富水砂卵石地層地鐵礦山法暗挖隧道施工技術研究

摘要：先計算該地層的滲透強度，確定水壓力和流速。再在隧道兩側布設地面降水井，有效降低隧道周圍的水位，減少在挖掘過程中可能遇到的水量。在埋設注漿鋼管時，保證鋼管的位置、深度和數量都符合要求，以確保其能夠有效地支撐隧道。最后安裝隧道支護裝置，用于支撐和保護隧道的頂部和側壁。測試結果表明，該地鐵區間3號線左線拱底最大沉降值僅為-9.8mm，右線拱底最大沉降值為-6.3mm，滿足施工標準，證實了本研究設計的方法好，能夠達到富水砂卵石地層地鐵礦山法暗挖隧道施工。

關鍵詞：富水；砂卵石；礦山法；暗挖隧道施工

0 引言

富水砂卵石地層的物理力學特性，對地鐵暗挖隧道施工提出了更高的要求，基于此，研究富水砂卵石地層地鐵礦山法暗挖隧道施工技術具有重要意義[1]。首先，介紹富水砂卵石地層的形成和分布情況，分析了其地質特征和物理力學特性。其次，闡述地鐵礦山法暗挖隧道的施工工藝和方法，針對富水砂卵石地層的特點，提出了相應的施工措施和技術要點。最后，通過工程實例對該技術進行了驗證和說明

1 礦山法暗挖隧道施工方法設計

1.1 計算富水砂卵石地層滲透強度

滲流過程中，土與水的相互作用，會引起土的成分、細觀結構的變化，進而影響土的抗壓、抗剪強度等性能。由于滲透作用的影響，土中的顆粒會發生運移，同時水分狀態和化學組成也會發生變化，這些因素都會導致土的強度發生改變。當滲流強度較小或者剛進行滲流時，原來相互接觸的土體顆粒就會被分開[2]，孔隙也會隨之擴大。在地下設置PBtuhdyQMCKGEm8WxuEnVw==一個抽水孔，并測量該孔的抽水量和水位下降速度。通過這些數據，計算出砂卵石地層的滲透系數。

（1）

式中：K為滲透系數，單位為m/d；Q為抽水量，單位為m3/d；A為抽水孔的橫截面積，單位為m2；t為抽水時間，單位為d；?h為水位下降高度，單位為m。

通過以下公式計算滲透強度：

I=K×γg （2）

式中：I為滲透強度，單位為m/s；γ為水的重度，單位為N/m3；g為重力加速度，單位為m/s2。需要說明的是，在不同的條件下，滲透強度可能會有所不同。

1.2 在隧道兩側布設地面降水井

1.2.1 降水井布設與調試

降水井應當布設在隧道兩側穩定地層中，距離隧道邊緣有一定的距離，以避免對隧道施工造成影響。根據實際情況設計降水井的深度，以達到最佳的降水效果。

降水井的施工應當采用專業的鉆井設備和管材，由專業的鉆井隊伍完成。在施工過程中，需要采取措施防止出現地層坍塌、涌水等問題，確保施工質量和安全。

降水井調試包括水泵的選擇、管道的連接、電機的安裝等。在調試過程中，需要對水泵的性能和管道的密封性進行檢測，確保降水井能夠正常運行。同時，需要對降水井的效果進行評估，根據實際情況進行調整和優化。

1.2.2 臨時排水溝和集水井設置

依據隧道開挖情況及水流狀況，在施工豎井內和地面設置臨時排水溝和集水井。在暗挖區建筑物的防水設計中，設置了3道防線：初期支護后進行灌漿；采用1.2mm厚度的ECB聚氨酯防水卷材和PE閉孔泡沫襯里進行夾層結構防滲；采用二次澆注的方法，對混凝土進行防滲處理。為了保證該區段不發生滲漏，在二襯與防水層間增設了一道排水系統[3]。

1.3 注漿鋼管埋設

1.3.1 注漿鋼管布置

為有效減少因空洞造成的地表沉陷，在隧道開挖過程中，預埋42mm的灌漿鋼管，鋼管長度約50cm，外露l0cm，呈梅花狀分布于拱頂及兩側拱腳處，每3～5m設置1道[4]。注漿鋼管布置如圖1所示。

1.3.2 回填和注漿

仰拱成環約l0m后，進行仰拱的回填和注漿。灌漿采用水泥-水玻璃雙液泥漿，灌漿壓力為0.2～0.4MPa，采取間歇灌漿和靜壓交替灌注的方法，以確保回填質量[5]。

1.3.3 注意事項

注漿鋼管的長度和直徑應符合施工要求，材料應符合相關標準。鉆孔的位置和深度應準確無誤，鉆孔的直徑和深度應與注漿鋼管相匹配。

在安裝注漿鋼管時，應確保其與孔壁緊密貼合。在注入水泥漿時，應采用適當的壓力泵。在等待凝固期間，應避免對注漿鋼管進行擾動或移動。在清理和檢查時，應確保注漿鋼管的位置、數量和質量符合施工要求，并對不合格的注漿鋼管進行補救處理。

1.4 安裝隧道支護裝置

1.4.1 埋設小導管超前支護必要性

在穿越軟弱地層的過程中，開挖過程將產生很大的變形。若不事先做好支護措施或不能及時采取初期支護，將導致隧道圍巖大變形，嚴重的還可能導致隧道的失穩、坍塌。這不僅會影響工程的進度，還會威脅到工人的生命和財產安全。為保證隧道工程的安全，需要在開挖過程中提前埋設小導管超前支護。

