巖溶區(qū)地鐵隧道下穿跨河橋梁施工技術(shù)研究

常 杰

（中鐵十六局集團(tuán)第四工程有限公司 北京 101400）

1 引言

隨著我國(guó)城市軌道交通的快速發(fā)展，越來(lái)越多的城市加快了地鐵建設(shè)步伐，以解決日漸凸顯的交通擁擠問(wèn)題［1］。在河流眾多的南方城市修建地鐵，不僅水文地質(zhì)條件復(fù)雜，線路往往還要下穿河道，有時(shí)還會(huì)遭遇已建橋梁的墩臺(tái)基礎(chǔ)，這些都給地鐵施工帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。

2 工程概況

貴陽(yáng)軌道交通2號(hào)線一期15標(biāo)區(qū)間隧道位于貴陽(yáng)市老城區(qū)一環(huán)路內(nèi)，為單洞雙線隧道，起訖里程為DK36＋300～DK37＋300，在DK36＋373～DK36＋469段下穿南明河、團(tuán)坡橋、河兩側(cè)截污溝及南明河逆斷層，下穿段與南明河正交，全長(zhǎng)96 m。南明河寬35 m，水位距離隧頂10 m（枯水期），枯水期流量為13 m3/s。隧頂距河床最小埋深僅4.5 m，斷層影響寬度約6 m。位于線路正上方的團(tuán)坡橋由中幅改造部分和兩邊拓寬部分組成，總寬45 m。改造部分上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力連續(xù)箱梁，拓寬部分上部結(jié)構(gòu)為凈跨35 m的肋拱橋。改造部分的橋墩基礎(chǔ)是在原既有橋墩基礎(chǔ)上加高而成（既有橋墩基礎(chǔ)建于1964年）。南明河兩側(cè)截污溝尺寸為3×3.4 m，溝底距隧頂10 m。地鐵隧道與南明河位置關(guān)系見(jiàn)圖1。

圖1 地鐵隧道與南明河的位置關(guān)系

3 施工方法比選及風(fēng)險(xiǎn)分析

3.1 施工方法比選

地鐵結(jié)構(gòu)施工工法有明挖法、暗挖法、盾構(gòu)法等［2］。采用明挖法施工需將南明河導(dǎo)流后分幅施工，河底以下地層主要為中風(fēng)化泥質(zhì)白云巖，機(jī)械開(kāi)挖困難，而爆破作業(yè)對(duì)周邊環(huán)境和建筑物影響較大。盾構(gòu)法主要適用于不穩(wěn)定土層、砂層［3］。由于隧址沿線地層巖溶較發(fā)育，盾構(gòu)掘進(jìn)如遇到溶洞溶腔，應(yīng)進(jìn)行認(rèn)真論證。暗挖對(duì)不同地質(zhì)情況及周邊環(huán)境應(yīng)采用不同的工程措施及施工方法，同時(shí)可根據(jù)施工監(jiān)控量測(cè)的信息反饋來(lái)驗(yàn)證或修正設(shè)計(jì)和施工工藝。因此地鐵隧道下穿南明河段采用暗挖法施工。

3.2 暗挖法施工風(fēng)險(xiǎn)分析

根據(jù)下穿段隧址的地質(zhì)、水文及周邊建筑物情況，采用暗挖法需要解決兩大難題。

（1）水流滲透

南明河常年有水，河水與地下水系連通，同時(shí)河床下地質(zhì)情況為中等巖溶發(fā)育，有溶洞及溶腔存在，經(jīng)河水滲透可能留下聚集水囊。下穿段施工受河水及地下水補(bǔ)給，滲水量將大幅增加。若遇到充填型溶洞、溶腔，則容易發(fā)生涌水、涌泥及塌方。若打通河流下滲通道，則有可能引起河水倒灌隧道甚至河床沉陷，引發(fā)嚴(yán)重后果［4］。

（2）地層沉降

下穿段鄰近結(jié)構(gòu)物主要有南明河兩側(cè)截污溝及團(tuán)坡橋。暗挖法施工引起地層的位移會(huì)降低已有結(jié)構(gòu)的承載力，易造成河床、截污溝變形過(guò)大，產(chǎn)生裂縫，甚至沉陷、斷裂。河床裂縫、沉陷及截污溝斷裂繼而引發(fā)水患。團(tuán)坡橋水中基礎(chǔ)為擴(kuò)大基礎(chǔ)，拓寬部分上部結(jié)構(gòu)為拱橋，對(duì)基礎(chǔ)穩(wěn)定性要求更高。暗挖施工會(huì)引起附加變形及差異沉降，當(dāng)變形過(guò)大時(shí)將危及橋梁的安全和正常運(yùn)營(yíng)［5］。

4 下穿跨河橋梁地鐵施工關(guān)鍵技術(shù)

地鐵隧道穿越跨河橋梁段施工以“淺埋暗挖法”基本原理為依據(jù)，在洞外采取河床清淤回填、施作水平隔水層等控制措施，在洞內(nèi)采取全斷面帷幕注漿、超前管棚支護(hù)、懸臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)、二襯缺陷預(yù)控、監(jiān)控量測(cè)等控制措施，確保施工期間南明河無(wú)污染、無(wú)滲漏，團(tuán)坡橋零沉降。

