地鐵超淺埋暗挖隧道在復雜環境下的綜合施工技術研究

李新濤

摘要：城市地鐵隧道施工時，不僅要保證隧道本體在復雜環境情況下快速及安全施工，還須保證地面既有建筑物、道路和管網安全，本文以貴陽地鐵為依托，研究總結了在復雜淺埋復雜情況下的地鐵隧道施工技術，為今后類似工程施工積累了寶貴經驗。

Abstract： During the construction of urban subway tunnels， it is necessary not only to ensure the rapid and safe construction of the tunnel body under complex environmental conditions， but also to ensure the safety of existing buildings， roads and pipe networks on the ground. Based on the Guiyang Metro， this paper summarizes the construction technology of subway tunnels under complicated shallow and complicated conditions， and has accumulated valuable experience for similar projects in the future.

關鍵詞：地鐵;超淺埋暗挖;涌水;回填區;施工技術;監控量測

Key words： subway;ultra-shallow buried excavation;water inrush;backfilling area;construction technology;monitoring measurement

中圖分類號：U455? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2018）34-0154-03

0? 引言

隨著我國城市規模成倍擴大，城市交通擁堵現象日益嚴重。地鐵以其安全、準時、快速優點，在改善城市交通環境方面發揮越來越大的作用，各大城市都積極規劃建設地鐵項目。而地鐵線路一般沿城市主干線敷設，穿越居民區、商業區及其它重要設施。不僅需要保證地鐵隧道能夠在復雜環境下安全快速施工，還須妥善地解決下穿的建筑物、道路及管網的安全。雖各城市地質情況復雜多變，地鐵隧道施工積累了豐富的技術經驗，但目前國內對于下穿塊石回填區、喀斯特地質巖溶發育和地下水豐富的淺埋和超淺埋暗挖隧道施工經驗缺乏，相應的施工技術研究少。所以，進行地鐵超淺埋暗挖隧道在復雜環境下的綜合施工技術研究，以達到安全快速及高質量的施工，具有較強的現實意義。

1? 工程簡介

貴陽軌道交通1號線第八工作段包含兩站、兩區間，線路全長3.1549km，暗挖隧道總長2486.4m，其中望～新區間全部和沙～望區間暗挖隧道的60%為淺埋或超淺埋段，圍巖地質差、施工難度大、安全風險高。

望城坡站～新村站區間隧道為雙洞單線+單洞雙線結構，拱頂埋深5.8～11m，隧道下穿主干道珠江路、住宅小區高邊坡樁板墻和復雜市政管網，拱頂覆土為塊石回填和泥巖層，局部段落塊石回填層已侵入洞身開挖范圍。

沙沖路站～望城坡站區間設計為礦山法暗挖隧道，全區間為雙洞單線結構，其中980m為淺埋施工，埋深14～30m。隧道在后巢村附近下穿既有南關雙線鐵路路基，南關線為電氣化鐵路，貨運繁忙。該段隧道左右線間距13.5m，隧道拱頂距鐵路軌面高差約22m，屬于施工重點風險源。

2? 技術突破及技術創新點

以貴陽地鐵1號線望～新區間和沙～望區間隧道工程為背景，技術人員及有關專家認真仔細分析了圍巖地質以及水文地質情況，詳細調查研究周邊施工環境，輔助以地面雷達掃描、地質鉆探等多種技術手段，結合地質勘查報告、施工設計圖，研究并總結了針對性較強的施工處理措施和技術方案，為安全、快速施工提供了強有力的技術保障和支持。確保了塊石回填區和喀斯特地質巖溶發育、地下水豐富，淺埋和超淺埋地鐵暗挖地鐵下穿城市道路、建筑物、鐵路和城市管網等復雜環境條件下快速及安全施工。本項目研究所取得的主要技術突破和創新點為：

