深圳市管廊隧道巖溶條件下穿既有地鐵段盾構(gòu)施工技術(shù)

張志亮

摘要：巖溶條件下修建地下工程通常會(huì)受到巖溶溶洞的影響，對工程建設(shè)效果與安全產(chǎn)生不利影響。使用注漿加固的形式填充部分巖溶溶洞，雖然能夠在一定程度提升地層穩(wěn)定性，但地鐵盾構(gòu)施工依然會(huì)對地層中既有結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響。為此結(jié)合深圳市16號線下穿既有盾構(gòu)區(qū)間的管廊隧道實(shí)例，在明確具體總體施工方案基礎(chǔ)上，從盾構(gòu)機(jī)的選擇、洞口施工方案、特殊地段掘進(jìn)施工方案以及盾構(gòu)機(jī)過溶洞方案等方面探究施工要點(diǎn)，旨在為類似工程實(shí)踐提供參考。

關(guān)鍵詞：下穿既有地鐵段；施工技術(shù)；盾構(gòu)；巖溶

1? ?工程概況

深圳市16號線共建管廊一標(biāo)工程施工總承包二工區(qū)，包含3座綜合井、1座出線井及1區(qū)間，其中綜合井4、出線井2、綜合井5、綜合井6、綜合井3至綜合井6區(qū)間，全長約為3.22km，區(qū)間全部為盾構(gòu)施工。工區(qū)起于黃閣路與閣溪三路交叉口綜合井3（不含），沿黃閣路往北，途徑綜合井4、出線井2和綜合井5，在黃閣路與龍平西路交叉口轉(zhuǎn)向東敷設(shè)，至龍平西路與和諧路交叉口東南側(cè)綜合井6。

綜合管廊位于深圳西南部沿海區(qū)域，根據(jù)地勘資料揭露，沿線地表均普遍為第四系松散層覆蓋，下伏基巖為燕山期侵入粗?；◢弾r、震旦系變質(zhì)巖、淺粒巖及加里東期混合花崗巖。線路穿過的所有斷層均為非活動(dòng)性斷裂帶。當(dāng)前深圳地帶活動(dòng)量較為微弱，到現(xiàn)在位置還未出現(xiàn)顯著應(yīng)力以及能量集中的情況，地殼較為穩(wěn)定。

根據(jù)其賦存介質(zhì)的類型，沿線地下水主要有二種類型：一是第四系地層中的松散巖類孔隙潛水，主要賦存于沖洪積砂土層中，略具承壓性；另一類是基巖裂隙水，存在于強(qiáng)、中等風(fēng)化帶、斷裂構(gòu)造裂隙當(dāng)中，有著一定的承壓性。

2? ?總體施工方案

根據(jù)深圳市16號線共建管廊總體施工部署，綜合井4、綜合井4至綜合井5區(qū)間盾構(gòu)施工和綜合井4至綜合井3區(qū)間盾構(gòu)施工，為全標(biāo)段關(guān)鍵線路。工程開工后先施工綜合井4，由綜合井4提供盾構(gòu)始發(fā)條件后展開盾構(gòu)施工。出線井2、綜合井5在盾構(gòu)到達(dá)前完成結(jié)構(gòu)施工。

3? ?具體施工方案

3.1? ?洞口施工方案

3.1.1? ?洞門簾布、管片的拆除

在進(jìn)行洞口施工前，要處理近洞口的3環(huán)管片，從襯砌壓降孔內(nèi)部將水玻璃水泥漿注入其中。固結(jié)以后，采用簾布橡膠板以及折頁式壓板等臨時(shí)密封洞口。采用專業(yè)的工具拆除洞口0形環(huán)，先將一塊鄰接板拆除，然后按照從上到下的順序拆除。鑿除砂漿通常使用人工手持風(fēng)鎬的方式施工，直到鑿至洞門圈內(nèi)充分出露混凝土表面，將其完全清理干凈。

3.1.2? ?洞門防水施工

區(qū)間隧道東門處結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在著較多的盲區(qū)，施工縫相對較多，防水難度較大。盾構(gòu)機(jī)在出入隧道時(shí)，管片缺少后座頂力，管片之間的壓力減弱，接縫間隙通常較大，容易產(chǎn)生滲漏水問題，與洞口比較接近的盾構(gòu)區(qū)間隧道是防水重心，要引起足夠的重視。

