(tuán)有限公司 上海 200071

1 工程概況

昆明新機(jī)場(chǎng)綜合配套工程（軌道交通6號(hào)線）起自巫家壩，終于新機(jī)場(chǎng)，線路全長(zhǎng)約24.9 km。一期為東部客運(yùn)站至航空港南站，含東部客運(yùn)站站、大板橋站、綜合交通樞紐站、航空港南站共4 站3 區(qū)間，長(zhǎng)約17.9 km。本標(biāo)段線路由沾昆鐵路南側(cè)開(kāi)始，以高架方式穿越A1地塊東側(cè)一角，之后以明挖暗埋的施工方式沿A1線中心行進(jìn)，下穿沾昆鐵路后設(shè)置一綜合交通樞紐站，之后線路繼續(xù)沿A1線直行，在停機(jī)坪前轉(zhuǎn)為暗挖隧道，在航站樓前以95°偏角折向進(jìn)入航空港南站（圖1）。

圖1 平面位置示意

該段隧道埋深9～19 m，為淺埋隧道，主要穿越機(jī)場(chǎng)填土區(qū)、次生紅黏土及巖溶地區(qū)，長(zhǎng)約550 m，圍縱坡為2.91%，最小平曲線半徑為300 m，圍巖為Ⅵ級(jí)。

2 工程地質(zhì)

本工程土層分布復(fù)雜，從上往下主要為： ①人工填土層，②紅黏土層，③強(qiáng)風(fēng)化灰?guī)r，④中風(fēng)化石灰?guī)r。

地下巖溶一般埋深為5～16 m，多以垂直發(fā)育為主。溶洞基本呈串珠狀分布，大部分有黏土充填，部分為半充填溶洞，溶洞頂?shù)装宥鄶?shù)沿裂隙面發(fā)育，裂面均有溶蝕現(xiàn)象；區(qū)間巖溶發(fā)育強(qiáng)度分級(jí)屬?gòu)?qiáng)發(fā)育。

3 關(guān)鍵技術(shù)[1-8]

3.1 鉆孔探溶注漿技術(shù)

因本區(qū)間隧道穿越地質(zhì)情況復(fù)雜，溶洞溶槽發(fā)育且不規(guī)則，上部回填土土體物理力學(xué)性質(zhì)差。為進(jìn)一步核實(shí)該地段的基巖面和巖溶分布情況，制定合理的施工方案，確保隧道施工安全和施工后隧道本身的穩(wěn)定，減少災(zāi)害發(fā)生。

施工前結(jié)合注漿孔布置探溶孔，孔深至基巖面下5 m，間距5 m×5 m，呈梅花形布置。探測(cè)過(guò)程中，若發(fā)現(xiàn)溶洞，采用注水泥漿進(jìn)行填充。

采取鉆孔探溶技術(shù)，準(zhǔn)確探明了隧道周邊基巖和溶洞分布情況，提前制定施工方案，減少因地質(zhì)不確定對(duì)隧道開(kāi)挖進(jìn)度的影響，同時(shí)為隧道施工提供較大的安全保障。

3.2 地表注漿預(yù)加固技術(shù)

由于隧道埋深淺、覆跨比小，上部巖層為松散回填土，隧道下部穿越巖層，因巖層內(nèi)溶洞分布不規(guī)則，溶洞內(nèi)充填物主要是紅黏土，洞室開(kāi)挖后自穩(wěn)時(shí)間很短，為確保洞室安全，需改善隧道周邊圍巖的物理力學(xué)性質(zhì)，增強(qiáng)土體承載強(qiáng)度和增大土體彈性模量，防止隧道施工引起地表下沉和塌陷。

注漿孔間距2.5 m×2.5 m，呈梅花形布置，孔深根據(jù)每個(gè)位置基巖面深度確定。探溶孔兼注漿觀測(cè)孔，孔深至隧道以下5 m，呈梅花形布置（圖2）。漿液采用水泥單液漿，水灰比為0.95～1.05，水泥為P.O 42.5，注漿壓力控制在0.8～1.5 MPa，注漿量控制在15～20 L/min。

圖2 注漿孔、探溶孔平面布置

通過(guò)地表注漿預(yù)加固，對(duì)隧道周邊的回填土進(jìn)行固結(jié)和對(duì)溶洞進(jìn)行充填，防止洞內(nèi)掘進(jìn)發(fā)生坍塌、冒頂?shù)劝踩鹿?，減小隧道建成后的沉降。

