拋填深埋暗挖地鐵隧道施工技術研究

程 波

(重慶市軌道交通(集團)有限公司， 重慶 401120)

拋填深埋暗挖地鐵隧道施工技術研究

程 波

(重慶市軌道交通(集團)有限公司， 重慶 401120)

隨著城市的發展，有效地利用城市地下空間是解決發展與土地資源矛盾的有效途徑，發展所帶來的交通問題也越來越成為城市管理者重點考慮的問題，因此修建大運量的城市地鐵交通日益受到管理者的重視。作為山地城市的重慶在城市擴展中，其城市地層地質條件差、填土粒徑大、含水量高及地面交通繁忙，施工對周邊圍巖產生擾動，引發地鐵隧道變形，甚至引發安全事故和造成嚴重經濟損失，在這諸多復雜環境下修建市政交通設施成為建設者的難題。因此，研究城市新近拋填深埋富水暗挖隧道施工技術有著重要意義。以重慶軌道交通地鐵十號線一期工程上灣路—環山公園區間隧道穿越最復雜回填土段為研究對象，從多個方面分析隧道施工技術，所采取的施工工法解決了類似地層中暗挖施工難題，具有較強的工程實用價值及類似研究價值。

拋填;深埋;富水;暗挖;監測

Abstract: With the development of the city, the effective use of city underground space is an effective way to solve the contradiction between development and land resources. Traffic problems brought by the development of city management has increasingly become the key issues to consider, therefore, the construction of large capacity of the city subway traffic has been the attention of managers. Because that Chongqing is a mountain city, and in the city expansion and the city formation, poor geological conditions, soil particle size, high water content and busy ground transportation, construction disturbance to the surrounding rock were caused, causing the deformation of metro tunnel, or even the occurrence of safety accidents and serious economic losses. The municipal traffic facilities construction in the complex environment becomes a difficult problem to many builders. Therefore, it is of great significance to study the construction technology of newly buried deep water rich tunnel in the city. The Bay Road to Chongqing metro line ten of the project on the mountain park tunnel through the most complex backfill section is took as the research object, and we analyze the tunnel construction technology from several aspects. The construction method adopted to solve the similar formation in the excavation construction problems, which has strong practical value and similar value study.

Keywords: filling and filling; deep burial; rich water; underground excavation; monitoring

為緩解重慶市交通阻塞情況，助推城市經濟發展，快速發展城市地鐵已提上城市管理者的議事日程。地下空間的合理開發是解決城市發展與土地資源矛盾的有效途徑。鋼輪鋼軌地鐵制式往往設置在城市地下，從而不可避免地會穿越城市新近回填區域。目前施工工法一般采取地面注漿加固地層后暗挖[1-5]、明挖、淺埋暗挖或者利用盾構等施工技術，但由于受城市客觀條件限制，不可避免地需要穿越城市發展過程中形成的新近深拋填碎塊石土質富水地層。因此，研究類似復雜地質暗挖隧道施工技術有著重要意義。

1 工程概況

重慶地鐵十號線一期工程“上灣路—環山公園”區間隧道長1.45 km，單線雙洞隧道，曲墻拱形結構，寬6.30～7.27 m，高6.60～7.60 m，埋深62.0 m，線凈距8 m，K23+592處穿越新近拋填區，其中過渡段149 m，回填段373 m。由上而下依次素填土以粘性土夾砂巖、泥巖碎(塊)石為主，堆填時間1～5年，填土厚度達61.70 m；粉質粘土厚度0.50～1.30 m，零星分布于素填土層之下；沉積巖以粉砂泥質結構為主，中—厚層狀構造，強風化層厚0.70～4.40 m，隧道部分位于中等風化巖層上，部分處于回填土中。

隧道位于環山物流園區下方，園區交通繁忙，市政道路等級較低，隧道上方沒有重要建構筑物，僅在K23+793.025～K23+853.025段，有一座雙孔寬5 m、高6.5 m的排水箱涵，涵底距隧道頂約6.2 m，箱涵內常年有水通過。