洞門施工中要使用防水混凝土，同時(shí)還要在洞門以及渠道隧道管片、車站結(jié)構(gòu)剛性接頭的位置，設(shè)置遇水膨脹止水條。待主體工程完工以后，對所有的縫隙做嵌縫施工。按照工程實(shí)際情況，完成預(yù)埋注漿管施工，預(yù)注漿后實(shí)施正式注漿。

現(xiàn)澆洞門施工時(shí)，要按照設(shè)計(jì)的防水要求實(shí)施操作。如果在洞門的位置存在滲水的問題，則要進(jìn)行導(dǎo)流，將導(dǎo)流管布置好以后再完成混凝土的澆灌。洞門完全施工結(jié)束以后，在拱頂位置通過襯砌壓漿孔，完成對洞門管片背襯的補(bǔ)充壓降，從而提升整個(gè)洞門的防水能力。

所有的壓漿工序完成以后，對防水效果進(jìn)行檢查，必要的時(shí)候需要進(jìn)行二次注漿。洞門使用C40防水混凝土，環(huán)向以及豎向施工縫要設(shè)置遇水膨脹止水條，使其產(chǎn)生洞門防水結(jié)構(gòu)。在主體施工結(jié)束以后，實(shí)施嵌縫作業(yè)，并將密封劑注入其中。

3.1.3? ?襯砌施工

在地面進(jìn)行鋼筋加工，確保主筋弧度的圓順和準(zhǔn)確。運(yùn)輸?shù)焦ぷ髅嫱瓿珊附优c綁扎等工作，使用預(yù)埋鋼筋或植筋作為固定鋼筋。將模板側(cè)鋼筋與鋼筋混凝土預(yù)制塊捆綁，確保混凝土保護(hù)層厚度，防止出現(xiàn)漏筋情況。鋼筋綁扎以及焊接完成后，使用電橋?qū)︿摻?、管片預(yù)埋鋼板、洞門鋼環(huán)的接通情況進(jìn)行檢查，如果沒有接通則需要補(bǔ)焊。

洞門模板采用特殊加工的鋼模板，保證洞門尺寸精確。立模之前要涂抹脫模劑，以保證混凝土的美觀、光潔。模板、鋼筋以及止水條等查驗(yàn)完成，且達(dá)到規(guī)范與設(shè)計(jì)要求的前提下完成混凝土澆筑。將混凝土塌落度控制在100～120mm，采用泵送方式將混凝土直接輸送入模，采用分層澆筑的形式施工。插入式振搗器將其搗固均勻，保證混凝土的密實(shí)度。拆模時(shí)間一般控制在3天以上，拆模時(shí)防止碰壞混凝土邊角。

3.2? ?特殊地段掘進(jìn)施工方案

3.2.1? ?上軟下硬地層施工措施

本標(biāo)段的區(qū)間地質(zhì)相對復(fù)雜，通常隧道范圍內(nèi)上部為土質(zhì)強(qiáng)度較軟的砂層以及淤泥層，下部多為硬質(zhì)巖層。上部土層較為松軟，推進(jìn)進(jìn)程中要保證切口水壓足夠穩(wěn)定，避免切口水壓變化較大引發(fā)土層塌陷。對注漿配比進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，并對注漿壓力進(jìn)行合理控制，保證注漿流量、注漿量以及推進(jìn)速度等相關(guān)參數(shù)相匹配。盾構(gòu)從軟土層向軟硬交界土層轉(zhuǎn)移過程中，要放緩?fù)七M(jìn)速度，對各個(gè)區(qū)域油壓差進(jìn)行調(diào)整，轉(zhuǎn)變盾構(gòu)千斤頂合理位置，避免盾構(gòu)機(jī)出現(xiàn)抬頭問題。

