巖溶回填土地區(qū)淺埋暗挖隧道施工關鍵技術研究

中鐵二十四局集團有限公司 上海 200071

1 工程概況

昆明新機場綜合配套工程（軌道交通6號線）起自巫家壩，終于新機場，線路全長約24.9 km。一期為東部客運站至航空港南站，含東部客運站站、大板橋站、綜合交通樞紐站、航空港南站共4 站3 區(qū)間，長約17.9 km。本標段線路由沾昆鐵路南側開始，以高架方式穿越A1地塊東側一角，之后以明挖暗埋的施工方式沿A1線中心行進，下穿沾昆鐵路后設置一綜合交通樞紐站，之后線路繼續(xù)沿A1線直行，在停機坪前轉(zhuǎn)為暗挖隧道，在航站樓前以95°偏角折向進入航空港南站（圖1）。

圖1 平面位置示意

該段隧道埋深9～19 m，為淺埋隧道，主要穿越機場填土區(qū)、次生紅黏土及巖溶地區(qū)，長約550 m，圍縱坡為2.91%，最小平曲線半徑為300 m，圍巖為Ⅵ級。

2 工程地質(zhì)

本工程土層分布復雜，從上往下主要為： ①人工填土層，②紅黏土層，③強風化灰?guī)r，④中風化石灰?guī)r。

地下巖溶一般埋深為5～16 m，多以垂直發(fā)育為主。溶洞基本呈串珠狀分布，大部分有黏土充填，部分為半充填溶洞，溶洞頂?shù)装宥鄶?shù)沿裂隙面發(fā)育，裂面均有溶蝕現(xiàn)象；區(qū)間巖溶發(fā)育強度分級屬強發(fā)育。

3 關鍵技術[1-8]

3.1 鉆孔探溶注漿技術

因本區(qū)間隧道穿越地質(zhì)情況復雜，溶洞溶槽發(fā)育且不規(guī)則，上部回填土土體物理力學性質(zhì)差。為進一步核實該地段的基巖面和巖溶分布情況，制定合理的施工方案，確保隧道施工安全和施工后隧道本身的穩(wěn)定，減少災害發(fā)生。

施工前結合注漿孔布置探溶孔，孔深至基巖面下5 m，間距5 m×5 m，呈梅花形布置。探測過程中，若發(fā)現(xiàn)溶洞，采用注水泥漿進行填充。

采取鉆孔探溶技術，準確探明了隧道周邊基巖和溶洞分布情況，提前制定施工方案，減少因地質(zhì)不確定對隧道開挖進度的影響，同時為隧道施工提供較大的安全保障。

3.2 地表注漿預加固技術

由于隧道埋深淺、覆跨比小，上部巖層為松散回填土，隧道下部穿越巖層，因巖層內(nèi)溶洞分布不規(guī)則，溶洞內(nèi)充填物主要是紅黏土，洞室開挖后自穩(wěn)時間很短，為確保洞室安全，需改善隧道周邊圍巖的物理力學性質(zhì)，增強土體承載強度和增大土體彈性模量，防止隧道施工引起地表下沉和塌陷。

注漿孔間距2.5 m×2.5 m，呈梅花形布置，孔深根據(jù)每個位置基巖面深度確定。探溶孔兼注漿觀測孔，孔深至隧道以下5 m，呈梅花形布置（圖2）。漿液采用水泥單液漿，水灰比為0.95～1.05，水泥為P.O 42.5，注漿壓力控制在0.8～1.5 MPa，注漿量控制在15～20 L/min。

圖2 注漿孔、探溶孔平面布置

通過地表注漿預加固，對隧道周邊的回填土進行固結和對溶洞進行充填，防止洞內(nèi)掘進發(fā)生坍塌、冒頂?shù)劝踩鹿剩瑴p小隧道建成后的沉降。

3.3 進洞長大管棚施工技術

本工程進洞段屬于土質(zhì)較差且?guī)r溶發(fā)育區(qū)域，隧頂?shù)貙又饕獮榛靥钔粒瑢俑邏嚎s性土。開挖施工掌子面易失穩(wěn)，隧道初支結構易發(fā)生較大變形。為確保隧道施工安全，該段除地表采用壓密注漿加固外，進洞區(qū)域還采取了超前長大管棚支護。

為防止進洞過程中填土層產(chǎn)生坍孔，管棚的成孔施工采用潛孔垂并跟管鉆孔的方法，鉆進施工從兩側起拱線由下向上鉆進，由兩邊向中間鉆進，采用跳開布點鉆進，并在鉆進結束后，對管棚周圍巖體及管棚內(nèi)注雙液漿固結并封端。

3.4 開挖施工控制技術

采用預留核心土法進行開挖，嚴格按照“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”原則，分6 塊進行施工（圖3）。

圖3 開挖工序及分塊示意

（a）上部弧形導坑開挖：在拱部超前支護后進行，環(huán)向開挖上部弧形導坑，預留核心土，核心土長度為3～5 m，寬度為隧道開挖寬度的1/3～1/2。開挖循環(huán)進尺最大不得超過1.0 m，開挖后立即初噴8 cm混凝土。開挖后應及時進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護，架設鋼架，在鋼架拱腳以上30 cm高度處，緊貼著鋼架兩側邊沿按照下傾角為30°打設鎖腳錨管，鎖腳錨管與鋼架牢固焊接，復噴混凝土至設計厚度。

（b）左、右側下臺階開挖：開挖進尺1.5～3 m，左、右側臺階錯開2～3 m，開挖后立即進行噴、錨、網(wǎng)系統(tǒng)支護，并及時打設鎖腳錨管，后復噴混凝土。

（c）上下臺階分別開挖預留的核心土，開挖進尺與各臺階循環(huán)進尺相一致。

（d）隧底開挖，每循環(huán)開挖長度宜為2～3 m，開挖后及時施作仰拱初期支護，完成2 個隧底開挖、支護循環(huán)后，及時施作仰拱，仰拱分段長度宜為4～6 m。

為減少爆破對軟弱圍巖隧道的影響，開挖過程中，遇到石筍、石柱等巖層，采用淺孔爆破施工。

通過土體注漿加固、靈活掌握進尺、合理布設爆破孔和炸藥用量，加強支護，及時封閉初支成環(huán)，減少對開挖圍巖擾動，實現(xiàn)了隧道安全貫通。洞身開挖過程中，由于地表預注漿施工，圍巖開挖輪廓較圓順，施工中未出現(xiàn)崩塌、掉塊等不良現(xiàn)象，保證了隧道施工安全，監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，初期支護后，拱頂累計沉降量達2.2 cm，洞室處于穩(wěn)定狀態(tài)。

4 結語

通過摸索、試驗、研討、技術攻關，本工程隧道得以安全、按時貫通，并取得良好的社會效益及經(jīng)濟效益，為地下工程的施工積累了寶貴的經(jīng)驗。

巖溶地段淺埋隧道的施工，要加強地質(zhì)普查、勘探工作。施工前采用探溶注漿技術，提前探明了基巖和溶洞的分布情況，為后期施工方案和施工方法的確定提供了依據(jù)，為隧道的順利貫通奠定了基礎。