大連地鐵區間隧道過河段施工技術研究

鐘 國

(大連地鐵有限公司，遼寧 大連 116021)

1 工程概況

大連市地鐵一期工程110標段學苑廣場站—海事大學站區間全長1 246 m，暗挖法施工，區間中部設置施工豎井，豎井至區間段終點海事大學站為457.465 m，穿越凌水河，位于不良地質軟弱地層淺埋段，該段落大部分位于凌水河河道內，并先后近接河凌水一號橋和下穿凌海橋，隧道上部土層分布大量的管線，如圖1所示。

圖1 過河段位置示意圖

下穿凌水河段工程地質:

沿線原始地貌為剝蝕殘丘及凌水河階地，地形起伏較大，區間范圍內上覆第四系人工堆積層、沖洪積層，下伏震旦系長嶺子組板巖。

場地地層自上而下依次為:素填土層、淤泥質粉質粘土層、卵石層、強風化板巖層及中風化板巖層，而根據地質縱向剖面圖區間隧道主要穿越淤泥質粉質粘土層、卵石層、強風化板巖層及中風化板巖層。

該段水文地質情況:本場地地下水按賦存條件主要為孔隙水及基巖裂隙水。孔隙水主要賦存在卵石層中，基巖裂隙水主要賦存于強風化及中風化板巖中。勘察期間穩定地下水位埋深1.00 m～8.30 m，水位高程 0.34 m～30.52 m。地下水總的徑流方向為由北西向南東。地下水的排泄途徑主要是蒸發和地下徑流。主要補給來源為大氣降水和徑流補給。

2 施工中主要風險源分析

本路段的風險源有凌水一號橋(樁基礎)、凌海橋(擴大淺基礎)兩個構造物，此段不良地質軟弱淺埋地層段，其中主要包括砂卵石層段及淤泥層段。隧道上方河底以下分布著φ1 200 mm，φ700 mm，φ500 mm三條自來水供水管線、φ1 000 mm污水管線及煤氣管線，對沉降要求極高，此段區間隧道上軟下硬，需要爆破施工，極易產生隧道坍塌、管線斷裂和突泥涌水災害。所以過凌水河段落管線必須采取措施，否則極易造成災害性的事故發生。

2.1 臨橋隧道作業，橋樁安全存在風險

凌水一號橋隸屬大連交通主干道黃浦路，交通壓力極大，并有重車行駛，此橋下還布設了數十條各種管線，管線與橋基礎相聯系，在隧道開挖施工過程中，如果給橋樁基礎帶來地基承載力失衡，則會造成管線集體斷裂，并出現連帶附近202輕軌發生水平位移，因此此橋存在的風險有:沉降、路面開裂、危及管線、樁基滑移等。

凌海橋位于隧道右線之前，由于此段隧道屬于淺埋段，凌海橋臺為重力式擴大基礎，且距離隧道拱頂距離不會很大，此橋有通向海事大學的光纜等很多線纜，隧道拱頂為強風化層、卵石層及淤泥質粘土層不良地質情況，因此此橋的風險有:沉降開裂、危及纜線、隧道塌方，出現海水倒灌，隧道淹沒。

2.2 隧道穿越淺埋不良地質，區間隧道施工安全及管線安全存在風險

凌水河區域為軟弱不良地層段，上軟下硬，隧道開挖需要爆破，在施工中，由于隧道拱頂部圍巖自穩能力很差，超前小導管注漿形成的拱頂保護殼體厚度不足70 cm，而且很難連續成為一整體，受爆破擾動的影響，極可能出現拱頂卵石層下落而形成塌方，洞內出現空洞，并造成管線斷裂，則即刻出現海水倒灌，并且將已施工隧道全部淹塌。因此，我部對此段不良地層的風險認識為:塌方、海水倒灌、淹沒隧道，危及施工人員生命安全。

2.3 河道蓄滯水迅速補充地下水，地層透水性強，區間隧道面臨灌淹的風險

凌水河雖然為季節性河流(旱季水量較少)，但受潮汐影響，海水倒灌河道，致使河道水位起伏較大。河床以下透水性較強的卵石層較厚，蓄滯水與卵石層具有較好的連通性，致使卵石層孔隙水可得到凌水河蓄滯水的迅速補充(地下水存在較大的動水壓)，從而導致區間隧道在穿越卵石層時面臨灌淹的風險，同時也是地鐵運營期間的不穩定因素。

3 過河段施工中采取的主要措施

3.1 區間隧道過橋處理方案

根據“橋梁與區間隧道的空間位置關系及淺埋地質圍巖情況”有針對性地制定保護方案。最初設想采用雙排φ180鋼管樁(內放鋼筋籠并灌注混凝土)沿凌水一號橋縱向進行打設，但是由于受各種管線及施工場地限制很難操作施工，于是改為洞內加強支護處理方式進行保護。