①下穿塊石回填區、道路和城市管網的超淺埋隧道。單洞單線隧道（開挖面積38.2～62.7m2）采用臺階法+預留核心土+冷開挖施工;單洞雙線大斷面隧道（開挖面積87.4～100.5m2）將原設計CRD法優化，首次將三臺階七步流水作業法應用于地鐵區間隧道，成功下穿超淺埋回填層和高邊坡樁板墻。②穿越回填層發生涌水、巖溶以及圍巖裂隙水處理措施。施工前采用超前地質預報、紅外線探水和超前地質鉆孔獲得掌子面前方地質圍巖信息以指導隧道施工;針對涌水和溶洞，采取了洞內注漿和地表注漿相結合的處理措施，確保隧道全包防水要求。③將原微差爆破優化為秒差爆破，部分段落采用掘進機開挖，很好地控制了隧道爆破掘進振動對地表建筑物及居民的影響。④地鐵下穿鐵路段采取超前大管棚+超前小導管超前支護，開挖采用一步一回頭，二襯緊跟的方法。且將原設計大小里程兩個掌子面各打設1環25m管棚（搭接5m）防護，優化為從大里程一端施工1環45m超長大管棚。成功完成下穿鐵路施工，有效控制鐵路沉降。

3? 主要技術突破和創新點的關鍵技術

3.1 望～新區間超淺埋暗挖隧道施工

該段地鐵隧道有單洞單線和單洞雙線兩種結構形式，隧道穿越鬧市區，車輛及行人密集。沿線周邊建筑物多，居民房屋距離隧道開挖輪廓線4.2m，左隧下穿安置房小區的邊坡樁板墻，隧道拱頂埋深5.8～11m。瀝青路面下為回填層，由大塊石及少量碎石、粘土組成，組分均勻性差，結構松散，如圖1所示。地下通信電纜、燃氣、自來水管道等密集。施工時發現沿線所有雨污水管道接頭未經密封處理，導致接頭漏水;且該區域為周圍地勢最低處，成生活用水、大氣降水和地下水匯集區，導致巖體含水量極大，掌子面大量涌水，地表沉降較大。

3.1.1 核心土+臺階法的冷開挖方法

該區間單線單洞隧道采用核心土+臺階法的冷開挖方法。掘進嚴格按照“管超前、嚴注漿、冷開挖、少擾動、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”原則進行，確保施工安全。

施工臺階高度根據施工機具、人員安排等情況適當調整。上臺階每循環進尺不大于1榀鋼架間距，邊墻每循環進尺不大于2榀鋼架間距;仰拱開挖前完成鋼架鎖腳錨桿;每循環開挖進尺需小于3m。左、右洞掌子面錯開5倍洞徑以上。

工序變化處之鋼架設鎖腳錨桿。鋼架間連接鋼筋及時施作并連接牢固。

嚴格進行監控量測，以分析、確定灌筑二襯時機及調整支護參數。

3.1.2 CRD法變三臺階七步流水作業法施工

望～新區間單洞雙線結構開挖面積87.4～100.5m2，拱頂埋深5.8～8m，為淺埋大斷面隧道，拱頂上方為泥巖、砂巖層及回填層。原設計施工工法為CRD法。

由于CRD法功效低、工期長。本項目總結了三臺階七步流水作業法在鐵路隧道的大量成功應用，首次將該工法應用于地鐵區間隧道，成功下穿超淺埋回填層和高邊坡擋土墻。

該段圍巖為泥巖、砂巖，局部為回填層;砂巖、泥巖強度高、硬度大，采用一般冷開挖難度大，需使用大型破碎錘破碎開挖。采用三臺階七步流水作業法開挖（如圖2、3所示），斷面分為三個臺階五個作業面，實現了“小斷面開挖，大斷面作業”，充分利用隧道空間使用大型機械施工，且多工序平行作業，提高工效。

