淺析城市隧道分界巖層反坡施工技術(shù)

蔣 權(quán) 王小強(qiáng) 海大鵬 況月超 劉明明

（中國(guó)建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450000）

1 工程概況

1.1 基本概況

紅路站—大興站區(qū)間隧道采用礦山法施工，區(qū)間結(jié)構(gòu)埋深10.5～13.0 m，結(jié)構(gòu)頂板標(biāo)高22.88～24.38 m，結(jié)構(gòu)底板標(biāo)高15.72～17.22 m。主體結(jié)構(gòu)采用單洞單線(xiàn)分離式馬蹄形斷面，復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)，隧道直徑6.3 m。聯(lián)絡(luò)通道兼廢水泵房采用礦山法施工，結(jié)構(gòu)埋深18.00 m，底板標(biāo)高16.00 m。隧道兩端底標(biāo)高14.92～16.42 m，區(qū)間隧道中點(diǎn)標(biāo)高10.85 m，隧道呈現(xiàn)中間低、兩頭高。

1.2 工程地質(zhì)概況

（1）填土。

主要以褐紅色黏性土為主，局部地段為抗滑薄層瀝青路面，整個(gè)填土厚度為0.4～8.2 m。該層土為人工堆積形成，沒(méi)有經(jīng)過(guò)壓實(shí)處理，回填隨意性較大，回填時(shí)間不一，厚度不均勻，結(jié)構(gòu)松散，具強(qiáng)度較低、壓縮性高等特點(diǎn)，工程性質(zhì)差。場(chǎng)區(qū)大部分均有分布，D1Q11XZ4和D1Q11XZ5鉆孔揭露厚度較大，厚度分別為8.2 m和6.0 m。

（2）第四系全新統(tǒng)。

黏土（2）3-3：棕紅～黃褐色，硬塑，切面光滑，干強(qiáng)度高，韌性高，含鐵錳結(jié)核，局部富集，局部為粉質(zhì)黏土，厚度為1.0～4.7 m。黏土（2）5-2：褐黃色，濕，稍密，干強(qiáng)度低，韌性低，搖震反應(yīng)迅速，厚度為0.8～3.1 m。

（3）第四系更新統(tǒng)。

黏土（5）3-4：棕紅～黃褐色，硬塑，切面光滑，干強(qiáng)度高，韌性高，含鐵錳結(jié)核和鈣質(zhì)結(jié)核，局部含量5%～7%，厚度1.0～6.0 m。

（4）寒武系上統(tǒng)。

中等風(fēng)化寒武系鳳山組泥質(zhì)灰?guī)r（12）1-3：D1Q11CZ6和D1Q11CZ7鉆孔揭露，揭露厚度14.6～20.0 m。巖層傾向?yàn)?25°～235°，傾角12°～18°。中等風(fēng)化寒武系鳳山組（12）1-3：青灰色，局部肉紅色，中等風(fēng)化，最大揭露40.90 m。里程右DK14+16.58～+657.72巖層傾向?yàn)?25°～265°，傾角為15°～30°。里程DK14+657.72～DK15+105.61巖層傾向?yàn)?05°～310°，傾角為75°～85°。

（5）奧陶系下統(tǒng)賈汪組泥質(zhì)灰?guī)r。

強(qiáng)風(fēng)化賈汪組泥質(zhì)灰?guī)r（11）3-2：灰黃色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀。本層僅D1S12CZ01揭露，揭露厚度3.0 m。巖層傾向?yàn)?30°～138°，傾角為55°～65°。中等風(fēng)化賈汪組泥質(zhì)灰?guī)r（11）3-3：灰黃色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，厚層狀構(gòu)造，裂隙發(fā)育，巖芯碎塊狀、短柱狀。本層僅D1S12CZ01揭露，揭露厚度11.0 m。巖層傾向?yàn)?30°～138°，傾角為55°～65°。

（6）奧陶系下統(tǒng)馬家溝組和肖縣組灰?guī)r。

中等風(fēng)化寒武系鳳山組白云巖（12）1-3：青灰色，鈣質(zhì)結(jié)構(gòu)，中厚層狀構(gòu)造，含泥質(zhì)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖芯呈柱狀、短柱狀，局部塊狀。中等風(fēng)化奧陶系下統(tǒng)馬家溝組和肖縣組灰?guī)r（11）2-3：最大揭露厚度38.20 m。巖層傾向?yàn)?30°～138°，傾角為55°～65°。

1.3 水文情況

（1）孔隙水。

主要是大氣補(bǔ)給，在空隙中滲流。周邊未發(fā)現(xiàn)大型暗河以及滲漏的河流空隙水流一般。

（2）裂隙水。

基巖裂隙水主要是賦存于泥巖和砂巖的風(fēng)化裂隙中。風(fēng)化裂隙水分布于基巖頂部強(qiáng)風(fēng)化帶中，該類(lèi)型地下水受基巖裂隙控制，分布連續(xù)，含水量較大。