3.3 進(jìn)洞長(zhǎng)大管棚施工技術(shù)

本工程進(jìn)洞段屬于土質(zhì)較差且?guī)r溶發(fā)育區(qū)域，隧頂?shù)貙又饕獮榛靥钔?，屬高壓縮性土。開(kāi)挖施工掌子面易失穩(wěn)，隧道初支結(jié)構(gòu)易發(fā)生較大變形。為確保隧道施工安全，該段除地表采用壓密注漿加固外，進(jìn)洞區(qū)域還采取了超前長(zhǎng)大管棚支護(hù)。

為防止進(jìn)洞過(guò)程中填土層產(chǎn)生坍孔，管棚的成孔施工采用潛孔垂并跟管鉆孔的方法，鉆進(jìn)施工從兩側(cè)起拱線由下向上鉆進(jìn)，由兩邊向中間鉆進(jìn)，采用跳開(kāi)布點(diǎn)鉆進(jìn)，并在鉆進(jìn)結(jié)束后，對(duì)管棚周?chē)鷰r體及管棚內(nèi)注雙液漿固結(jié)并封端。

3.4 開(kāi)挖施工控制技術(shù)

采用預(yù)留核心土法進(jìn)行開(kāi)挖，嚴(yán)格按照“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”原則，分6 塊進(jìn)行施工（圖3）。

圖3 開(kāi)挖工序及分塊示意

（a）上部弧形導(dǎo)坑開(kāi)挖：在拱部超前支護(hù)后進(jìn)行，環(huán)向開(kāi)挖上部弧形導(dǎo)坑，預(yù)留核心土，核心土長(zhǎng)度為3～5 m，寬度為隧道開(kāi)挖寬度的1/3～1/2。開(kāi)挖循環(huán)進(jìn)尺最大不得超過(guò)1.0 m，開(kāi)挖后立即初噴8 cm混凝土。開(kāi)挖后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，架設(shè)鋼架，在鋼架拱腳以上30 cm高度處，緊貼著鋼架兩側(cè)邊沿按照下傾角為30°打設(shè)鎖腳錨管，鎖腳錨管與鋼架牢固焊接，復(fù)噴混凝土至設(shè)計(jì)厚度。

（b）左、右側(cè)下臺(tái)階開(kāi)挖：開(kāi)挖進(jìn)尺1.5～3 m，左、右側(cè)臺(tái)階錯(cuò)開(kāi)2～3 m，開(kāi)挖后立即進(jìn)行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護(hù)，并及時(shí)打設(shè)鎖腳錨管，后復(fù)噴混凝土。

（c）上下臺(tái)階分別開(kāi)挖預(yù)留的核心土，開(kāi)挖進(jìn)尺與各臺(tái)階循環(huán)進(jìn)尺相一致。

（d）隧底開(kāi)挖，每循環(huán)開(kāi)挖長(zhǎng)度宜為2～3 m，開(kāi)挖后及時(shí)施作仰拱初期支護(hù)，完成2 個(gè)隧底開(kāi)挖、支護(hù)循環(huán)后，及時(shí)施作仰拱，仰拱分段長(zhǎng)度宜為4～6 m。

為減少爆破對(duì)軟弱圍巖隧道的影響，開(kāi)挖過(guò)程中，遇到石筍、石柱等巖層，采用淺孔爆破施工。

通過(guò)土體注漿加固、靈活掌握進(jìn)尺、合理布設(shè)爆破孔和炸藥用量，加強(qiáng)支護(hù)，及時(shí)封閉初支成環(huán)，減少對(duì)開(kāi)挖圍巖擾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了隧道安全貫通。洞身開(kāi)挖過(guò)程中，由于地表預(yù)注漿施工，圍巖開(kāi)挖輪廓較圓順，施工中未出現(xiàn)崩塌、掉塊等不良現(xiàn)象，保證了隧道施工安全，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，初期支護(hù)后，拱頂累計(jì)沉降量達(dá)2.2 cm，洞室處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)摸索、試驗(yàn)、研討、技術(shù)攻關(guān)，本工程隧道得以安全、按時(shí)貫通，并取得良好的社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益，為地下工程的施工積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。

巖溶地段淺埋隧道的施工，要加強(qiáng)地質(zhì)普查、勘探工作。施工前采用探溶注漿技術(shù)，提前探明了基巖和溶洞的分布情況，為后期施工方案和施工方法的確定提供了依據(jù)，為隧道的順利貫通奠定了基礎(chǔ)。