地鐵超淺埋暗挖隧道在復(fù)雜環(huán)境下的綜合施工技術(shù)研究

李新濤

摘要：城市地鐵隧道施工時，不僅要保證隧道本體在復(fù)雜環(huán)境情況下快速及安全施工，還須保證地面既有建筑物、道路和管網(wǎng)安全，本文以貴陽地鐵為依托，研究總結(jié)了在復(fù)雜淺埋復(fù)雜情況下的地鐵隧道施工技術(shù)，為今后類似工程施工積累了寶貴經(jīng)驗。

Abstract： During the construction of urban subway tunnels， it is necessary not only to ensure the rapid and safe construction of the tunnel body under complex environmental conditions， but also to ensure the safety of existing buildings， roads and pipe networks on the ground. Based on the Guiyang Metro， this paper summarizes the construction technology of subway tunnels under complicated shallow and complicated conditions， and has accumulated valuable experience for similar projects in the future.

關(guān)鍵詞：地鐵;超淺埋暗挖;涌水;回填區(qū);施工技術(shù);監(jiān)控量測

Key words： subway;ultra-shallow buried excavation;water inrush;backfilling area;construction technology;monitoring measurement

中圖分類號：U455? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）34-0154-03

0? 引言

隨著我國城市規(guī)模成倍擴大，城市交通擁堵現(xiàn)象日益嚴重。地鐵以其安全、準時、快速優(yōu)點，在改善城市交通環(huán)境方面發(fā)揮越來越大的作用，各大城市都積極規(guī)劃建設(shè)地鐵項目。而地鐵線路一般沿城市主干線敷設(shè)，穿越居民區(qū)、商業(yè)區(qū)及其它重要設(shè)施。不僅需要保證地鐵隧道能夠在復(fù)雜環(huán)境下安全快速施工，還須妥善地解決下穿的建筑物、道路及管網(wǎng)的安全。雖各城市地質(zhì)情況復(fù)雜多變，地鐵隧道施工積累了豐富的技術(shù)經(jīng)驗，但目前國內(nèi)對于下穿塊石回填區(qū)、喀斯特地質(zhì)巖溶發(fā)育和地下水豐富的淺埋和超淺埋暗挖隧道施工經(jīng)驗缺乏，相應(yīng)的施工技術(shù)研究少。所以，進行地鐵超淺埋暗挖隧道在復(fù)雜環(huán)境下的綜合施工技術(shù)研究，以達到安全快速及高質(zhì)量的施工，具有較強的現(xiàn)實意義。

1? 工程簡介

貴陽軌道交通1號線第八工作段包含兩站、兩區(qū)間，線路全長3.1549km，暗挖隧道總長2486.4m，其中望～新區(qū)間全部和沙～望區(qū)間暗挖隧道的60%為淺埋或超淺埋段，圍巖地質(zhì)差、施工難度大、安全風險高。

望城坡站～新村站區(qū)間隧道為雙洞單線+單洞雙線結(jié)構(gòu)，拱頂埋深5.8～11m，隧道下穿主干道珠江路、住宅小區(qū)高邊坡樁板墻和復(fù)雜市政管網(wǎng)，拱頂覆土為塊石回填和泥巖層，局部段落塊石回填層已侵入洞身開挖范圍。

沙沖路站～望城坡站區(qū)間設(shè)計為礦山法暗挖隧道，全區(qū)間為雙洞單線結(jié)構(gòu)，其中980m為淺埋施工，埋深14～30m。隧道在后巢村附近下穿既有南關(guān)雙線鐵路路基，南關(guān)線為電氣化鐵路，貨運繁忙。該段隧道左右線間距13.5m，隧道拱頂距鐵路軌面高差約22m，屬于施工重點風險源。

2? 技術(shù)突破及技術(shù)創(chuàng)新點

以貴陽地鐵1號線望～新區(qū)間和沙～望區(qū)間隧道工程為背景，技術(shù)人員及有關(guān)專家認真仔細分析了圍巖地質(zhì)以及水文地質(zhì)情況，詳細調(diào)查研究周邊施工環(huán)境，輔助以地面雷達掃描、地質(zhì)鉆探等多種技術(shù)手段，結(jié)合地質(zhì)勘查報告、施工設(shè)計圖，研究并總結(jié)了針對性較強的施工處理措施和技術(shù)方案，為安全、快速施工提供了強有力的技術(shù)保障和支持。確保了塊石回填區(qū)和喀斯特地質(zhì)巖溶發(fā)育、地下水豐富，淺埋和超淺埋地鐵暗挖地鐵下穿城市道路、建筑物、鐵路和城市管網(wǎng)等復(fù)雜環(huán)境條件下快速及安全施工。本項目研究所取得的主要技術(shù)突破和創(chuàng)新點為：

