復(fù)雜地質(zhì)條件下地鐵隧道施工技術(shù)研究

紀(jì)雪松

（中鐵二十二局第一工程有限公司，黑龍江哈爾濱 150000）

0 引言

為推動(dòng)地鐵交通產(chǎn)業(yè)順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)，提高地鐵隧道施工技術(shù)已經(jīng)演變?yōu)橹匾马?xiàng)之一，特別是在地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜的環(huán)境下，提高其施工技術(shù)已經(jīng)演變?yōu)楸ＷC項(xiàng)目施工水平的關(guān)鍵因素，同時(shí)也是充分保證地鐵隧道運(yùn)營(yíng)安全性的前提條件。因此，本文從如下幾個(gè)方面加以論述，僅供參考。

1 地質(zhì)復(fù)雜情況下的隧道工程概況

由于地質(zhì)條件較差，在施工中常常采取全截面法，即在充分了解隧道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況后，在前一次開挖的隧洞中進(jìn)行襯砌，或改進(jìn)支護(hù)結(jié)構(gòu)。利用該技術(shù)可實(shí)現(xiàn)較大的作業(yè)面積，可同時(shí)解決大型和中小型機(jī)械的干涉問題，具有較高的工程應(yīng)用意義。在應(yīng)用上述技術(shù)進(jìn)行隧洞工程時(shí)，應(yīng)注意保證圍巖體的安全。在全隧道工程中，圍巖的安全問題與工程技術(shù)的選用有著密切的聯(lián)系，所以要充分地考量工期和造價(jià)，才能使隧道整體的設(shè)計(jì)更加合理。另外，在修建地鐵隧道時(shí)，必須選擇合適的混凝土。

2 隧道施工經(jīng)常出現(xiàn)的地質(zhì)情況

2.1 大型裂隙地段

在實(shí)際工程中，隧道工程的地質(zhì)情況十分復(fù)雜，尤其大斷層是相當(dāng)常見的。通常，由于受到地基塌方、結(jié)構(gòu)渠道涌水、水力等多種外界條件的影響，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破裂失效的可能性增大。尤其是在隧洞開挖過程中，出現(xiàn)了大量的斷層問題，這種斷層的地質(zhì)結(jié)構(gòu)和情況較為復(fù)雜，存在著很大的危險(xiǎn)性，在實(shí)際中不僅會(huì)對(duì)工程的整體安全帶來極大的威脅，也會(huì)從某種意義上影響項(xiàng)目的整體進(jìn)度。由于大斷裂區(qū)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)范圍很廣，巖體具有豐富的水特性，因此在工程建設(shè)中極有可能出現(xiàn)涌泥、涌水等問題。而在這樣的地質(zhì)結(jié)構(gòu)中，由于地下的活動(dòng)較為活躍，使得整個(gè)隧道的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加難以進(jìn)行。

2.2 軟弱圍巖隧道區(qū)域

在隧道項(xiàng)目的實(shí)施過程中，技術(shù)人員要先對(duì)隧道施工的現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)狀、工藝要求和施工要點(diǎn)等做出全方位的研究，并以此為依據(jù)，全面掌握隧道的圍巖現(xiàn)狀并做出工藝措施。隧道內(nèi)部施工的圍巖構(gòu)造主要指隧道在一定應(yīng)力情況下，通過設(shè)施等手段構(gòu)筑的能夠承受整個(gè)工程應(yīng)力的巖層構(gòu)造體，以提高隧道工程施工作業(yè)的穩(wěn)定性，避免軟弱巖體構(gòu)造現(xiàn)象。針對(duì)弱圍巖的情況，其主要困難在于巖體構(gòu)造厚度較低，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不能滿足各種隧道施工的要求。另外，此種巖層一般分布不均勻，在地層開挖中，非常容易造成巖層組織體破裂及疏松狀態(tài)，進(jìn)而造成大量巖層產(chǎn)生裂隙。一旦水流從裂隙處進(jìn)入地層，將使地層遭受強(qiáng)烈沖刷，使巖層軟化，最后造成坍塌問題[1]。