1.4.2 小導管超前支護灌漿施工流程

小導管超前支護灌漿施工流程見圖2。

1.4.3 超前支護裝置結構

小導管超前支護裝置由Φ42無縫管制造，前端為錐形，方便施工，避免因泥漿噴濺而造成的浪費。超前支護結構長度為3.5m，中部為15mm的泄漿孔。噴漿孔等距按25cm的間隔依次排列。

為了防止導管端部漏漿，應避免在超前導管支撐設備尾端1.0m處打孔。為了防止在插入超前小導管時，由于端頭斷裂而無法連接管接頭，在導管兩端焊接中箍筋，以加強超前小導管的強度。在安裝小導管超前支護設備過程中，首先采用鉆機打孔，然后放入超前的小導管，再用風鎬進行振搗。某超前小導管支護結構如圖3所示。

1.4.4 超前小導管注漿

在預埋小導管支護后，將鉆孔及周邊裂隙用膠泥漿封閉。為了防止工作面坍塌，需要對超前支護設備及工作面周圍進行噴漿。在灌漿之前進行水壓測試，并確認機器和設備的工作狀態是否良好，同時檢查管道的暢通和接頭的正確性。

對于工期壓力大，設備運行效率高的情況，可以選擇一組（4～8支）進行注漿。以水灰比1：1的ML100/120型雙液式注漿泵進行注漿試驗。在灌漿之前，用高壓空氣從下往上吹掃管道內的沙石。每孔灌漿壓力在0.3～1.0MPa之間，觀測灌漿量及灌漿壓力，滿足設計要求后，及時終止灌漿。具體支護結構要求如表1所示。

對注漿固結體的強度進行測定，確定最佳配比。注漿壓力不能超過設計的最大壓力，為此注漿時應嚴格控制注漿壓力，注漿結束前注漿壓力應保持1～2min，以保證漿液能充分滲入地層。

2 實例應用分析

2.1 工程概況

成都軌道交通3號線一區間隧道以密實卵石土為主，上部為中密卵石、粉質黏土和雜填土，隧道底板深度為27.8m，部分隧道需通過盾構施工，兩個垂直結構之間的凈距小于3m。經研究決定，采取豎井+礦井法施工的方案進行前期施工。該工程地質參數如表2所示。

2.2 施工設備準備

在富水砂卵石地層中，地鐵礦山法暗挖隧道施工需要特定的設備和技術支持。其中挖掘設備包括挖掘機、破碎錘、銑挖機等，用于在砂卵石地層中挖掘和切割土壤。支撐設備包括鋼支撐、木支撐等，用于支撐隧道頂部和側壁，防止隧道在挖掘過程中坍塌。排水設備包括水泵、水管等，用于排除隧道內和周邊多余的水，防止水浸和隧道穩定性問題。通風設備包括風機、通風管等，用于為隧道內提供新鮮空氣，幫助工人和設備在地下作業時保持安全。測量設備包括全站儀、水準儀等，用于精確測量隧道的位置和高度，確保隧道施工的準確性。

2.3 施工要點

地鐵礦山法暗挖隧道施工需要注意以下幾點：施工前充分勘察地質，了解砂卵石的分布、粒徑和含水量等情況，為施工提供數據支持。在挖掘過程中采取有效的排水措施，防止水浸和隧道穩定性問題。選擇適合的支撐方式，根據實際情況選擇鋼支撐或木支撐等，確保隧道的穩定性。在施工過程中不斷監測隧道的變形和位移情況，及時采取措施防止隧道坍塌。針對砂卵石地層的特性，選擇適合的挖掘和切割方式，確保施工效率和安全性。

2.4 施工效果分析

為了驗證本文技術的施工效果，將其應用在成都軌道交通3號線一區間隧道。之后對其監測，得到左線和右線的拱底沉降變形值如圖4所示。由圖4可知，成都軌道交通3號線左線拱底最大沉降值為-9.8mm，略小于控制值-10.0mm。右線拱底最大沉降值為-6.3mm，滿足施工標準。由此證實本研究設計的方法好，能夠實現富水砂卵石地層地鐵礦山法暗挖隧道施工的安全控制。

3 結束語

在城市地鐵建設中，富水砂卵石地層是一種極具挑戰性的地質環境。本文研究了地鐵礦山法暗挖隧道施工技術在富水砂卵石地層中的應用，通過優化施工工藝、加強地質勘察、采取有效的降水措施等手段，確保了施工質量和安全。在施工過程中，應充分考慮地層的自穩定性、地下水的復雜性和周邊環境的影響，采取相應的技術措施和管理手段，以確保施工的順利進行和周邊環境的保護。

參考文獻

[1] 潘文韜，吳枋胤，楊文波，等.不同大變形等級層狀軟巖隧道施工關鍵技術研究[J].建筑科學與工程學報，2023，40（5）：148-161.

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[3] 吳敏敏，劉先行.風化花崗巖地層中地鐵盾構隧道施工關鍵技術[J].鐵道建筑，2022，62（3）：132-135.

[4] 安建永，雷海波，尹鴻威，等.富水砂層超小凈距疊線盾構隧道施工安全控制技術[J].隧道建設（中英文），2021，41（S2）：503-511.

[5] 彭東祥.地下水滲流情況下花崗巖殘積土層暗挖隧道施工技術研究[J].城市軌道交通研究，2020，23（8）：158-161.