（1）下穿段河床預(yù)加固技術(shù)

下穿河流段應(yīng)選擇旱季施工，保證上游河流來(lái)水量最少［6］。在河道上、下游堆碼由砂礫石與黏土混合裝填的土袋，形成擋水圍堰對(duì)河道進(jìn)行導(dǎo)流。先施工南岸側(cè)圍堰，進(jìn)行南岸河底低洼處淤泥、雜物清理，采用素混凝土回填至河床底。施工完畢后再進(jìn)行北岸側(cè)圍堰施工及河底低洼處處理。

（2）水平隔水層施工技術(shù)

圍堰內(nèi)河床低洼處處理完畢后，施作30 cm厚C30鋼筋混凝土水平隔水層。施工范圍：沿隧道方向長(zhǎng)度35 m，即南明河河面寬度；沿南明河方向長(zhǎng)度60 m，其邊線在隧道開(kāi)挖輪廓線外左右各20 m，見(jiàn)圖2。

圖2 河底鋪砌施工

（3）上臺(tái)階完成全斷面帷幕注漿技術(shù)

由于隧道斷面在開(kāi)挖后寬僅為5.5 m，全斷面帷幕注漿設(shè)備選型較為困難。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)情況，對(duì)掌子面布孔位置重新設(shè)計(jì)，采用上臺(tái)階完成全斷面帷幕注漿施工的方法，解決全斷面帷幕注漿與臺(tái)階法開(kāi)挖相結(jié)合施工周期長(zhǎng)的問(wèn)題。具體做法：將原設(shè)計(jì)上臺(tái)階開(kāi)挖斷面下調(diào)1 m，進(jìn)行上臺(tái)階開(kāi)挖并對(duì)掌子面進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)；上臺(tái)階臨時(shí)仰拱及止?jié){墻施工；下臺(tái)階開(kāi)挖到位并對(duì)掌子面進(jìn)行加強(qiáng)支護(hù)；下臺(tái)階止?jié){墻施工；在上臺(tái)階上布設(shè)注漿孔，注漿孔間距30 cm，打設(shè)角度8°～48°之間，調(diào)整鉆孔長(zhǎng)度，使其注漿擴(kuò)散半徑及注漿效果不變（見(jiàn)圖3）?，F(xiàn)場(chǎng)采用2臺(tái)HC726型履帶式潛孔鉆，注漿與鉆孔施工同步進(jìn)行。帷幕注漿完成后，阻止了地下水進(jìn)入隧道開(kāi)挖輪廓線范圍，確保隧道在無(wú)水或少水狀態(tài)下開(kāi)挖［7］。

圖3 更改后的全斷面帷幕注漿孔位布置縱剖面

（4）超前管棚導(dǎo)向跟管鉆進(jìn)技術(shù)

隧道進(jìn)洞大管棚施作采用“跟管”鉆工藝，鉆孔設(shè)備采用志高90潛孔鉆機(jī)。鉆孔前，將孔位由拱腳向拱頂進(jìn)行編號(hào)，鉆進(jìn)時(shí)先鉆奇數(shù)孔，待奇數(shù)孔管棚注漿完成后再進(jìn)行偶數(shù)管棚孔鉆進(jìn)。鉆進(jìn)過(guò)程中，導(dǎo)管隨鉆頭跟進(jìn)，導(dǎo)管采用螺旋套絲連接。鉆進(jìn)過(guò)程中用測(cè)斜儀量測(cè)鉆桿鉆進(jìn)的偏斜度，偏斜度超過(guò)設(shè)計(jì)要求時(shí)及時(shí)糾正［8］。

管棚鉆進(jìn)完成后，安裝由4根φ22 mm主筋和固定環(huán)組成的鋼筋籠。在管棚尾部安裝加工好的止?jié){閥后，采用全孔壓入方式向管棚內(nèi)注漿。

（5）懸臂掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工技術(shù)

全斷面帷幕注漿及超前大管棚施工完成后，懸臂式掘進(jìn)機(jī)就位。本工程選用（徐工EBZ260）懸臂式掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行掘進(jìn)施工，對(duì)欠挖部位采用挖掘機(jī)配合修邊［9］。施工時(shí)掘進(jìn)機(jī)先駛?cè)胨淼酪活^，利用切割部在隧道掌子面進(jìn)行上臺(tái)階切削掘進(jìn)，切削下來(lái)的渣土形成后續(xù)開(kāi)挖工作平臺(tái)。掘進(jìn)完成后，安裝上臺(tái)階拱部鋼架，噴混凝土完成拱部初期支護(hù)。切割部在隧道掌子面進(jìn)行下臺(tái)階切削掘進(jìn)，施作隧道仰拱，初期支護(hù)成環(huán)，并及時(shí)跟進(jìn)二次襯砌。