3 不同復(fù)雜地質(zhì)下的坑道開挖方法

3.1 工程概況

長(zhǎng)春市城市地鐵交通7 號(hào)線一期工程的南湖大路站— 禮拜堂站區(qū)間，左線：K26+261.520—K26+997.916，長(zhǎng)736.396m。右線：K26+261.520—K26+997.916，長(zhǎng)736.396m。區(qū)間西起南湖大路站，向東結(jié)束于禮拜堂站，隧道覆土8.9～15.1m。區(qū)間沿南湖大路敷設(shè)，周邊主要為沿街商業(yè)和居民小區(qū)等，距離區(qū)間隧道較遠(yuǎn)。區(qū)間左線采用盾構(gòu)法施工（盾構(gòu)機(jī)由南湖大路站大里程端始發(fā)，到禮拜堂站小里程端接收），右線采用礦山法施工（設(shè)有停車線的大斷面采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法施工，標(biāo)準(zhǔn)暗挖斷面采用臺(tái)階法施工）。區(qū)間右線靠近禮拜堂站一端，為滿足運(yùn)營(yíng)要求設(shè)置停車線及單渡線。范圍內(nèi)包括一條臨時(shí)施工豎井橫道路，以及一條區(qū)間內(nèi)聯(lián)絡(luò)道路。豎井設(shè)置于里程K26+807.651 處，聯(lián)絡(luò)通道位于里程K26+699.255 處

3.2 地下水的治理

在地鐵隧道施工過程中，必須充分考慮土壤的處理工作，因?yàn)榈罔F隧道施工會(huì)受土壤的危害。在對(duì)地鐵隧道工程開展建設(shè)時(shí)，如果是復(fù)雜地質(zhì)條件，就會(huì)出現(xiàn)土壤的處理工作，而且有相當(dāng)?shù)睦щy。隧道工程的實(shí)施會(huì)產(chǎn)生保護(hù)結(jié)構(gòu)，它的功能是提高建筑的穩(wěn)定性，但土壤會(huì)對(duì)其形成危害。隧道項(xiàng)目的施工安全事故，主要是由地下水引起的，如隧道的塌方、隧道頂部破裂等，所以在對(duì)復(fù)雜地質(zhì)下的地鐵隧道項(xiàng)目進(jìn)行開挖前，就必須進(jìn)行對(duì)地下水的處理施工。

首先，可以使用襯砌來實(shí)現(xiàn)治理的目的。其次，也可以使用排水方法。排水方法的使用要建立在因地制宜的原則上。要想有效提高隧道開挖的治理效益，可采用導(dǎo)坑排水方法、超前開挖技術(shù)等。在對(duì)地下水進(jìn)行處理中，較為高效的一項(xiàng)工藝就是小導(dǎo)管灌漿工藝，通過這種工藝，可以對(duì)泥漿種類做出篩選，因此能夠滿足不同的復(fù)雜地質(zhì)要求。這項(xiàng)工藝之所以高效，在于其可以對(duì)水玻璃膠和混凝土的特性做出調(diào)整。此外，有關(guān)部門還應(yīng)十分重視注漿材料管理工作，對(duì)注漿材料的壓力大小和注膠量進(jìn)行嚴(yán)格控制，小導(dǎo)管注漿材料的待注膠量達(dá)到規(guī)定總量80%以后才可完成。

3.3 全斷面開挖

全截面法是一種較為普遍的隧道工程技術(shù)，其第一階段是先對(duì)整個(gè)隧道進(jìn)行總體設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行爆破作業(yè)；在確定整體方案的輪廓之后，進(jìn)行常規(guī)的隧道地基工程的支撐和襯砌。應(yīng)用這種技術(shù)，可以拓寬工程的工作范圍，為大型機(jī)械的使用創(chuàng)造良好的環(huán)境。但需要注意的是，為了確保工程的運(yùn)行，需要確保建筑中的石料在各個(gè)階段都能維持其安全，因此對(duì)建造場(chǎng)地的需求非常大。

3.4 淺埋偏心隧洞的建設(shè)

除了上面的施工方法之外，在地鐵隧道施工工程中，最常用的方法就是采用淺埋暗挖法，這種方法在地下工程中的應(yīng)用效果非常顯著，在不牢固的土壤中，如果隧道的直徑與深度差異不大，可以采用淺埋暗挖的方法來確保地鐵的順利進(jìn)行。在施工的過程中，采用淺埋和深挖技術(shù)，可以確保土壤本身的穩(wěn)定性，同時(shí)也可以有效地將支撐和保護(hù)措施的作用發(fā)揮到極致。而且，采用淺埋和深挖技術(shù)要有足夠的應(yīng)力監(jiān)控，這樣在使用劈裂法的時(shí)候，效果會(huì)更好?？梢哉f，淺埋和深挖是目前最可行的一種技術(shù)，以后肯定會(huì)被越來越多的人所接受。