1.4 分界巖層的特點(diǎn)

隧道斷面設(shè)計(jì)一半以上在松軟土層中，其余部分設(shè)計(jì)在基巖中，由于基巖不透水，隧道土層中由于大氣補(bǔ)給土體，使土體中水下滲，遇到基巖后容易形成水囊。隧道開(kāi)挖后，水囊中水迅速外溢，導(dǎo)致隧道嚴(yán)重下沉，給隧道施工帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。在巖體施工過(guò)程中機(jī)械開(kāi)挖難以延續(xù)，采用鉆孔爆破進(jìn)一步加大了上部支護(hù)下沉、初支開(kāi)裂等風(fēng)險(xiǎn)。在分界巖層尤其是上軟下硬的地質(zhì)中進(jìn)行隧道施工，探明以及處理水囊，裂隙水至關(guān)重要，關(guān)系整個(gè)隧道的施工安全。

2 堵水

根據(jù)勘察揭示的地質(zhì)水文條件，隧址區(qū)地下水一般，不易出現(xiàn)較大地下水的情況。為防止意外，尤其是沉降超過(guò)預(yù)警藍(lán)色值后，必須停止施工，探明隧道前方水的情況以及明確堵車(chē)采用的方法。

2.1 探水

根據(jù)地勘報(bào)告，地下水情況一般，故不采用特殊的探水措施。實(shí)施長(zhǎng)管棚及小導(dǎo)管的過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)地下水的觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)存在較多地下水時(shí)，應(yīng)及時(shí)論證是否采取堵水措施。

2.2 堵水

（1）根據(jù)鉆孔情況，個(gè)別出水點(diǎn)且水量不大時(shí)的堵水，堵水根據(jù)情況采用水泥漿液或水泥-水玻璃雙液漿，在堵水前做好鉆孔試驗(yàn)，測(cè)量每一個(gè)鉆孔流水情況，即流動(dòng)速度、流水壓力和滲流量，根據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)算出滲透系數(shù)，若滲透系數(shù)小于1則采用水泥漿封堵，若超過(guò)1采用雙液漿進(jìn)行封堵，漿液的擴(kuò)散半徑設(shè)計(jì)為4 m，漿液布置孔1 m×1 m梅花形布置，注漿結(jié)束后測(cè)量出水量，若出水量小于0.4 m3/h則為符合要求，可以進(jìn)行隧道開(kāi)挖。

（2）隧道周邊均有出水時(shí)的堵水，隧道周邊出現(xiàn)較大量水時(shí)，可采用全斷面帷幕注漿堵水。全斷面帷幕注漿，止?jié){墻的厚度設(shè)置為0.5 m，鋪設(shè)少量鋼筋，注漿范圍控制在隧道以外5 m，壓力控制在水壓的3倍左右，采用后退式注漿，注漿后及時(shí)鉆孔測(cè)量注漿效果，如果出水情況小于0.5 m3/h則可以進(jìn)行開(kāi)挖，堵水效果滿(mǎn)足要求。若出水情況較大，需要繼續(xù)進(jìn)行注漿封堵，若注漿量明顯超過(guò)測(cè)算量，應(yīng)進(jìn)一步考慮是否有大的空洞、未勘測(cè)到的暗河，若出現(xiàn)以上情況則應(yīng)停止施工，考慮其他辦法進(jìn)行處理。

（3）注漿材料采用純水泥漿，結(jié)合注漿經(jīng)驗(yàn)水灰比采用0.6∶1～1∶1（重量比），根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整，涌水量較大、單液難以封堵時(shí)，可以采用“水泥+非強(qiáng)堿性化學(xué)控制液”雙液漿封堵，按水泥用量（重量）摻加5%～8%的化學(xué)控制液。局部超前預(yù)注漿堵水的具體實(shí)施段落應(yīng)根據(jù)監(jiān)控量測(cè)、超前探水以及地表、地下水和生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)結(jié)果，并結(jié)合詳勘報(bào)告以及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際揭露的地質(zhì)情況進(jìn)行確定后才能施工。實(shí)施時(shí)嚴(yán)格按照動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)程序執(zhí)行，在注漿過(guò)程中及時(shí)調(diào)整注漿策略，采用經(jīng)驗(yàn)豐富觀察敏銳的注漿團(tuán)隊(duì)，保證注漿效果的同時(shí)，注漿材料也不浪費(fèi)，注漿過(guò)程中加強(qiáng)道路周邊巡視，尤其是路面行車(chē)安全。

3 排水

（1）洞外排水。

洞外根據(jù)地形、地質(zhì)情況設(shè)置截排水溝，建立完善的洞外排水系統(tǒng)，洞外排水系統(tǒng)流向市政排水系統(tǒng)，其排水量作為洞外路基排水系統(tǒng)考慮的重要因素之一。