3.1.3 掌子面涌水處理方法

①洞內處理。

隧道下穿回填層，地下水豐富，掌子面常出現大規模涌水，造成拱頂局部圍巖坍塌，給施工帶來極大難度。主要采取以下處理措施：1）停止掌子面開挖，對掌子面掛網噴砼封閉，用鋼管引流涌水。沿隧道縱向和徑向打設4m長注漿鋼管，環向間距0.5m;在因涌水造成初支背后脫空位置埋設泵送砼？準200mm導管。2）利用預埋泵送砼管，對初支后脫空處泵送C20砼回填。3）對注漿鋼管進行注漿封堵。小規模涌水注水泥漿。大規模涌水或注水泥漿效果不明顯時注水泥水玻璃雙液漿，漿液配比及注漿壓力根據現場情況進行確認及調整。4）注漿后如還有少量漏水，先將漏水集中引排，待初支封閉成環后再注漿處理。

②地表處理。

掌子面涌水除洞內堵水外，還在地表進行處理，主要方法如下：1）排查地面雨污水管、檢查井，摸清水流方向，判斷洞內涌水來源，進行堵截和臨時抽排。2）機械+人工方式將掌子面涌水處上方開挖到雨污水管管底，確定滲漏水來源，修復破損雨污水管，抽排滲水。3）在雨污水管基坑兩側掛網噴錨支護，底部澆注砼基底并設集水坑抽水，截排地表水，以完全控制或大幅度減少圍巖涌水，確保隧道順利掘進。

3.1.4 初期支護滲漏水處理措施

施工期間，初支表面?，F滲漏水現象，處理措施為：①先引排滲漏水。②待初支封閉成環一定長度后在滲水區域打設注漿鋼管，間距0.2～0.5m，孔深3～4m。鋼管端口安裝球閥，管和孔壁間空隙用錨固劑填充。③注漿采用水泥漿或水泥水玻璃漿液，水泥漿水灰比為0.8：1～1：1，雙液漿配合比為（水泥：水=1：0.8（質量比）、水泥漿：水玻璃=1：1 （體積比）），注漿壓力為0.5～1.0MPa。

3.1.5 巖溶涌水處理方案

沙～望區間隧道施工遭遇溶洞6個，溶洞群4處，其中最大一處溶洞群沿隧道縱向長度約30m，溶洞主要位于洞身拱頂和邊墻位置，均為填充性溶洞，填充物主要為淤泥，溶洞圍巖裂隙水聯通，造成洞內涌水現象嚴重。

①小型溶洞處理方法。

出露于拱部和邊墻，發育有限的小型溶洞處理措施如下：1）采用Φ42注漿小導管提前至少三榀鋼架對溶洞進行超前預支護，每榀鋼架施作一環，前后環錯開施工，溶腔內每兩榀鋼架施作一環小導管。小導管長度根據溶洞規模適當調整。以上超前支護能夠避免溶洞充填物塌落引起地表沉陷，個別溶洞還采取了加鋼插板等措施。2）開挖后掌子面圍巖采用Φ42小導管注漿加固。3）溶洞處鋼架加密為0.5m/榀，初支封閉后立即注漿充填密實。4）對于淺埋及下穿建筑物段的拱部溶腔須回填密實，除吹砂或C25砼回填外，另預埋注漿管，待初支封閉成環后注漿回填密實。

②大型溶洞的處理方法。

大型溶洞采取先回填溶腔再開挖的方法，回填采取洞內和地表相結合的方式。

1）洞內處理。先施做厚30cm止漿墻以封閉掌子面和作為砼回填的擋墻，墻內設置I18工字鋼支撐+Φ8鋼筋網片，墻面噴射C25砼。并預埋泵送砼鋼管和拱頂排氣管，排氣管在溶洞內的管口需位于溶腔最高處。止漿墻砼達到強度后向溶洞內泵送C20砼，待砼漿液從拱頂排氣管流出時表明溶洞已回填密實，方停止回填。2）地表處理。避開市政管網，在地表鉆設200mm孔洞至溶腔，由孔洞向溶腔內注入流動性好的M15砂漿以充分將溶腔回填密實，確保洞內施工安全，避免地表發生沉降。

