復雜地質條件下地鐵隧道施工技術研究

紀雪松

（中鐵二十二局第一工程有限公司，黑龍江哈爾濱 150000）

0 引言

為推動地鐵交通產業順應時代的發展趨勢，提高地鐵隧道施工技術已經演變為重要事項之一，特別是在地質條件相對復雜的環境下，提高其施工技術已經演變為保證項目施工水平的關鍵因素，同時也是充分保證地鐵隧道運營安全性的前提條件。因此，本文從如下幾個方面加以論述，僅供參考。

1 地質復雜情況下的隧道工程概況

由于地質條件較差，在施工中常常采取全截面法，即在充分了解隧道的內部結構情況后，在前一次開挖的隧洞中進行襯砌，或改進支護結構。利用該技術可實現較大的作業面積，可同時解決大型和中小型機械的干涉問題，具有較高的工程應用意義。在應用上述技術進行隧洞工程時，應注意保證圍巖體的安全。在全隧道工程中，圍巖的安全問題與工程技術的選用有著密切的聯系，所以要充分地考量工期和造價，才能使隧道整體的設計更加合理。另外，在修建地鐵隧道時，必須選擇合適的混凝土。

2 隧道施工經常出現的地質情況

2.1 大型裂隙地段

在實際工程中，隧道工程的地質情況十分復雜，尤其大斷層是相當常見的。通常，由于受到地基塌方、結構渠道涌水、水力等多種外界條件的影響，導致結構破裂失效的可能性增大。尤其是在隧洞開挖過程中，出現了大量的斷層問題，這種斷層的地質結構和情況較為復雜，存在著很大的危險性，在實際中不僅會對工程的整體安全帶來極大的威脅，也會從某種意義上影響項目的整體進度。由于大斷裂區的地質結構范圍很廣，巖體具有豐富的水特性，因此在工程建設中極有可能出現涌泥、涌水等問題。而在這樣的地質結構中，由于地下的活動較為活躍，使得整個隧道的內部結構更加難以進行。

2.2 軟弱圍巖隧道區域

在隧道項目的實施過程中，技術人員要先對隧道施工的現場現狀、工藝要求和施工要點等做出全方位的研究，并以此為依據，全面掌握隧道的圍巖現狀并做出工藝措施。隧道內部施工的圍巖構造主要指隧道在一定應力情況下，通過設施等手段構筑的能夠承受整個工程應力的巖層構造體，以提高隧道工程施工作業的穩定性，避免軟弱巖體構造現象。針對弱圍巖的情況，其主要困難在于巖體構造厚度較低，結構強度不能滿足各種隧道施工的要求。另外，此種巖層一般分布不均勻，在地層開挖中，非常容易造成巖層組織體破裂及疏松狀態，進而造成大量巖層產生裂隙。一旦水流從裂隙處進入地層，將使地層遭受強烈沖刷，使巖層軟化，最后造成坍塌問題[1]。

3 不同復雜地質下的坑道開挖方法

3.1 工程概況

長春市城市地鐵交通7 號線一期工程的南湖大路站— 禮拜堂站區間，左線：K26+261.520—K26+997.916，長736.396m。右線：K26+261.520—K26+997.916，長736.396m。區間西起南湖大路站，向東結束于禮拜堂站，隧道覆土8.9～15.1m。區間沿南湖大路敷設，周邊主要為沿街商業和居民小區等，距離區間隧道較遠。區間左線采用盾構法施工（盾構機由南湖大路站大里程端始發，到禮拜堂站小里程端接收），右線采用礦山法施工（設有停車線的大斷面采用雙側壁導坑法施工，標準暗挖斷面采用臺階法施工）。區間右線靠近禮拜堂站一端，為滿足運營要求設置停車線及單渡線。范圍內包括一條臨時施工豎井橫道路，以及一條區間內聯絡道路。豎井設置于里程K26+807.651 處，聯絡通道位于里程K26+699.255 處

3.2 地下水的治理

在地鐵隧道施工過程中，必須充分考慮土壤的處理工作，因為地鐵隧道施工會受土壤的危害。在對地鐵隧道工程開展建設時，如果是復雜地質條件，就會出現土壤的處理工作，而且有相當的困難。隧道工程的實施會產生保護結構，它的功能是提高建筑的穩定性，但土壤會對其形成危害。隧道項目的施工安全事故，主要是由地下水引起的，如隧道的塌方、隧道頂部破裂等，所以在對復雜地質下的地鐵隧道項目進行開挖前，就必須進行對地下水的處理施工。

