巖溶區地鐵隧道下穿跨河橋梁施工技術研究

常 杰

（中鐵十六局集團第四工程有限公司 北京 101400）

1 引言

隨著我國城市軌道交通的快速發展，越來越多的城市加快了地鐵建設步伐，以解決日漸凸顯的交通擁擠問題［1］。在河流眾多的南方城市修建地鐵，不僅水文地質條件復雜，線路往往還要下穿河道，有時還會遭遇已建橋梁的墩臺基礎，這些都給地鐵施工帶來了極大的挑戰。

2 工程概況

貴陽軌道交通2號線一期15標區間隧道位于貴陽市老城區一環路內，為單洞雙線隧道，起訖里程為DK36＋300～DK37＋300，在DK36＋373～DK36＋469段下穿南明河、團坡橋、河兩側截污溝及南明河逆斷層，下穿段與南明河正交，全長96 m。南明河寬35 m，水位距離隧頂10 m（枯水期），枯水期流量為13 m3/s。隧頂距河床最小埋深僅4.5 m，斷層影響寬度約6 m。位于線路正上方的團坡橋由中幅改造部分和兩邊拓寬部分組成，總寬45 m。改造部分上部結構為預應力連續箱梁，拓寬部分上部結構為凈跨35 m的肋拱橋。改造部分的橋墩基礎是在原既有橋墩基礎上加高而成（既有橋墩基礎建于1964年）。南明河兩側截污溝尺寸為3×3.4 m，溝底距隧頂10 m。地鐵隧道與南明河位置關系見圖1。

圖1 地鐵隧道與南明河的位置關系

3 施工方法比選及風險分析

3.1 施工方法比選

地鐵結構施工工法有明挖法、暗挖法、盾構法等［2］。采用明挖法施工需將南明河導流后分幅施工，河底以下地層主要為中風化泥質白云巖，機械開挖困難，而爆破作業對周邊環境和建筑物影響較大。盾構法主要適用于不穩定土層、砂層［3］。由于隧址沿線地層巖溶較發育，盾構掘進如遇到溶洞溶腔，應進行認真論證。暗挖對不同地質情況及周邊環境應采用不同的工程措施及施工方法，同時可根據施工監控量測的信息反饋來驗證或修正設計和施工工藝。因此地鐵隧道下穿南明河段采用暗挖法施工。

3.2 暗挖法施工風險分析

根據下穿段隧址的地質、水文及周邊建筑物情況，采用暗挖法需要解決兩大難題。

（1）水流滲透

南明河常年有水，河水與地下水系連通，同時河床下地質情況為中等巖溶發育，有溶洞及溶腔存在，經河水滲透可能留下聚集水囊。下穿段施工受河水及地下水補給，滲水量將大幅增加。若遇到充填型溶洞、溶腔，則容易發生涌水、涌泥及塌方。若打通河流下滲通道，則有可能引起河水倒灌隧道甚至河床沉陷，引發嚴重后果［4］。

（2）地層沉降

下穿段鄰近結構物主要有南明河兩側截污溝及團坡橋。暗挖法施工引起地層的位移會降低已有結構的承載力，易造成河床、截污溝變形過大，產生裂縫，甚至沉陷、斷裂。河床裂縫、沉陷及截污溝斷裂繼而引發水患。團坡橋水中基礎為擴大基礎，拓寬部分上部結構為拱橋，對基礎穩定性要求更高。暗挖施工會引起附加變形及差異沉降，當變形過大時將危及橋梁的安全和正常運營［5］。

4 下穿跨河橋梁地鐵施工關鍵技術

地鐵隧道穿越跨河橋梁段施工以“淺埋暗挖法”基本原理為依據，在洞外采取河床清淤回填、施作水平隔水層等控制措施，在洞內采取全斷面帷幕注漿、超前管棚支護、懸臂掘進機掘進、二襯缺陷預控、監控量測等控制措施，確保施工期間南明河無污染、無滲漏，團坡橋零沉降。

（1）下穿段河床預加固技術

下穿河流段應選擇旱季施工，保證上游河流來水量最少［6］。在河道上、下游堆碼由砂礫石與黏土混合裝填的土袋，形成擋水圍堰對河道進行導流。先施工南岸側圍堰，進行南岸河底低洼處淤泥、雜物清理，采用素混凝土回填至河床底。施工完畢后再進行北岸側圍堰施工及河底低洼處處理。

（2）水平隔水層施工技術

圍堰內河床低洼處處理完畢后，施作30 cm厚C30鋼筋混凝土水平隔水層。施工范圍：沿隧道方向長度35 m，即南明河河面寬度；沿南明河方向長度60 m，其邊線在隧道開挖輪廓線外左右各20 m，見圖2。

圖2 河底鋪砌施工

（3）上臺階完成全斷面帷幕注漿技術

由于隧道斷面在開挖后寬僅為5.5 m，全斷面帷幕注漿設備選型較為困難。根據超前地質預報情況，對掌子面布孔位置重新設計，采用上臺階完成全斷面帷幕注漿施工的方法，解決全斷面帷幕注漿與臺階法開挖相結合施工周期長的問題。具體做法：將原設計上臺階開挖斷面下調1 m，進行上臺階開挖并對掌子面進行加強支護；上臺階臨時仰拱及止漿墻施工；下臺階開挖到位并對掌子面進行加強支護；下臺階止漿墻施工；在上臺階上布設注漿孔，注漿孔間距30 cm，打設角度8°～48°之間，調整鉆孔長度，使其注漿擴散半徑及注漿效果不變（見圖3）。現場采用2臺HC726型履帶式潛孔鉆，注漿與鉆孔施工同步進行。帷幕注漿完成后，阻止了地下水進入隧道開挖輪廓線范圍，確保隧道在無水或少水狀態下開挖［7］。