3.2.2? ?盾構(gòu)下穿道路、建筑物措施

對道路、建筑物的保護(hù)主要是對處于軟弱地層沉降進(jìn)行控制。要選擇合理的掘進(jìn)參數(shù)，強(qiáng)化地表沉降、地下水位監(jiān)測，并進(jìn)行施工反饋，避免開挖面失穩(wěn)引起地表沉降，以及地面因切口水壓太大引發(fā)地表隆起。強(qiáng)化對盾構(gòu)掘進(jìn)過程中的工況管控，嚴(yán)防土倉堵塞。在盾構(gòu)穿越之前，提前采取袖閥管注漿加固。預(yù)備好鉆機(jī)、雙液注漿泵、漿液材料等，一旦出現(xiàn)較大的地表沉降，立即采取相應(yīng)措施從地表向地層補(bǔ)充注漿。

3.2.3? ?防止結(jié)泥餅措施

通過地質(zhì)資料顯示，除砂層外，本標(biāo)段盾構(gòu)穿越的其他地層具備泥餅產(chǎn)生條件。盾構(gòu)在粘性較高的土層中掘進(jìn)時(shí)，在刀盤特別是中心區(qū)域位置、土倉隔板前刀盤支撐間易形成泥餅。泥餅產(chǎn)生以后，掘進(jìn)速度會(huì)降低，刀盤扭矩隨之提升。同時(shí)還會(huì)造成盾構(gòu)難以掘進(jìn)，導(dǎo)致開挖效率大大降低。

防止結(jié)泥餅措施如下：在易產(chǎn)生泥餅地層，對盾構(gòu)機(jī)各類參數(shù)嚴(yán)密監(jiān)測；有效控制掘進(jìn)速度，采用低比重優(yōu)質(zhì)泥漿對土倉內(nèi)粘土進(jìn)行置換，避免土倉中粘土堆積，確保刀盤開口位置通暢。對土倉隔板的溫度定時(shí)進(jìn)行觀測，如發(fā)現(xiàn)溫度異常立即停止掘進(jìn)。按照規(guī)定的時(shí)間間隔，采用高壓水對刀盤以及土倉進(jìn)行清洗，同時(shí)將分散劑加入到高壓水中，降低泥餅的產(chǎn)生概率，并有效化解已產(chǎn)生的泥餅。注重對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)和維修，及時(shí)檢查刀盤軸承潤滑系統(tǒng)。

3.3? ?盾構(gòu)機(jī)過溶洞方案

根據(jù)地質(zhì)報(bào)告顯示，本標(biāo)段沿線存在大量溶（土）洞，為保證盾構(gòu)的安全掘進(jìn)，穿過溶洞時(shí)附近位置的土層穩(wěn)定不塌陷，必須根據(jù)溶洞的位置及類型采取一定處置方案。

3.3.1? ?溶洞位置測定

對于溶洞段，通常會(huì)使用物探和鉆探相融合方式完成地質(zhì)超前預(yù)測。比如，采用物探大范圍對目標(biāo)進(jìn)行探測，排除所有疑點(diǎn)，然后用鉆探對疑點(diǎn)進(jìn)行確認(rèn)。本溶洞段采用瑞雷波、CT地質(zhì)監(jiān)測、地質(zhì)雷達(dá)等方式進(jìn)行探測，并將結(jié)果與地質(zhì)鉆探作吻合性驗(yàn)證，探測溶洞的實(shí)際尺寸、深度和地下水情況，初步完成對溶洞位置、大小和范圍、充填情況的判定。

然后使用紅外探水設(shè)備監(jiān)測巖溶區(qū)域的含水構(gòu)造、地下水的情況。在探測有溶洞或溶蝕孔洞位置要布置鉆孔位置，將2m×2m、直徑為110mm的梅花形布孔，設(shè)置到隧道底板下13m位置。地質(zhì)鉆探時(shí)，采用取芯檢查方式揭示巖層地質(zhì)特征，并做水壓以及涌水量測定，從而了解溶洞的范圍、位置、大小、充填物性質(zhì)。

溶洞段施工前，采用盾構(gòu)機(jī)超前鉆探孔實(shí)現(xiàn)對盾構(gòu)前方溶洞的探測。每次探測的長度通常為20m，兩次鉆探搭接為2m。這種形式的缺點(diǎn)是作業(yè)便捷性不足，通常會(huì)對施工緊度產(chǎn)生消極影響。