首先，可以使用襯砌來實現治理的目的。其次，也可以使用排水方法。排水方法的使用要建立在因地制宜的原則上。要想有效提高隧道開挖的治理效益，可采用導坑排水方法、超前開挖技術等。在對地下水進行處理中，較為高效的一項工藝就是小導管灌漿工藝，通過這種工藝，可以對泥漿種類做出篩選，因此能夠滿足不同的復雜地質要求。這項工藝之所以高效，在于其可以對水玻璃膠和混凝土的特性做出調整。此外，有關部門還應十分重視注漿材料管理工作，對注漿材料的壓力大小和注膠量進行嚴格控制，小導管注漿材料的待注膠量達到規定總量80%以后才可完成。

3.3 全斷面開挖

全截面法是一種較為普遍的隧道工程技術，其第一階段是先對整個隧道進行總體設計，然后進行爆破作業；在確定整體方案的輪廓之后，進行常規的隧道地基工程的支撐和襯砌。應用這種技術，可以拓寬工程的工作范圍，為大型機械的使用創造良好的環境。但需要注意的是，為了確保工程的運行，需要確保建筑中的石料在各個階段都能維持其安全，因此對建造場地的需求非常大。

3.4 淺埋偏心隧洞的建設

除了上面的施工方法之外，在地鐵隧道施工工程中，最常用的方法就是采用淺埋暗挖法，這種方法在地下工程中的應用效果非常顯著，在不牢固的土壤中，如果隧道的直徑與深度差異不大，可以采用淺埋暗挖的方法來確保地鐵的順利進行。在施工的過程中，采用淺埋和深挖技術，可以確保土壤本身的穩定性，同時也可以有效地將支撐和保護措施的作用發揮到極致。而且，采用淺埋和深挖技術要有足夠的應力監控，這樣在使用劈裂法的時候，效果會更好。可以說，淺埋和深挖是目前最可行的一種技術，以后肯定會被越來越多的人所接受。

在施工時，應先對土體結構進行徹底填筑，然后把裂縫填充牢固。在此期間，為了保證基礎結構的安全，采用單向拉桿和標準鋼。在出現大規模變形的初期，就需要根據現場的具體情況，制定相應的對策。在項目前期，通常需要在洞口上部使用鋼筋網片，并充分灌注混凝土進行基礎鋪設。基礎鋪筑的寬度為從中間軸左邊20m 到右邊的坡道，保證第二條路的鋪筑是傾斜的，而且要進行橫向和環形節流，使排水更加完美。

在隧道的中間部位，需要使用I 型20 鋼進行水平支撐，間距控制在1.2m 左右。工字鋼是上下兩排，每排之間要有三個垂直的框架。2 排工字鋼的間距需要能夠設置至少3 道豎向支撐結構，工字鋼兩側需要與鋼材結構架進行焊接處理，并且將所有的工字鋼使用直徑為22 mm 的鋼筋進行縱向連接。在采用錨桿和橫向工字鋼基礎后，雖然得到了控制，但斜坡的整體變形仍呈緩慢增長趨勢，為了進一步確保斜坡的結構穩定和工作人員的安全，采用洞口減荷技術進行加固，從而提高斜坡的安全性。在施工過程中，根據地形和地基的深淺，在斜坡底部設置漿砌護墻，以防止滑坡。

3.5 防排水施工

在復雜地質下開展建筑施工，必須防止工程建設活動對施工區域內的地下水源和自然環境造成嚴重破壞。尤其是在環境保護體系相對薄弱的地方開展建筑施工，更要重視該問題。為了最大程度地減少施工過程對自然環境的損害，應采取多種手段進行綜合防治。具體來看，在地下水相對充足的地方開展施工，就需要采取排水方式的解決手段，以減少對地下水源的不良干擾。與此同時，還要針對現場施工狀況設計對注漿管實施攔截，以最大程度保護地下水源不受干擾。經過綜合考慮后，在防排水施工技術層面上應當針對施工現場狀況的差異，采取防、排、攔、堵的手段加以解決。

