深圳市管廊隧道巖溶條件下穿既有地鐵段盾構施工技術

張志亮

摘要：巖溶條件下修建地下工程通常會受到巖溶溶洞的影響，對工程建設效果與安全產生不利影響。使用注漿加固的形式填充部分巖溶溶洞，雖然能夠在一定程度提升地層穩定性，但地鐵盾構施工依然會對地層中既有結構產生一定的影響。為此結合深圳市16號線下穿既有盾構區間的管廊隧道實例，在明確具體總體施工方案基礎上，從盾構機的選擇、洞口施工方案、特殊地段掘進施工方案以及盾構機過溶洞方案等方面探究施工要點，旨在為類似工程實踐提供參考。

關鍵詞：下穿既有地鐵段；施工技術；盾構；巖溶

1? ?工程概況

深圳市16號線共建管廊一標工程施工總承包二工區，包含3座綜合井、1座出線井及1區間，其中綜合井4、出線井2、綜合井5、綜合井6、綜合井3至綜合井6區間，全長約為3.22km，區間全部為盾構施工。工區起于黃閣路與閣溪三路交叉口綜合井3（不含），沿黃閣路往北，途徑綜合井4、出線井2和綜合井5，在黃閣路與龍平西路交叉口轉向東敷設，至龍平西路與和諧路交叉口東南側綜合井6。

綜合管廊位于深圳西南部沿海區域，根據地勘資料揭露，沿線地表均普遍為第四系松散層覆蓋，下伏基巖為燕山期侵入粗粒花崗巖、震旦系變質巖、淺粒巖及加里東期混合花崗巖。線路穿過的所有斷層均為非活動性斷裂帶。當前深圳地帶活動量較為微弱，到現在位置還未出現顯著應力以及能量集中的情況，地殼較為穩定。

根據其賦存介質的類型，沿線地下水主要有二種類型：一是第四系地層中的松散巖類孔隙潛水，主要賦存于沖洪積砂土層中，略具承壓性；另一類是基巖裂隙水，存在于強、中等風化帶、斷裂構造裂隙當中，有著一定的承壓性。

2? ?總體施工方案

根據深圳市16號線共建管廊總體施工部署，綜合井4、綜合井4至綜合井5區間盾構施工和綜合井4至綜合井3區間盾構施工，為全標段關鍵線路。工程開工后先施工綜合井4，由綜合井4提供盾構始發條件后展開盾構施工。出線井2、綜合井5在盾構到達前完成結構施工。

3? ?具體施工方案

3.1? ?洞口施工方案

3.1.1? ?洞門簾布、管片的拆除

在進行洞口施工前，要處理近洞口的3環管片，從襯砌壓降孔內部將水玻璃水泥漿注入其中。固結以后，采用簾布橡膠板以及折頁式壓板等臨時密封洞口。采用專業的工具拆除洞口0形環，先將一塊鄰接板拆除，然后按照從上到下的順序拆除。鑿除砂漿通常使用人工手持風鎬的方式施工，直到鑿至洞門圈內充分出露混凝土表面，將其完全清理干凈。

3.1.2? ?洞門防水施工

區間隧道東門處結構復雜，存在著較多的盲區，施工縫相對較多，防水難度較大。盾構機在出入隧道時，管片缺少后座頂力，管片之間的壓力減弱，接縫間隙通常較大，容易產生滲漏水問題，與洞口比較接近的盾構區間隧道是防水重心，要引起足夠的重視。

洞門施工中要使用防水混凝土，同時還要在洞門以及渠道隧道管片、車站結構剛性接頭的位置，設置遇水膨脹止水條。待主體工程完工以后，對所有的縫隙做嵌縫施工。按照工程實際情況，完成預埋注漿管施工，預注漿后實施正式注漿。

現澆洞門施工時，要按照設計的防水要求實施操作。如果在洞門的位置存在滲水的問題，則要進行導流，將導流管布置好以后再完成混凝土的澆灌。洞門完全施工結束以后，在拱頂位置通過襯砌壓漿孔，完成對洞門管片背襯的補充壓降，從而提升整個洞門的防水能力。