2 施工難點

2.1 施工環境復雜

本工程位于環山物流園旁，即將開發的兩江國際樓盤地塊下方。由于市政設施不健全，緊鄰食品城大道，車輛眾多，在拋填土中暗挖施工，故需嚴格控制沉降和收斂值[6]，但區間隧道所處的地層軟弱且水量較大，控制變形擾動極其困難。

2.2 水文地質條件復雜

隧道地下水主要為大氣降水、地面溝塘的水體滲漏、城市地下排水管線滲漏補給等，水文地質條件較復雜，年平均降水量1 082.6 mm。現場主要為松散層孔隙水，賦存于第四系全新統的殘坡積層和人工填土層孔隙中，分布在原始溝谷地段，為孔隙潛水和上層滯水。水位不統一，水量呈季節性變化，幅度大，地下水之間無水力聯系。平水期水位高出拱頂3～8 m，地下水位在雨季或持續降雨期大幅上升，填土滲透系數9.15～9.99(m/d)。

2.3 土質軟弱且穩定性差

出露的地層主要為第四系全新統填土層(Q4ml)、殘坡積粉質粘土層(Q4el+dl)，第四系全新統(Q4)粘性土以及砂、泥巖塊碎石組成，塊碎石含量30%～50%，粒徑一般20～500 mm，偶可達1 m以上，結構為松散—稍密，多為自由拋填。原始溝心部位較厚，粒徑極不均勻，由上而下，塊碎石含量增高，局部架空孔隙較大。圍巖為Ⅵ級，隧道開挖后圍巖在自重作用下松弛變形，易產生變形坍塌。另受地下水軟化后喪失穩定性，由硬塑變為流塑，隨水涌入隧道內形成坍塌涌泥，危及周邊結構物及施工安全。

3 主要施工技術

按所處地質及水文情況，結合施工期集中在重慶豐水期(5月—9月)的特點，開挖隧道時存在豐富地下水，采用地面管井法降水，將水位降至隧道底2.0 m以下。由于地質較差，采用φ76自進式管棚、φ42小導管進行超前支護，其中過渡段采用型鋼鋼架初期支護，臺階法開挖，回填土段采用型鋼鋼架與格柵拱架雙層初期支護，預留核心土法開挖，回填土段洞底采用鋼管樁加固地基處理。

3.1 地面管井降水

施工時采用3～4臺GQ-15回旋工程反循環鉆機，功率為55 kW。降水時采用18臺水泵，其中12臺功率為15 kW的水泵，6臺功率為30 kW的水泵。考慮實際運行時最大用電量極少出現滿負荷運轉情況，在回填土段地面安裝1臺800 kVA箱式變壓器，1組低壓出線引至降水區滿足360 kW供電需求，其余容量滿足洞內施工。

按隧道開挖進度，土方開挖前7～10天開始降水,為防止沉沙堵塞水泵，根據抽水效果，每月對降水井進行1次清理，隧道二襯完成后停止降水。

3.2 隧道開挖技術

穿越回填土段及過渡段采用雙洞雙向施工，貫通位置設在回填土段，在隧道大、小里程單獨設2個施工區，施工區分左、右線隧道2個開挖面，采用機械開挖施工。穿越涵洞段按過渡段形式組織施工，開挖時上下臺階錯開一定距離，左、右線開挖錯開30 m以上，以避免相互影響。其施工劃分情況如圖1所示。

3.2.1 B斷面臺階法施工

為減少開挖對圍巖的擾動，統一采用機械開挖，開挖布序：測量放線→超前支護→隧道上、下臺階開挖→碴土外運→隧道噴錨支護→進入下一循環。

過渡段開挖時上臺階超前下臺階6～13 m，使用機械破碎錘鑿巖進行隧道開挖。隧道周邊圍巖輔以適當的人工風鎬鑿巖開挖，嚴格控制每循環進尺1.5 m。挖掘機配合側卸裝載機裝碴，裝載機配合自卸汽車出碴，運至棄碴地點。