4 復雜地質條件隧道施工技術應用

4.1 隧道孔洞施工

在進行隧洞施工時，必須選擇適當的施工模板，相關工作人員要在充分理解隧道整體施工計劃之后，結合工程地質條件、地質條件等因素，通過數據和資料的綜合統計，最終確定掘進及爆破技術。由于附近巖層種類繁多，因此可以采取臺階法進行深層挖掘，并嚴格控制隧道的超限。若軟弱巖石采用臺階式開挖，則需在巷道旁設置一種臨時支撐式仰拱，并在該工程中采用光面法進行爆破，在這一期間，要對開挖的爆破位置、使用的總體爆炸物進行適當安排。在圍巖的施工中，要采用橫向中墻法，并根據巷道的復雜性，采用小規模的爆破和挖掘，使掘進的速度得到最大限度的提升[2-3]。

4.2 隧道支護施工

隧道支護施工，必須利用濕噴機進行基本作業，水泥必須在隧道外圍進行拌和，混合均勻后利用運輸設備運送至隧道工作構造面外部。使用設備噴射水泥前，必須通過高壓水針對巖體結構表面遺留的塵土、石塊和雜質等加以沖洗，使巖表面維持一定的濕潤。

混凝土噴射施工必須劃段、劃塊，必須從下至上進行。初噴混凝土厚度一般不低于2～4cm。格柵拱架在施工完成后進行復噴混凝土施工，噴涂至規定強度[4]。

4.2.1 錨桿施工

錨索安裝前，必須事先在隧道外部根據設計方案進行錨索制作等工藝處理。在進行工藝前，錨索鉆孔部位和孔洞深度需要準確，同時確保錨索清潔，滿足要求后，通過高壓清除洞口內的巖石雜物，隨后通過注漿方法泵將符合標準的水泥灌注于洞口內，水泥質量滿足工程要求后裝配擠壓盤和螺帽。

4.2.2 鋼筋網絡施工

錨索在施作好之后進行鋼筋網的鋪裝工作，將洞外加工成片的鋼筋網應隨高就低緊貼初噴面，用沖擊孔打淺孔埋膨脹螺栓，將鋼筋直徑網安裝在槍機上，再用電焊焊接在錨索尾部，黏結緊密。

5 解決地鐵盾構施工的建設問題

5.1 地表沉降的解決方案

第一，針對特殊土層檢測泥土的水壓和品質，并提高泥土的水壓，使其能夠與建筑坑道中的地下水氣壓相匹配，并檢測挖出量。

第二，針對層數的差異選用混凝土配比，以調節凝固時機，并通過同時壓縮方法將泥土盡快填充盾構尾部的空隙中，以解決因盾構澆筑所引起的土壤減少問題，同時保證足夠的水壓和提高灌注次數，以抑制土壤下沉。

第三，在建設過程中，應依據實際的地質狀況和經驗對沉降情況實施監視與管理。將測量點置于隧道的中心點和兩端以測定水位，結束后應盡快反饋回現場并加以管理。

5.2 規避河流風險措施

首先，在進行盾構施工之前，有必要仔細研究盾構通過的層中河流與地下水之間的關系，測量河流中的實際水深，并計算從河底到隧道頂部的掩埋深度數據。

其次，為了確保隧道通過的安全性，在河道中進行了特殊的布置。由于盾構機的下半段在入江前后會發生突發性的覆蓋，因此要重視覆土深度、地質條件以及在進行時的河段情況。

5.3 降低管段上升的措施

在選用鉆井液的時候，既要確保鉆井液具有較好的注水能力，又要將初始的凝固周期和初期的堅硬程度結合起來，使整個防護隧洞的各個構件與周圍的巖石發生交互作用，從而形成一個穩定的整體。為了確保管段的穩定，應根據工程地質和水文資料的發展以及巷道內溝槽的變化情況，對泥漿比例進行動態調整。

6 結語

綜上所述，中國經濟社會的持續發展，推動著中國地鐵建設技術水平的提升，同時對地鐵建設也提出了較高的需求。在地鐵隧道建設中，往往會遇上復雜多變的地質環境，增加了地鐵隧道建設的復雜性。所以，應對地鐵隧道所處的地理環境開展全方位的勘測，結合隧道建設的實際狀況，選擇適宜的地鐵隧道建設技術標準，把握隧道建設技術要領，同時還應進一步提高管理水平，進一步提高工程服務質量，為地鐵建設的推進打下良好的基礎。