①下穿塊石回填區(qū)、道路和城市管網(wǎng)的超淺埋隧道。單洞單線隧道（開挖面積38.2～62.7m2）采用臺階法+預(yù)留核心土+冷開挖施工;單洞雙線大斷面隧道（開挖面積87.4～100.5m2）將原設(shè)計CRD法優(yōu)化，首次將三臺階七步流水作業(yè)法應(yīng)用于地鐵區(qū)間隧道，成功下穿超淺埋回填層和高邊坡樁板墻。②穿越回填層發(fā)生涌水、巖溶以及圍巖裂隙水處理措施。施工前采用超前地質(zhì)預(yù)報、紅外線探水和超前地質(zhì)鉆孔獲得掌子面前方地質(zhì)圍巖信息以指導(dǎo)隧道施工;針對涌水和溶洞，采取了洞內(nèi)注漿和地表注漿相結(jié)合的處理措施，確保隧道全包防水要求。③將原微差爆破優(yōu)化為秒差爆破，部分段落采用掘進機開挖，很好地控制了隧道爆破掘進振動對地表建筑物及居民的影響。④地鐵下穿鐵路段采取超前大管棚+超前小導(dǎo)管超前支護，開挖采用一步一回頭，二襯緊跟的方法。且將原設(shè)計大小里程兩個掌子面各打設(shè)1環(huán)25m管棚（搭接5m）防護，優(yōu)化為從大里程一端施工1環(huán)45m超長大管棚。成功完成下穿鐵路施工，有效控制鐵路沉降。

3? 主要技術(shù)突破和創(chuàng)新點的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 望～新區(qū)間超淺埋暗挖隧道施工

該段地鐵隧道有單洞單線和單洞雙線兩種結(jié)構(gòu)形式，隧道穿越鬧市區(qū)，車輛及行人密集。沿線周邊建筑物多，居民房屋距離隧道開挖輪廓線4.2m，左隧下穿安置房小區(qū)的邊坡樁板墻，隧道拱頂埋深5.8～11m。瀝青路面下為回填層，由大塊石及少量碎石、粘土組成，組分均勻性差，結(jié)構(gòu)松散，如圖1所示。地下通信電纜、燃氣、自來水管道等密集。施工時發(fā)現(xiàn)沿線所有雨污水管道接頭未經(jīng)密封處理，導(dǎo)致接頭漏水;且該區(qū)域為周圍地勢最低處，成生活用水、大氣降水和地下水匯集區(qū)，導(dǎo)致巖體含水量極大，掌子面大量涌水，地表沉降較大。

3.1.1 核心土+臺階法的冷開挖方法

該區(qū)間單線單洞隧道采用核心土+臺階法的冷開挖方法。掘進嚴格按照“管超前、嚴注漿、冷開挖、少擾動、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”原則進行，確保施工安全。

施工臺階高度根據(jù)施工機具、人員安排等情況適當調(diào)整。上臺階每循環(huán)進尺不大于1榀鋼架間距，邊墻每循環(huán)進尺不大于2榀鋼架間距;仰拱開挖前完成鋼架鎖腳錨桿;每循環(huán)開挖進尺需小于3m。左、右洞掌子面錯開5倍洞徑以上。

工序變化處之鋼架設(shè)鎖腳錨桿。鋼架間連接鋼筋及時施作并連接牢固。

嚴格進行監(jiān)控量測，以分析、確定灌筑二襯時機及調(diào)整支護參數(shù)。

3.1.2 CRD法變?nèi)_階七步流水作業(yè)法施工

望～新區(qū)間單洞雙線結(jié)構(gòu)開挖面積87.4～100.5m2，拱頂埋深5.8～8m，為淺埋大斷面隧道，拱頂上方為泥巖、砂巖層及回填層。原設(shè)計施工工法為CRD法。

由于CRD法功效低、工期長。本項目總結(jié)了三臺階七步流水作業(yè)法在鐵路隧道的大量成功應(yīng)用，首次將該工法應(yīng)用于地鐵區(qū)間隧道，成功下穿超淺埋回填層和高邊坡?lián)跬翂Α?/p>

該段圍巖為泥巖、砂巖，局部為回填層;砂巖、泥巖強度高、硬度大，采用一般冷開挖難度大，需使用大型破碎錘破碎開挖。采用三臺階七步流水作業(yè)法開挖（如圖2、3所示），斷面分為三個臺階五個作業(yè)面，實現(xiàn)了“小斷面開挖，大斷面作業(yè)”，充分利用隧道空間使用大型機械施工，且多工序平行作業(yè)，提高工效。