注：B斷面為過渡段、C斷面為回填段

下穿涵洞段開挖時上臺階超前下臺階10 m，使用機械破碎錘鑿巖進行隧道開挖。隧道周邊圍巖輔以適當的人工風鎬鑿巖開挖。側卸裝載機配合自卸汽車出渣，每循環進尺0.5 m，保證下穿段施工安全。B斷面上下臺階開挖施工示意圖如圖2所示。

注：①為上臺階，②為下臺階

3.2.2 C斷面預留核心土施工

回填土段統一采用環形預留核心土法施工，人工配合小型挖掘機施工，布序：測量放線→開挖上弧形導坑→拱部進行初期支護→開挖中部核心土→開挖下部側墻→下部進行初期支護→開挖下部核心土→仰拱初期支護→進入下一循環，循環進尺1.3 m。

上部環形導坑及邊墻導坑以挖掘機開挖為主，輔以人工風鎬開挖，開挖后及時噴射混凝土封閉圍巖，并架設型鋼鋼架噴射混凝土完成初期支護。上部環形導坑出碴由挖掘機扒碴至下半斷面后，利用側卸裝載機裝入自卸汽車運走。下部側墻及核心土開挖采用機械輔以人工，核心土開挖后立即施工仰拱鋼架及噴射砼襯期支護，使初期支護盡早封閉，左、右邊墻導坑交錯施工，不得兩邊同時開挖。邊墻圍巖較差時分2層開挖，上部弧形導坑比下斷面開挖超前3～5 m，2工序平行作業。C斷面預留核心土開挖施工示意圖如圖3所示。

注：①為上部環形導坑，②⑤為核心土，③④為下部左右側墻

4 隧道支護施工

4.1 支護參數

隧道初期支護不同地段采用不同支護參數，B斷面支護參數如表1所示，C斷面支護參數如表2所示。

表1 B斷面支護參數

表2 C斷面支護參數

4.2 支護施工

4.2.1 管棚施工

管棚工作室比正常開挖斷面擴大550 mm，長度為5 m，在二襯澆注時采用同標號混凝土回填。鉆進是自進式管棚施工的關鍵環節，鉆機鉆頭直徑為115 mm。15 m長的管棚由3根4 m和1節3 m管棚連接而成。在第一節鉆到位后，使用自進式管棚專用連接套連接第二節管棚，循環繼續完成鉆進。

鉆進完成后，通過注漿機將注漿管連接在注漿嘴上，打開閘閥，向鉆孔內進行注漿，壓力控制在0.5～2.0 MPa。初期采用低壓力注漿，當管棚及孔道內被漿液填滿后，適當加大注漿壓力，使孔內的水泥漿液擴散到孔壁以外一定范圍，當注漿量達到設計要求后，停注2 min，關閉閘閥，拆掉注漿管采用隔孔限量注漿法[7]繼續后續孔注漿。

4.2.2 小導管施工

在掌子面上畫出本循環小導管孔位，縱向間距1 m，環向間距0.6 m。采用風鉆鉆孔,φ60 mm，深度比導管插入長度深2～3 cm。小導管前端加工成尖錐狀，尾部焊接φ6 mm的鋼筋加勁箍，除尾部1 m外，管壁四周梅花形布置φ(6～8)mm、間距150 mm的出漿孔。

管尾與鋼拱架焊接牢固，采用水泥砂漿，水灰比(1∶0.4)～(1∶0.6)，壓力0.5～1 MPa，每孔注漿量和壓力達到設計值時，繼續注漿2 min待管口有漿液流出后結束。待初凝后第二次注漿，保證孔內注漿飽滿。