所有的壓漿工序完成以后，對防水效果進行檢查，必要的時候需要進行二次注漿。洞門使用C40防水混凝土，環向以及豎向施工縫要設置遇水膨脹止水條，使其產生洞門防水結構。在主體施工結束以后，實施嵌縫作業，并將密封劑注入其中。

3.1.3? ?襯砌施工

在地面進行鋼筋加工，確保主筋弧度的圓順和準確。運輸到工作面完成焊接與綁扎等工作，使用預埋鋼筋或植筋作為固定鋼筋。將模板側鋼筋與鋼筋混凝土預制塊捆綁，確保混凝土保護層厚度，防止出現漏筋情況。鋼筋綁扎以及焊接完成后，使用電橋對鋼筋、管片預埋鋼板、洞門鋼環的接通情況進行檢查，如果沒有接通則需要補焊。

洞門模板采用特殊加工的鋼模板，保證洞門尺寸精確。立模之前要涂抹脫模劑，以保證混凝土的美觀、光潔。模板、鋼筋以及止水條等查驗完成，且達到規范與設計要求的前提下完成混凝土澆筑。將混凝土塌落度控制在100～120mm，采用泵送方式將混凝土直接輸送入模，采用分層澆筑的形式施工。插入式振搗器將其搗固均勻，保證混凝土的密實度。拆模時間一般控制在3天以上，拆模時防止碰壞混凝土邊角。

3.2? ?特殊地段掘進施工方案

3.2.1? ?上軟下硬地層施工措施

本標段的區間地質相對復雜，通常隧道范圍內上部為土質強度較軟的砂層以及淤泥層，下部多為硬質巖層。上部土層較為松軟，推進進程中要保證切口水壓足夠穩定，避免切口水壓變化較大引發土層塌陷。對注漿配比進行科學調整，并對注漿壓力進行合理控制，保證注漿流量、注漿量以及推進速度等相關參數相匹配。盾構從軟土層向軟硬交界土層轉移過程中，要放緩推進速度，對各個區域油壓差進行調整，轉變盾構千斤頂合理位置，避免盾構機出現抬頭問題。

3.2.2? ?盾構下穿道路、建筑物措施

對道路、建筑物的保護主要是對處于軟弱地層沉降進行控制。要選擇合理的掘進參數，強化地表沉降、地下水位監測，并進行施工反饋，避免開挖面失穩引起地表沉降，以及地面因切口水壓太大引發地表隆起。強化對盾構掘進過程中的工況管控，嚴防土倉堵塞。在盾構穿越之前，提前采取袖閥管注漿加固。預備好鉆機、雙液注漿泵、漿液材料等，一旦出現較大的地表沉降，立即采取相應措施從地表向地層補充注漿。

3.2.3? ?防止結泥餅措施

通過地質資料顯示，除砂層外，本標段盾構穿越的其他地層具備泥餅產生條件。盾構在粘性較高的土層中掘進時，在刀盤特別是中心區域位置、土倉隔板前刀盤支撐間易形成泥餅。泥餅產生以后，掘進速度會降低，刀盤扭矩隨之提升。同時還會造成盾構難以掘進，導致開挖效率大大降低。

防止結泥餅措施如下：在易產生泥餅地層，對盾構機各類參數嚴密監測；有效控制掘進速度，采用低比重優質泥漿對土倉內粘土進行置換，避免土倉中粘土堆積，確保刀盤開口位置通暢。對土倉隔板的溫度定時進行觀測，如發現溫度異常立即停止掘進。按照規定的時間間隔，采用高壓水對刀盤以及土倉進行清洗，同時將分散劑加入到高壓水中，降低泥餅的產生概率，并有效化解已產生的泥餅。注重對設備進行保養和維修，及時檢查刀盤軸承潤滑系統。

3.3? ?盾構機過溶洞方案

根據地質報告顯示，本標段沿線存在大量溶（土）洞，為保證盾構的安全掘進，穿過溶洞時附近位置的土層穩定不塌陷，必須根據溶洞的位置及類型采取一定處置方案。

3.3.1? ?溶洞位置測定

對于溶洞段，通常會使用物探和鉆探相融合方式完成地質超前預測。比如，采用物探大范圍對目標進行探測，排除所有疑點，然后用鉆探對疑點進行確認。本溶洞段采用瑞雷波、CT地質監測、地質雷達等方式進行探測，并將結果與地質鉆探作吻合性驗證，探測溶洞的實際尺寸、深度和地下水情況，初步完成對溶洞位置、大小和范圍、充填情況的判定。