3.1.5 隧道秒差爆破開挖工藝

施工初期采用毫秒雷管微差爆破技術，但毫秒延遲性不明顯，周邊居民反映爆破震速大而經常阻工。為減少爆破振動引起建筑物的破壞及居民阻工，將毫秒雷管優化為秒差雷管，同時還減少了引起爆破震速較大的上臺階掏槽眼、輔助眼和周邊眼的齊爆裝藥量。從而降低了地震波振速峰值，減少了振動影響。

3.1.6 隧道懸臂掘進機開挖施工

隧道下穿城中村段時，為減小爆破開挖對地表建筑的影響和因炮損發生的阻工，引進了懸臂掘進機開挖工藝，掘進機開挖對地表基本無振動影響。

懸臂式掘進機就位后，開始從掌子面底部水平切削出一條槽，向前移動掘進機再一次就位，就位后截割頭采取自下而上、左右循環切削。在切削同時鏟板部耙爪將切削下來的碴裝入運碴機。完成一個進尺后，進行二次修整以達到準確的設計斷面。當局部遇有硬巖（≥100MPa），可先掘周圍軟巖，再人工配合機械分解局部硬巖及開挖至設計輪廓，以降低掘進難度及截齒消耗量。

3.2 下穿南關鐵路施工

沙～望區間下穿南關線鐵路路基。受影響的長45m段采用？準108大管棚注漿+？準42注漿小導管+鋼拱架+系統注漿錨桿+鋼筋網+噴射砼支護方式;大管棚長45m，數量為23根。

根據地質及斷面尺寸，掘進采用兩臺階“一步一回頭”法，即上臺階按開挖1榀支護1次，下臺階按開挖2榀支護一次，臺階長度為3～5m，支護完成后及時封閉掌子面。各工序連續作業并及時施作初期支護，盡量減少土層的暴露時間。

4? 監控量測

監控量測是地鐵隧道施工時必須采取的措施，沉降及變形直接影響周圍地面建筑和地下設施的正常使用，故對地表沉降及變形測量至關重要，施工期間現場監控量測必測項目有：洞內外觀察、掌子面地質描述、拱頂沉降量測、洞內收斂量測和地表沉降量測，選測項目有：初期支護和二次襯砌內力、錨桿軸力，圍巖與支護間的壓力和圍巖內部位移的量測等。

下穿南關鐵路段除了以上監測項目外，還增加了既有鐵路周邊地表、鐵路路基及鐵路股道沉降及位移監測。

監控量測控制基準、數據的整理與反饋參照《鐵路隧道監控量測技術規程》（TB10121-2007）進行。

按照《城市軌道交通工程監測技術規范》和施工圖紙要求，本項目布共設洞內監測點952組，地表沉降及建筑物監測點1389組，監測結果均在可控范圍。

5? 結束語

“地鐵超淺埋暗挖隧道在復雜環境下的綜合施工技術研究”成果成功應用于貴陽地鐵超淺埋暗挖隧道施工，成功解決了復雜環境下淺埋地鐵隧道施工組織難度大、進度慢、安全風險大的問題。在施工期間未發生一起安全、質量事故，有力的保障了隧道施工及地面建筑物的安全。該方案合理、措施得當，未發生安全、質量事故，得到建設單位、設計單位、監理單位、咨詢單位和質量監督部門的高度評價，創造了良好的社會效益。

參考文獻：

[1]閆超平.下穿地下管線淺埋暗挖隧道施工關鍵技術研究[D].西南交通大學，2010.

[2]TB 10417-2003，鐵路隧道工程質量驗收標準[S].北京：中國鐵道出版社，2011.

[3]劉曉娟.大跨度超淺埋暗挖隧道下穿城市主干道施工技術研究[J].建筑工程與設計，2016.