（2）洞內(nèi)排水。

隧道防水板與噴射混凝土之間設(shè)置Ф50環(huán)向軟式透水盲溝，間距5～10 m設(shè)置一道，在有小股水流處設(shè)置1×Ф50透水管盲溝一道；若出現(xiàn)水流較大則增加透水管數(shù)量，透水管采用三通連接（或縱向盲溝直接拐入水溝，縱向盲溝采用分段式，分段長(zhǎng)約10～20 m，引入中心管溝）。隧道電纜槽側(cè)壁底每隔20 m設(shè)置一道泄水孔至路面下的排水溝，以排除電纜溝中水，路面清洗水通過(guò)側(cè)溝排出隧道外。隧道排水溝采用鋼筋混凝土現(xiàn)澆，坡度平行道路縱坡。

（3）反坡排水。

根據(jù)設(shè)計(jì)及地質(zhì)情況，隧道局部節(jié)理發(fā)育段產(chǎn)生滲滴涌水等，灑水降塵清洗機(jī)械等施工用水考慮。施工階段排水方量，則設(shè)計(jì)施工期間排水能力按最大排能力10%計(jì)需要大于施工用水+隧道排水。抽水設(shè)備24 h排水量的能力選配，抽排能力應(yīng)急需求考慮一定的備用水泵，集水坑容量按照隧道凈空車(chē)輛通行及排水能力大小設(shè)計(jì)。配置相當(dāng)數(shù)量的備用水泵，應(yīng)急排水系統(tǒng)的備用電源以及專(zhuān)業(yè)化人員。

（4）接縫止水。

接縫主要為施工縫、沉降縫采用雙層外貼式止水帶+中埋式鋼邊止水帶防水方式，根據(jù)地勘資料含水量較豐富的地段采用外貼式止水帶+中埋式鋼邊止水帶及雙組分聚硫密封膏等防水材料防水，縫隙處采用瀝青木絲板填塞防水。

4 監(jiān)測(cè)

（1）地表豎向位移。

選擇本工程附近的兩個(gè)精密水準(zhǔn)點(diǎn)為高程基準(zhǔn)點(diǎn)，另外根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，為方便測(cè)點(diǎn)引測(cè)，布設(shè)3個(gè)工作基點(diǎn)。根據(jù)工程分布，高程基準(zhǔn)點(diǎn)、工作基點(diǎn)同監(jiān)測(cè)點(diǎn)一起布設(shè)成本工程獨(dú)立的閉合網(wǎng)或形成由附合路線(xiàn)構(gòu)成的結(jié)點(diǎn)網(wǎng)。

（2）沉降監(jiān)測(cè)建（構(gòu)）筑物豎向位移、傾斜、裂縫。

采用沖擊鉆埋置鋼筋測(cè)點(diǎn)，每一個(gè)構(gòu)筑物上不少于4點(diǎn)，對(duì)于重要建筑物應(yīng)加密監(jiān)測(cè)。

（3）支護(hù)結(jié)構(gòu)拱頂沉降。

選用Φ=22 mm螺紋鋼，焊接在拱頂鋼格柵上，外露長(zhǎng)度5 cm，外露部分鋼筋與Φ=8 mm帶彎鉤的鋼筋焊接牢固，采用紅油漆標(biāo)記統(tǒng)一編號(hào)。

（4）支護(hù)結(jié)構(gòu)凈空收斂。

側(cè)壁測(cè)點(diǎn)位置用沖擊鉆打一個(gè)稍微大于膨脹螺栓直徑的孔，將膨脹螺栓擰緊進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（5）巡視檢查。

對(duì)于建筑物的裂縫情況，地下建筑物的裂縫，滲漏水情況，關(guān)注構(gòu)筑物能否正常使用。道路或地表的裂縫寬度、位置、深度、數(shù)量，地面沉陷深度、隆起高度及面積、位置、地面冒漿位置、范圍等；現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)對(duì)基準(zhǔn)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、監(jiān)測(cè)元器件的完好狀況、保護(hù)情況進(jìn)行定期巡視。

5 結(jié)語(yǔ)

隧道處于上軟下硬巖層分界地層中，給隧道正常施工帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)，經(jīng)過(guò)多次設(shè)計(jì)及應(yīng)用實(shí)施，在反坡隧道施工過(guò)程中，采取超前注漿加排水監(jiān)測(cè)手段能夠滿(mǎn)足現(xiàn)代化隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管控要求，隧道超前注漿在注漿材料及配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中需要經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，注漿后及時(shí)檢查注漿效果為后續(xù)施工做好鋪墊。反坡排水需要配置足夠數(shù)量的機(jī)械設(shè)備，在應(yīng)急過(guò)程中尤為重要，應(yīng)做好監(jiān)控量測(cè)及時(shí)反饋施工。反坡隧道施工過(guò)程中滲透水問(wèn)題必須引起足夠重視，才能保證施工過(guò)程安全。