圖3 更改后的全斷面帷幕注漿孔位布置縱剖面

（4）超前管棚導向跟管鉆進技術

隧道進洞大管棚施作采用“跟管”鉆工藝，鉆孔設備采用志高90潛孔鉆機。鉆孔前，將孔位由拱腳向拱頂進行編號，鉆進時先鉆奇數孔，待奇數孔管棚注漿完成后再進行偶數管棚孔鉆進。鉆進過程中，導管隨鉆頭跟進，導管采用螺旋套絲連接。鉆進過程中用測斜儀量測鉆桿鉆進的偏斜度，偏斜度超過設計要求時及時糾正［8］。

管棚鉆進完成后，安裝由4根φ22 mm主筋和固定環組成的鋼筋籠。在管棚尾部安裝加工好的止漿閥后，采用全孔壓入方式向管棚內注漿。

（5）懸臂掘進機掘進施工技術

全斷面帷幕注漿及超前大管棚施工完成后，懸臂式掘進機就位。本工程選用（徐工EBZ260）懸臂式掘進機進行掘進施工，對欠挖部位采用挖掘機配合修邊［9］。施工時掘進機先駛入隧道一頭，利用切割部在隧道掌子面進行上臺階切削掘進，切削下來的渣土形成后續開挖工作平臺。掘進完成后，安裝上臺階拱部鋼架，噴混凝土完成拱部初期支護。切割部在隧道掌子面進行下臺階切削掘進，施作隧道仰拱，初期支護成環，并及時跟進二次襯砌。

每次掘進循環進尺為兩榀鋼架（1.0～1.6 m），帷幕注漿段懸臂式掘進機開挖進尺≤1 m［10］，一榀一支護。切削下來的渣土直接由“第一運輸機”輸送至掘進機后方，再用挖掘機裝入運渣車運至豎井后垂直提升到場內臨時存渣區［11］。仰拱部分采用挖掘機開挖，滯后掌子面距離為14 m。施工方式見圖4。

圖4 掘進機掘進施工示意

（6）二襯缺陷預控技術

為減少隧道二襯施工出現厚度不足、脫空等缺陷，施工中除加強人工觀察外，還采用了液位繼電報警器進行了預控。具體做法：①沿隧道線路中心拱頂、拱腰處防水板上密貼布設4組接觸線（采用爆破線），每組2根。②連接液位繼電報警器，將接觸線與液位繼電報警器相連。連接后液位繼電報警器上顯示為紅燈亮。③當二襯混凝土沖頂時，混凝土接觸到接觸線兩個端頭，與報警器形成閉合電路，報警器上顯示為綠燈亮；相反，當混凝土沖頂未澆筑飽滿時，未形成閉合電路，報警器上顯示為紅燈亮。由此避免了二襯混凝土厚度不足、脫空等缺陷。

（7）監控量測技術

在隧道洞身支護完成后，尤其是在仰拱施工完畢，噴錨支護已閉合成環后，及時進行全斷面監控量測。隧道監控量測必測項目為初期支護狀況觀測、地表沉降觀測、團坡橋豎向及水平位移觀測、團坡橋傾斜觀測、洞內水平收斂及拱頂位移。

鑒于隧道施工過程中監測點經常被損壞，通過多次試驗，在監測板上采用特殊膠粘貼反光片，并在四邊采用螺栓固定，防止反光片遇潮脫落。通過封閉彈條控制實現了監測點的兩個穩定狀態，即測量狀態及防污染折疊狀態，滿足現場多種監測需要，見圖5。

圖5 采用裝配式監測點替代反光片

5 結束語

（1）地鐵隧道暗挖下穿段前，對河道進行半幅圍堰導流，并對河底淤泥、雜物進行清理，采用素混凝土回填至河床底。素混凝土與原河床下土體成為整體，保證了原覆土層土壓力的穩定，同時統一了隧頂覆土層厚度。

（2）對地鐵隧道下穿段河底施作水平隔水層，切斷地表水與地下水聯系通道，阻擋河水涌入隧道，為洞內無水作業創造了初步條件，在后續注漿施工時有效防止了漿液外泄。

（3）沿開挖輪廓線和開挖工作面進行全斷面帷幕注漿，使漿液在開挖輪廓線外一定范圍內形成一定厚度的隔水帷幕和加強圈。

（4）隧道開挖前，采用超長管棚對隧道拱頂部位進行補強加固，確保拱頂的穩定性。

（5）懸臂式掘進機臺階法開挖可減小對圍巖及橋梁基礎的擾動，使地層沉降得到有效控制，同時懸臂式掘進機可同步進行掘進和渣土裝運，大大提高了淺埋巖溶隧道的掘進速度［11－12］。

（6）利用液位繼電器實現對隧道襯砌混凝土拱頂空洞監測，有效解決了二次襯砌背后出現空洞的技術難題，消除了隧道在施工階段和長期運營過程中產生的縱向不均勻沉降。

（7）在隧道施工過程中，采用可折疊的裝配式監測點，提高了監測點布置及監測效率。

通過采用上述一系列措施確保了南明河無污染、團坡橋零沉降，順利完成了下穿段施工任務，取得了較好的經濟效益及社會效應。