在施工時(shí)，應(yīng)先對(duì)土體結(jié)構(gòu)進(jìn)行徹底填筑，然后把裂縫填充牢固。在此期間，為了保證基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的安全，采用單向拉桿和標(biāo)準(zhǔn)鋼。在出現(xiàn)大規(guī)模變形的初期，就需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，制定相應(yīng)的對(duì)策。在項(xiàng)目前期，通常需要在洞口上部使用鋼筋網(wǎng)片，并充分灌注混凝土進(jìn)行基礎(chǔ)鋪設(shè)。基礎(chǔ)鋪筑的寬度為從中間軸左邊20m 到右邊的坡道，保證第二條路的鋪筑是傾斜的，而且要進(jìn)行橫向和環(huán)形節(jié)流，使排水更加完美。

在隧道的中間部位，需要使用I 型20 鋼進(jìn)行水平支撐，間距控制在1.2m 左右。工字鋼是上下兩排，每排之間要有三個(gè)垂直的框架。2 排工字鋼的間距需要能夠設(shè)置至少3 道豎向支撐結(jié)構(gòu)，工字鋼兩側(cè)需要與鋼材結(jié)構(gòu)架進(jìn)行焊接處理，并且將所有的工字鋼使用直徑為22 mm 的鋼筋進(jìn)行縱向連接。在采用錨桿和橫向工字鋼基礎(chǔ)后，雖然得到了控制，但斜坡的整體變形仍呈緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，為了進(jìn)一步確保斜坡的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和工作人員的安全，采用洞口減荷技術(shù)進(jìn)行加固，從而提高斜坡的安全性。在施工過程中，根據(jù)地形和地基的深淺，在斜坡底部設(shè)置漿砌護(hù)墻，以防止滑坡。

3.5 防排水施工

在復(fù)雜地質(zhì)下開展建筑施工，必須防止工程建設(shè)活動(dòng)對(duì)施工區(qū)域內(nèi)的地下水源和自然環(huán)境造成嚴(yán)重破壞。尤其是在環(huán)境保護(hù)體系相對(duì)薄弱的地方開展建筑施工，更要重視該問題。為了最大程度地減少施工過程對(duì)自然環(huán)境的損害，應(yīng)采取多種手段進(jìn)行綜合防治。具體來看，在地下水相對(duì)充足的地方開展施工，就需要采取排水方式的解決手段，以減少對(duì)地下水源的不良干擾。與此同時(shí)，還要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工狀況設(shè)計(jì)對(duì)注漿管實(shí)施攔截，以最大程度保護(hù)地下水源不受干擾。經(jīng)過綜合考慮后，在防排水施工技術(shù)層面上應(yīng)當(dāng)針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)狀況的差異，采取防、排、攔、堵的手段加以解決。

4 復(fù)雜地質(zhì)條件隧道施工技術(shù)應(yīng)用

4.1 隧道孔洞施工

在進(jìn)行隧洞施工時(shí)，必須選擇適當(dāng)?shù)氖┕つ０?，相關(guān)工作人員要在充分理解隧道整體施工計(jì)劃之后，結(jié)合工程地質(zhì)條件、地質(zhì)條件等因素，通過數(shù)據(jù)和資料的綜合統(tǒng)計(jì)，最終確定掘進(jìn)及爆破技術(shù)。由于附近巖層種類繁多，因此可以采取臺(tái)階法進(jìn)行深層挖掘，并嚴(yán)格控制隧道的超限。若軟弱巖石采用臺(tái)階式開挖，則需在巷道旁設(shè)置一種臨時(shí)支撐式仰拱，并在該工程中采用光面法進(jìn)行爆破，在這一期間，要對(duì)開挖的爆破位置、使用的總體爆炸物進(jìn)行適當(dāng)安排。在圍巖的施工中，要采用橫向中墻法，并根據(jù)巷道的復(fù)雜性，采用小規(guī)模的爆破和挖掘，使掘進(jìn)的速度得到最大限度的提升[2-3]。

4.2 隧道支護(hù)施工

隧道支護(hù)施工，必須利用濕噴機(jī)進(jìn)行基本作業(yè)，水泥必須在隧道外圍進(jìn)行拌和，混合均勻后利用運(yùn)輸設(shè)備運(yùn)送至隧道工作構(gòu)造面外部。使用設(shè)備噴射水泥前，必須通過高壓水針對(duì)巖體結(jié)構(gòu)表面遺留的塵土、石塊和雜質(zhì)等加以沖洗，使巖表面維持一定的濕潤(rùn)。