然后使用紅外探水設備監測巖溶區域的含水構造、地下水的情況。在探測有溶洞或溶蝕孔洞位置要布置鉆孔位置，將2m×2m、直徑為110mm的梅花形布孔，設置到隧道底板下13m位置。地質鉆探時，采用取芯檢查方式揭示巖層地質特征，并做水壓以及涌水量測定，從而了解溶洞的范圍、位置、大小、充填物性質。

溶洞段施工前，采用盾構機超前鉆探孔實現對盾構前方溶洞的探測。每次探測的長度通常為20m，兩次鉆探搭接為2m。這種形式的缺點是作業便捷性不足，通常會對施工緊度產生消極影響。

3.3.2? ?溶洞處理

對于盾構頂、底面溶洞，平面上在結構輪廓線外放3m范圍以外的溶洞可不處理，3m范圍以內的溶洞按按以下原則進行處理：溶洞上覆土層為砂層時，溶洞必須處理。溶洞上覆土層為不透水層時，隧道底板以下5m范圍內的溶洞必須處理，5m范圍外的溶洞可不處理。若溶洞邊界與盾構頂、底面的距離大于5m，則該溶洞可不作處理。若溶洞邊界與盾構頂、底面的距離小于5m，則必須處理。

對于盾構側面的溶洞，若溶洞邊界與盾構側面的距離大于1.5m，則該溶洞可不作處理。若溶洞邊界與盾構側面的距離小于1.5m，則該溶洞必須作填充處理。圖1為溶洞加固示意圖，圖2為盾構隧道巖面注漿平面布置圖。

根據上述原則判定需要預處理的溶洞，按溶洞填充情況進行處理。對于無填充物及半填充的溶洞，利用鉆孔或管波等方法探明溶洞范圍及基本情況。在溶洞范圍內布置鉆孔，鉆孔采用梅花型布置間距為2m×2m，其中一部分鉆孔作投料孔及注漿孔，另一部分用作排氣孔。

利用投料孔將粗砂或碎石填入溶洞內，使溶洞基本填滿。利用注漿孔按要求壓入水泥漿，使漿液充滿溶洞內空隙。待漿液固結，盾構再掘進通過，并密切監測地面沉降情況，及時安裝管片并進行同步注漿與二次注漿。

4? ?工程案例分析

4.1? ?處置方案

針對深圳市16號線綜合井5至綜合井6工區實施盾構施工，利用鉆孔或管波等方法探明溶洞的范圍及基本情況。在溶洞范圍內布置鉆孔，鉆孔采用梅花型布置間距為2m×2m，其中一部分鉆孔作注漿孔，另一部分用作排氣孔。利用注漿孔按要求壓入水泥漿，使漿液充滿溶洞內的空隙。待漿液固結，盾構再掘進通過，并密切監測地面沉降，及時安裝管片并進行同步注漿與二次注漿。4.2? ?溶洞段施工應急預案

本標段沿線基巖為石炭系灰巖，巖溶較發育，且溶洞段地下水具有承壓性質，含水量豐富，注漿未必能阻止溶洞地下水的滲漏，極易發生地表塌陷，為此施工前必須做好應急和處理預案，準備必要的搶險物質和機具。

5? ?結束語

巖溶條件下修建地下工程通常會受到巖溶溶洞的影響，對工程建設效果與安全產生不利影響。本文結合深圳市16號線下穿既有盾構區間的管廊隧道實例，在明確具體總體施工方案基礎上，從盾構機的選擇、洞口施工方案、特殊地段掘進施工方案以及盾構機過溶洞方案等方面探究施工要點。

地鐵施工過程中難免會存在線路交叉的情況，施工人員要對交叉路段加以管控，降低下穿既有地鐵段隧道施工對于周邊環境的影響。與此同時，施工單位和員工要嚴格按照施工標準以及技術操作，保證新建地鐵隧道的絕對安全，有效提升隧道結構強度。

參考文獻

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