4.2.3 鋼架施工

鋼架在加工場分節制作，螺栓連接，為確保鋼拱架各連接部位吻合，在加工場內將整個隧道輪廓各節拱架進行整體試拼。

鋼拱架采用人工借助機具進行架立就位安裝。安裝前，先初噴4 cm混凝土對圍巖進行封閉，拱腳必須架立在堅固圍巖上，以保證鋼拱架的穩定。每榀鋼架安裝好后，在其拱腰及拱腳處設置錨桿，以限制拱架位置，鋼架鎖腳錨桿采用Φ22錨桿，每榀鋼架設4根，長度3 m，其端部與鋼架焊接牢固。縱向每榀鋼架間采用Φ22鋼筋連接，環向間距1.0 m，內、外側梅花形布置，然后鋼筋網鋪設，并與錨桿和鋼架綁扎連接牢固。

4.2.4 噴射混凝土

在噴射前，對欠挖部位，按設計尺寸修整斷面輪廓，清除浮石以及拱腳的虛碴，后采用高壓風以及高壓水將巖面粉塵和碎屑巖層沖洗干凈。

混凝土采用濕噴工藝，多次復噴至設計厚度且保證平整。風壓0.2～0.4 MPa，自下而上分段分層噴射，先噴鋼架與拱壁、后噴兩拱之間，邊墻厚7～10 cm，拱部厚5～6 cm；第2層噴射應在前一層終凝前進行。

5 隧道地基處理

回填土段隧道處于回填土中，為確保營運安全，需對隧底采用樁基加固，沿線路方向3根+2根梅花型布置，橫向間距2.45 m，縱向間距0.65 m。采用鋼管φ500×6 mm，鋼管四周設置Φ10 cm孔口，間距75 cm，管內設6根Φ22 mm的鋼筋籠，管樁嵌巖300 cm，樁基采用C40澆筑。

現場施工場地狹小，結合監測數據，沿著隧道線路間隔10.4 m劃分一個施工區。施工區內配制2臺GQ-15工程鉆機同時施工，采用隔樁鉆孔一次性成樁方式，施工布置如圖4所示。

圖4 施工布置

施工工藝：施工準備→測量放線→鉆機就位→備制泥漿→鉆進成孔→清孔驗收→吊接鋼管、鋼筋籠→下導管→二次清孔→灌注水下混凝土→砼待強→成樁檢測。

6 監測成果

采用信息法[8]施工,結合施工現場實際情況以及監測數據，對地質勘察結論、設計參數進行對比驗證，以便于安全性判斷，及時調整設計參數，采取更加合理的措施，監測成果見表3。

表3 監測成果

從監測成果分析：采取管井法降水后，地面明顯發生沉降，隧洞內開挖圍巖也發生變形；但利用監測預警機制，通過增加工程措施將險情給予消除，目前均處于安全狀態。

7 結束語

本文以重慶地鐵上灣站—環山公園站區間穿越回填土和過渡段隧道洞內施工為例，采取地面管井降水、超前支護、雙層支護、地基加固等組合施工關鍵技術，保證了隧道施工的順利進行；取得了良好的經濟價值，工期得到了保障，減少了明挖帶來的環境影響。結合監控監測技術，采用信息化施工、動態設計原則，有效控制了地層和周圍建筑物結構的變形，解決了新近拋填土段富水區深埋暗挖地鐵隧道施工難題，可為今后類似工程提供借鑒。

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(責任編輯林 芳)

StudyonConstructionTechnologyofCastinPlaceDeepBuriedSubwayTunnel

CHENG Bo

(Chongqing City Rail Transit (Group) Co., Ltd., Chongqing 401120, China)

2017-05-30

程波(1979—)，男，重慶人，高級工程師，工程碩士，主要從事軌道項目管理方面的研究，E-mail：crrtcb@qq.com。

程波.拋填深埋暗挖地鐵隧道施工技術研究[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2017(9):84-89.

formatCHENG Bo.Study on Construction Technology of Cast in Place Deep Buried Subway Tunnel[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(9):84-89.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.09.014

U451

A

1674-8425(2017)09-0084-06