混凝土噴射施工必須劃段、劃塊，必須從下至上進(jìn)行。初噴混凝土厚度一般不低于2～4cm。格柵拱架在施工完成后進(jìn)行復(fù)噴混凝土施工，噴涂至規(guī)定強(qiáng)度[4]。

4.2.1 錨桿施工

錨索安裝前，必須事先在隧道外部根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行錨索制作等工藝處理。在進(jìn)行工藝前，錨索鉆孔部位和孔洞深度需要準(zhǔn)確，同時(shí)確保錨索清潔，滿足要求后，通過高壓清除洞口內(nèi)的巖石雜物，隨后通過注漿方法泵將符合標(biāo)準(zhǔn)的水泥灌注于洞口內(nèi)，水泥質(zhì)量滿足工程要求后裝配擠壓盤和螺帽。

4.2.2 鋼筋網(wǎng)絡(luò)施工

錨索在施作好之后進(jìn)行鋼筋網(wǎng)的鋪裝工作，將洞外加工成片的鋼筋網(wǎng)應(yīng)隨高就低緊貼初噴面，用沖擊孔打淺孔埋膨脹螺栓，將鋼筋直徑網(wǎng)安裝在槍機(jī)上，再用電焊焊接在錨索尾部，黏結(jié)緊密。

5 解決地鐵盾構(gòu)施工的建設(shè)問題

5.1 地表沉降的解決方案

第一，針對(duì)特殊土層檢測(cè)泥土的水壓和品質(zhì)，并提高泥土的水壓，使其能夠與建筑坑道中的地下水氣壓相匹配，并檢測(cè)挖出量。

第二，針對(duì)層數(shù)的差異選用混凝土配比，以調(diào)節(jié)凝固時(shí)機(jī)，并通過同時(shí)壓縮方法將泥土盡快填充盾構(gòu)尾部的空隙中，以解決因盾構(gòu)澆筑所引起的土壤減少問題，同時(shí)保證足夠的水壓和提高灌注次數(shù)，以抑制土壤下沉。

第三，在建設(shè)過程中，應(yīng)依據(jù)實(shí)際的地質(zhì)狀況和經(jīng)驗(yàn)對(duì)沉降情況實(shí)施監(jiān)視與管理。將測(cè)量點(diǎn)置于隧道的中心點(diǎn)和兩端以測(cè)定水位，結(jié)束后應(yīng)盡快反饋回現(xiàn)場(chǎng)并加以管理。

5.2 規(guī)避河流風(fēng)險(xiǎn)措施

首先，在進(jìn)行盾構(gòu)施工之前，有必要仔細(xì)研究盾構(gòu)通過的層中河流與地下水之間的關(guān)系，測(cè)量河流中的實(shí)際水深，并計(jì)算從河底到隧道頂部的掩埋深度數(shù)據(jù)。

其次，為了確保隧道通過的安全性，在河道中進(jìn)行了特殊的布置。由于盾構(gòu)機(jī)的下半段在入江前后會(huì)發(fā)生突發(fā)性的覆蓋，因此要重視覆土深度、地質(zhì)條件以及在進(jìn)行時(shí)的河段情況。

5.3 降低管段上升的措施

在選用鉆井液的時(shí)候，既要確保鉆井液具有較好的注水能力，又要將初始的凝固周期和初期的堅(jiān)硬程度結(jié)合起來，使整個(gè)防護(hù)隧洞的各個(gè)構(gòu)件與周圍的巖石發(fā)生交互作用，從而形成一個(gè)穩(wěn)定的整體。為了確保管段的穩(wěn)定，應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)和水文資料的發(fā)展以及巷道內(nèi)溝槽的變化情況，對(duì)泥漿比例進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整。

6 結(jié)語

綜上所述，中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，推動(dòng)著中國(guó)地鐵建設(shè)技術(shù)水平的提升，同時(shí)對(duì)地鐵建設(shè)也提出了較高的需求。在地鐵隧道建設(shè)中，往往會(huì)遇上復(fù)雜多變的地質(zhì)環(huán)境，增加了地鐵隧道建設(shè)的復(fù)雜性。所以，應(yīng)對(duì)地鐵隧道所處的地理環(huán)境開展全方位的勘測(cè)，結(jié)合隧道建設(shè)的實(shí)際狀況，選擇適宜的地鐵隧道建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，把握隧道建設(shè)技術(shù)要領(lǐng)，同時(shí)還應(yīng)進(jìn)一步提高管理水平，進(jìn)一步提高工程服務(wù)質(zhì)量，為地鐵建設(shè)的推進(jìn)打下良好的基礎(chǔ)。