3.3.2? ?溶洞處理

對于盾構(gòu)頂、底面溶洞，平面上在結(jié)構(gòu)輪廓線外放3m范圍以外的溶洞可不處理，3m范圍以內(nèi)的溶洞按按以下原則進(jìn)行處理：溶洞上覆土層為砂層時(shí)，溶洞必須處理。溶洞上覆土層為不透水層時(shí)，隧道底板以下5m范圍內(nèi)的溶洞必須處理，5m范圍外的溶洞可不處理。若溶洞邊界與盾構(gòu)頂、底面的距離大于5m，則該溶洞可不作處理。若溶洞邊界與盾構(gòu)頂、底面的距離小于5m，則必須處理。

對于盾構(gòu)側(cè)面的溶洞，若溶洞邊界與盾構(gòu)側(cè)面的距離大于1.5m，則該溶洞可不作處理。若溶洞邊界與盾構(gòu)側(cè)面的距離小于1.5m，則該溶洞必須作填充處理。圖1為溶洞加固示意圖，圖2為盾構(gòu)隧道巖面注漿平面布置圖。

根據(jù)上述原則判定需要預(yù)處理的溶洞，按溶洞填充情況進(jìn)行處理。對于無填充物及半填充的溶洞，利用鉆孔或管波等方法探明溶洞范圍及基本情況。在溶洞范圍內(nèi)布置鉆孔，鉆孔采用梅花型布置間距為2m×2m，其中一部分鉆孔作投料孔及注漿孔，另一部分用作排氣孔。

利用投料孔將粗砂或碎石填入溶洞內(nèi)，使溶洞基本填滿。利用注漿孔按要求壓入水泥漿，使?jié){液充滿溶洞內(nèi)空隙。待漿液固結(jié)，盾構(gòu)再掘進(jìn)通過，并密切監(jiān)測地面沉降情況，及時(shí)安裝管片并進(jìn)行同步注漿與二次注漿。

4? ?工程案例分析

4.1? ?處置方案

針對深圳市16號線綜合井5至綜合井6工區(qū)實(shí)施盾構(gòu)施工，利用鉆孔或管波等方法探明溶洞的范圍及基本情況。在溶洞范圍內(nèi)布置鉆孔，鉆孔采用梅花型布置間距為2m×2m，其中一部分鉆孔作注漿孔，另一部分用作排氣孔。利用注漿孔按要求壓入水泥漿，使?jié){液充滿溶洞內(nèi)的空隙。待漿液固結(jié)，盾構(gòu)再掘進(jìn)通過，并密切監(jiān)測地面沉降，及時(shí)安裝管片并進(jìn)行同步注漿與二次注漿。4.2? ?溶洞段施工應(yīng)急預(yù)案

本標(biāo)段沿線基巖為石炭系灰?guī)r，巖溶較發(fā)育，且溶洞段地下水具有承壓性質(zhì)，含水量豐富，注漿未必能阻止溶洞地下水的滲漏，極易發(fā)生地表塌陷，為此施工前必須做好應(yīng)急和處理預(yù)案，準(zhǔn)備必要的搶險(xiǎn)物質(zhì)和機(jī)具。

5? ?結(jié)束語

巖溶條件下修建地下工程通常會(huì)受到巖溶溶洞的影響，對工程建設(shè)效果與安全產(chǎn)生不利影響。本文結(jié)合深圳市16號線下穿既有盾構(gòu)區(qū)間的管廊隧道實(shí)例，在明確具體總體施工方案基礎(chǔ)上，從盾構(gòu)機(jī)的選擇、洞口施工方案、特殊地段掘進(jìn)施工方案以及盾構(gòu)機(jī)過溶洞方案等方面探究施工要點(diǎn)。

地鐵施工過程中難免會(huì)存在線路交叉的情況，施工人員要對交叉路段加以管控，降低下穿既有地鐵段隧道施工對于周邊環(huán)境的影響。與此同時(shí)，施工單位和員工要嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)以及技術(shù)操作，保證新建地鐵隧道的絕對安全，有效提升隧道結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

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