凌水一號橋設計形式為簡支樁基礎端承樁橋梁，樁底位于隧道上臺階拱角部位，拱頂上部分布著 φ1 200 mm，φ700 mm，φ500 mm三條自來水供水管線、φ1 000 mm污水管線及φ500 mm煤氣管線，對沉降要求非常高，安全隱患很大;隧道下穿凌海橋橋臺的擴大基礎，處理不當易產生過變形而導致橋臺開裂。

3.1.1 過凌水一號橋處理方案

隧道初期支護形式為:超前φ50長導管5 m、雙層φ42小導管2.5 m于拱部120°范圍內，間距均按600 mm設置，水平搭接長度不小于2 m，2榀一打，打設仰角20°，超前注漿導管長3.5 m，水平搭接長度不小于1 m，小導管1榀一打，第一層仰角為10°，第二層仰角為15°，初支格柵間距為500 mm，雙層鋼筋網φ6，150 mm×150 mm，鎖腳錨管雙排打設。在靠近樁基礎的一側，打設系統砂漿錨桿，環向為60°，長度為2.5 m，間距1 m梅花形布設，如圖2所示。

圖2 區間隧道過橋方案

3.1.2 過凌海橋處理方案

區間隧道右洞下穿凌海橋北側橋臺，拱頂離橋臺基底距離為6.684 m，隧道拱頂覆土為素填土、卵石和強風化板巖，卵石層為強透水層。拱頂120°范圍打設φ108超前管棚和φ42超前小導管，側墻打設φ22砂漿錨桿加強巖體。

3.2 過河段施工措施

此不良地層開挖主要采取“以降為主，以堵為輔，部分特殊地層進行深孔注漿”，根據地質剖面圖及北京市地質工程勘察院的結論，此段淤泥質地層降水時地層變形較大，因此以加固為主，卵石地層利用降水的方法可以將地下水降至拱底以下，但是凌水河內明水要控制住，隔斷地表水對地下的垂直補給是關鍵。

此地段卵石層普遍連通，而且厚度不均，根據地層揭露卵石粒徑大小不均，大的卵石直徑可達1 m，對于小導管打入及WSS工法成孔都存在很大的考驗。

3.2.1 隧道拱頂河道止水處置河道止水處置主要采用如下措施:

1)通過鋪設防滲膜，隔斷海水、雨水及污水等通過河道的垂直補給;

2)通過打設旋噴樁及中間采用二重管無收縮注漿，隔絕或減弱海水及地下水的水平補給。

3.2.2 河道垂直止水處置

鋪設防滲膜，在區間上下游打設旋噴樁的位置開始鋪設防滲膜，防滲膜表面施作5 cm～10 cm厚噴射砂漿保護層。

防滲膜須鋪至防滲帷幕以外，并做好壓邊防滲處理。防滲膜鋪設要高出最大汛期水位至少50 cm。

3.2.3 河道水平止水處置施工

在凌水河三處進出口處打設旋噴樁及其間采用WSS工法注漿進行水平止水，形成阻止地下水水平補給的止水帷幕。

凌水河段有分布不均的淤泥質粉質粘土層，部分段落的淤泥層已深入隧道拱頂，有部分距離隧道拱頂不足1 m，而淤泥層一旦被擾動，將會帶來極大的危害，其危害遠甚卵石層，因此本段落一個施工難點就是拱頂之上的軟塑～流塑狀態淤泥質粘土層。

3.3 下穿地下管線處理方案

三條給水管線除一條新鋪設φ700給水管線外，對另兩條給水管線進行并線架空改移處理，徹底解決有壓管線施工中的風險問題;對污水管線進行內部吹膜防滲處理;煤氣管線通過抱箍等形式加強監控量測。

4 結語

根據本段區間地質和環境情況，為確保施工安全，施工中嚴格按照“先支后掘、超前處理;科學組織、快速均衡;預判風險、預案超前”的施工原則進行施工。暗挖施工遵循“管超前、嚴注漿、短進尺、弱爆破、強支護、快封閉、勤量測”的原則考慮各加固措施。施工中做到“及時支護、及時量測、及時反饋、及時修改”信息化施工。

此地段施工中采用超前地質預報并配合超前地質鉆孔，掌握地層變化狀況，根據揭露的不同地層采取了不同的處理方式。

學海區間過河段施工安全及隱患比較大，主要采取“外降內堵”的實施方案，依據施工工藝的要求，對隧道開挖圍巖進行了加固，在隧道開挖外輪廓構筑一圈剛性體，亦為封閉的止水帷幕墻。確保了開挖面的穩定，避免出現隧道變形、地表下沉、海水倒灌，同時防止了開挖面失穩造成水土坍塌，也減小了傳到開挖面上的荷載，控制了爆破開挖掘進可能出現的不利現象，順利穿過該區段。

[1] 劉國寶.淺埋暗挖隧道穿越既有地鐵施工方案分析[J].山西建筑，2011，37(29):146-147.

[2] 陸 平.地鐵隧道上方開挖區域土體的加固性研究[J].山西建筑，2011，37(20):339-340.