3.1.3 掌子面涌水處理方法

①洞內(nèi)處理。

隧道下穿回填層，地下水豐富，掌子面常出現(xiàn)大規(guī)模涌水，造成拱頂局部圍巖坍塌，給施工帶來極大難度。主要采取以下處理措施：1）停止掌子面開挖，對掌子面掛網(wǎng)噴砼封閉，用鋼管引流涌水。沿隧道縱向和徑向打設(shè)4m長注漿鋼管，環(huán)向間距0.5m;在因涌水造成初支背后脫空位置埋設(shè)泵送砼？準200mm導(dǎo)管。2）利用預(yù)埋泵送砼管，對初支后脫空處泵送C20砼回填。3）對注漿鋼管進行注漿封堵。小規(guī)模涌水注水泥漿。大規(guī)模涌水或注水泥漿效果不明顯時注水泥水玻璃雙液漿，漿液配比及注漿壓力根據(jù)現(xiàn)場情況進行確認及調(diào)整。4）注漿后如還有少量漏水，先將漏水集中引排，待初支封閉成環(huán)后再注漿處理。

②地表處理。

掌子面涌水除洞內(nèi)堵水外，還在地表進行處理，主要方法如下：1）排查地面雨污水管、檢查井，摸清水流方向，判斷洞內(nèi)涌水來源，進行堵截和臨時抽排。2）機械+人工方式將掌子面涌水處上方開挖到雨污水管管底，確定滲漏水來源，修復(fù)破損雨污水管，抽排滲水。3）在雨污水管基坑兩側(cè)掛網(wǎng)噴錨支護，底部澆注砼基底并設(shè)集水坑抽水，截排地表水，以完全控制或大幅度減少圍巖涌水，確保隧道順利掘進。

3.1.4 初期支護滲漏水處理措施

施工期間，初支表面?，F(xiàn)滲漏水現(xiàn)象，處理措施為：①先引排滲漏水。②待初支封閉成環(huán)一定長度后在滲水區(qū)域打設(shè)注漿鋼管，間距0.2～0.5m，孔深3～4m。鋼管端口安裝球閥，管和孔壁間空隙用錨固劑填充。③注漿采用水泥漿或水泥水玻璃漿液，水泥漿水灰比為0.8：1～1：1，雙液漿配合比為（水泥：水=1：0.8（質(zhì)量比）、水泥漿：水玻璃=1：1 （體積比）），注漿壓力為0.5～1.0MPa。

3.1.5 巖溶涌水處理方案

沙～望區(qū)間隧道施工遭遇溶洞6個，溶洞群4處，其中最大一處溶洞群沿隧道縱向長度約30m，溶洞主要位于洞身拱頂和邊墻位置，均為填充性溶洞，填充物主要為淤泥，溶洞圍巖裂隙水聯(lián)通，造成洞內(nèi)涌水現(xiàn)象嚴重。

①小型溶洞處理方法。

出露于拱部和邊墻，發(fā)育有限的小型溶洞處理措施如下：1）采用Φ42注漿小導(dǎo)管提前至少三榀鋼架對溶洞進行超前預(yù)支護，每榀鋼架施作一環(huán)，前后環(huán)錯開施工，溶腔內(nèi)每兩榀鋼架施作一環(huán)小導(dǎo)管。小導(dǎo)管長度根據(jù)溶洞規(guī)模適當調(diào)整。以上超前支護能夠避免溶洞充填物塌落引起地表沉陷，個別溶洞還采取了加鋼插板等措施。2）開挖后掌子面圍巖采用Φ42小導(dǎo)管注漿加固。3）溶洞處鋼架加密為0.5m/榀，初支封閉后立即注漿充填密實。4）對于淺埋及下穿建筑物段的拱部溶腔須回填密實，除吹砂或C25砼回填外，另預(yù)埋注漿管，待初支封閉成環(huán)后注漿回填密實。

②大型溶洞的處理方法。

大型溶洞采取先回填溶腔再開挖的方法，回填采取洞內(nèi)和地表相結(jié)合的方式。

1）洞內(nèi)處理。先施做厚30cm止?jié){墻以封閉掌子面和作為砼回填的擋墻，墻內(nèi)設(shè)置I18工字鋼支撐+Φ8鋼筋網(wǎng)片，墻面噴射C25砼。并預(yù)埋泵送砼鋼管和拱頂排氣管，排氣管在溶洞內(nèi)的管口需位于溶腔最高處。止?jié){墻砼達到強度后向溶洞內(nèi)泵送C20砼，待砼漿液從拱頂排氣管流出時表明溶洞已回填密實，方停止回填。2）地表處理。避開市政管網(wǎng)，在地表鉆設(shè)200mm孔洞至溶腔，由孔洞向溶腔內(nèi)注入流動性好的M15砂漿以充分將溶腔回填密實，確保洞內(nèi)施工安全，避免地表發(fā)生沉降。