每次掘進(jìn)循環(huán)進(jìn)尺為兩榀鋼架（1.0～1.6 m），帷幕注漿段懸臂式掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖進(jìn)尺≤1 m［10］，一榀一支護(hù)。切削下來(lái)的渣土直接由“第一運(yùn)輸機(jī)”輸送至掘進(jìn)機(jī)后方，再用挖掘機(jī)裝入運(yùn)渣車運(yùn)至豎井后垂直提升到場(chǎng)內(nèi)臨時(shí)存渣區(qū)［11］。仰拱部分采用挖掘機(jī)開(kāi)挖，滯后掌子面距離為14 m。施工方式見(jiàn)圖4。

圖4 掘進(jìn)機(jī)掘進(jìn)施工示意

（6）二襯缺陷預(yù)控技術(shù)

為減少隧道二襯施工出現(xiàn)厚度不足、脫空等缺陷，施工中除加強(qiáng)人工觀察外，還采用了液位繼電報(bào)警器進(jìn)行了預(yù)控。具體做法：①沿隧道線路中心拱頂、拱腰處防水板上密貼布設(shè)4組接觸線（采用爆破線），每組2根。②連接液位繼電報(bào)警器，將接觸線與液位繼電報(bào)警器相連。連接后液位繼電報(bào)警器上顯示為紅燈亮。③當(dāng)二襯混凝土沖頂時(shí)，混凝土接觸到接觸線兩個(gè)端頭，與報(bào)警器形成閉合電路，報(bào)警器上顯示為綠燈亮；相反，當(dāng)混凝土沖頂未澆筑飽滿時(shí)，未形成閉合電路，報(bào)警器上顯示為紅燈亮。由此避免了二襯混凝土厚度不足、脫空等缺陷。

（7）監(jiān)控量測(cè)技術(shù)

在隧道洞身支護(hù)完成后，尤其是在仰拱施工完畢，噴錨支護(hù)已閉合成環(huán)后，及時(shí)進(jìn)行全斷面監(jiān)控量測(cè)。隧道監(jiān)控量測(cè)必測(cè)項(xiàng)目為初期支護(hù)狀況觀測(cè)、地表沉降觀測(cè)、團(tuán)坡橋豎向及水平位移觀測(cè)、團(tuán)坡橋傾斜觀測(cè)、洞內(nèi)水平收斂及拱頂位移。

鑒于隧道施工過(guò)程中監(jiān)測(cè)點(diǎn)經(jīng)常被損壞，通過(guò)多次試驗(yàn)，在監(jiān)測(cè)板上采用特殊膠粘貼反光片，并在四邊采用螺栓固定，防止反光片遇潮脫落。通過(guò)封閉彈條控制實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)點(diǎn)的兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，即測(cè)量狀態(tài)及防污染折疊狀態(tài)，滿足現(xiàn)場(chǎng)多種監(jiān)測(cè)需要，見(jiàn)圖5。

圖5 采用裝配式監(jiān)測(cè)點(diǎn)替代反光片

5 結(jié)束語(yǔ)

（1）地鐵隧道暗挖下穿段前，對(duì)河道進(jìn)行半幅圍堰導(dǎo)流，并對(duì)河底淤泥、雜物進(jìn)行清理，采用素混凝土回填至河床底。素混凝土與原河床下土體成為整體，保證了原覆土層土壓力的穩(wěn)定，同時(shí)統(tǒng)一了隧頂覆土層厚度。

（2）對(duì)地鐵隧道下穿段河底施作水平隔水層，切斷地表水與地下水聯(lián)系通道，阻擋河水涌入隧道，為洞內(nèi)無(wú)水作業(yè)創(chuàng)造了初步條件，在后續(xù)注漿施工時(shí)有效防止了漿液外泄。

（3）沿開(kāi)挖輪廓線和開(kāi)挖工作面進(jìn)行全斷面帷幕注漿，使?jié){液在開(kāi)挖輪廓線外一定范圍內(nèi)形成一定厚度的隔水帷幕和加強(qiáng)圈。

（4）隧道開(kāi)挖前，采用超長(zhǎng)管棚對(duì)隧道拱頂部位進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固，確保拱頂?shù)姆€(wěn)定性。

（5）懸臂式掘進(jìn)機(jī)臺(tái)階法開(kāi)挖可減小對(duì)圍巖及橋梁基礎(chǔ)的擾動(dòng)，使地層沉降得到有效控制，同時(shí)懸臂式掘進(jìn)機(jī)可同步進(jìn)行掘進(jìn)和渣土裝運(yùn)，大大提高了淺埋巖溶隧道的掘進(jìn)速度［11－12］。

（6）利用液位繼電器實(shí)現(xiàn)對(duì)隧道襯砌混凝土拱頂空洞監(jiān)測(cè)，有效解決了二次襯砌背后出現(xiàn)空洞的技術(shù)難題，消除了隧道在施工階段和長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過(guò)程中產(chǎn)生的縱向不均勻沉降。

（7）在隧道施工過(guò)程中，采用可折疊的裝配式監(jiān)測(cè)點(diǎn)，提高了監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置及監(jiān)測(cè)效率。

通過(guò)采用上述一系列措施確保了南明河無(wú)污染、團(tuán)坡橋零沉降，順利完成了下穿段施工任務(wù)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效應(yīng)。