3.1.5 隧道秒差爆破開挖工藝

施工初期采用毫秒雷管微差爆破技術(shù)，但毫秒延遲性不明顯，周邊居民反映爆破震速大而經(jīng)常阻工。為減少爆破振動引起建筑物的破壞及居民阻工，將毫秒雷管優(yōu)化為秒差雷管，同時還減少了引起爆破震速較大的上臺階掏槽眼、輔助眼和周邊眼的齊爆裝藥量。從而降低了地震波振速峰值，減少了振動影響。

3.1.6 隧道懸臂掘進機開挖施工

隧道下穿城中村段時，為減小爆破開挖對地表建筑的影響和因炮損發(fā)生的阻工，引進了懸臂掘進機開挖工藝，掘進機開挖對地表基本無振動影響。

懸臂式掘進機就位后，開始從掌子面底部水平切削出一條槽，向前移動掘進機再一次就位，就位后截割頭采取自下而上、左右循環(huán)切削。在切削同時鏟板部耙爪將切削下來的碴裝入運碴機。完成一個進尺后，進行二次修整以達到準確的設(shè)計斷面。當局部遇有硬巖（≥100MPa），可先掘周圍軟巖，再人工配合機械分解局部硬巖及開挖至設(shè)計輪廓，以降低掘進難度及截齒消耗量。

3.2 下穿南關(guān)鐵路施工

沙～望區(qū)間下穿南關(guān)線鐵路路基。受影響的長45m段采用？準108大管棚注漿+？準42注漿小導(dǎo)管+鋼拱架+系統(tǒng)注漿錨桿+鋼筋網(wǎng)+噴射砼支護方式;大管棚長45m，數(shù)量為23根。

根據(jù)地質(zhì)及斷面尺寸，掘進采用兩臺階“一步一回頭”法，即上臺階按開挖1榀支護1次，下臺階按開挖2榀支護一次，臺階長度為3～5m，支護完成后及時封閉掌子面。各工序連續(xù)作業(yè)并及時施作初期支護，盡量減少土層的暴露時間。

4? 監(jiān)控量測

監(jiān)控量測是地鐵隧道施工時必須采取的措施，沉降及變形直接影響周圍地面建筑和地下設(shè)施的正常使用，故對地表沉降及變形測量至關(guān)重要，施工期間現(xiàn)場監(jiān)控量測必測項目有：洞內(nèi)外觀察、掌子面地質(zhì)描述、拱頂沉降量測、洞內(nèi)收斂量測和地表沉降量測，選測項目有：初期支護和二次襯砌內(nèi)力、錨桿軸力，圍巖與支護間的壓力和圍巖內(nèi)部位移的量測等。

下穿南關(guān)鐵路段除了以上監(jiān)測項目外，還增加了既有鐵路周邊地表、鐵路路基及鐵路股道沉降及位移監(jiān)測。

監(jiān)控量測控制基準、數(shù)據(jù)的整理與反饋參照《鐵路隧道監(jiān)控量測技術(shù)規(guī)程》（TB10121-2007）進行。

按照《城市軌道交通工程監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》和施工圖紙要求，本項目布共設(shè)洞內(nèi)監(jiān)測點952組，地表沉降及建筑物監(jiān)測點1389組，監(jiān)測結(jié)果均在可控范圍。

5? 結(jié)束語

“地鐵超淺埋暗挖隧道在復(fù)雜環(huán)境下的綜合施工技術(shù)研究”成果成功應(yīng)用于貴陽地鐵超淺埋暗挖隧道施工，成功解決了復(fù)雜環(huán)境下淺埋地鐵隧道施工組織難度大、進度慢、安全風險大的問題。在施工期間未發(fā)生一起安全、質(zhì)量事故，有力的保障了隧道施工及地面建筑物的安全。該方案合理、措施得當，未發(fā)生安全、質(zhì)量事故，得到建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位、咨詢單位和質(zhì)量監(jiān)督部門的高度評價，創(chuàng)造了良好的社會效益。

參考文獻：

[1]閆超平.下穿地下管線淺埋暗挖隧道施工關(guān)鍵技術(shù)研究[D].西南交通大學，2010.

[2]TB 10417-2003，鐵路隧道工程質(zhì)量驗收標準[S].北京：中國鐵道出版社，2011.

[3]劉曉娟.大跨度超淺埋暗挖隧道下穿城市主干道施工技術(shù)研究[J].建筑工程與設(shè)計，2016.