地铁超浅埋暗挖隧道在复杂环境下的综合施工技术研究

总结了在复杂浅埋复杂情况下的地铁隧道施工技术，为今后类似工程施工积累了宝贵经验。

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.

关键词：地铁;超浅埋暗挖;涌水;回填区;施工技术;监控量测

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

中图分类号：U455                                        文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2018）34-0154-03

0  引言

随着我国城市规模成倍扩大，城市交通拥堵现象日益严重。地铁以其安全、准时、快速优点，在改善城市交通环境方面发挥越来越大的作用，各大城市都积极规划建设地铁项目。而地铁线路一般沿城市主干线敷设，穿越居民区、商业区及其它重要设施。不仅需要保证地铁隧道能够在复杂环境下安全快速施工，还须妥善地解决下穿的建筑物、道路及管网的安全。虽各城市地质情况复杂多变，地铁隧道施工积累了丰富的技术经验，但目前国内对于下穿块石回填区、喀斯特地质岩溶发育和地下水丰富的浅埋和超浅埋暗挖隧道施工经验缺乏，相应的施工技术研究少。所以，进行地铁超浅埋暗挖隧道在复杂环境下的综合施工技术研究，以达到安全快速及高质量的施工，具有较强的现实意义。

1  工程简介

贵阳轨道交通1号线第八工作段包含两站、两区间，线路全长3.1549km，暗挖隧道总长2486.4m，其中望～新区间全部和沙～望区间暗挖隧道的60%为浅埋或超浅埋段，围岩地质差、施工难度大、安全风险高。

望城坡站～新村站区间隧道为双洞单线+单洞双线结构，拱顶埋深5.8～11m，隧道下穿主干道珠江路、住宅小区高边坡桩板墙和复杂市政管网，拱顶覆土为块石回填和泥岩层，局部段落块石回填层已侵入洞身开挖范围。

沙冲路站～望城坡站区间设计为矿山法暗挖隧道，全区间为双洞单线結构，其中980m为浅埋施工，埋深14～30m。隧道在后巢村附近下穿既有南关双线铁路路基，南关线为电气化铁路，货运繁忙。该段隧道左右线间距13.5m，隧道拱顶距铁路轨面高差约22m，属于施工重点风险源。

2  技术突破及技术创新点

以贵阳地铁1号线望～新区间和沙～望区间隧道工程为背景，技术人员及有关专家认真仔细分析了围岩地质以及水文地质情况，详细调查研究周边施工环境，辅助以地面雷达扫描、地质钻探等多种技术手段，结合地质勘查报告、施工设计图，研究并总结了针对性较强的施工处理措施和技术方案，为安全、快速施工提供了强有力的技术保障和支持。确保了块石回填区和喀斯特地质岩溶发育、地下水丰富，浅埋和超浅埋地铁暗挖地铁下穿城市道路、建筑物、铁路和城市管网等复杂环境条件下快速及安全施工。本项目研究所取得的主要技术突破和创新点为：

①下穿块石回填区、道路和城市管网的超浅埋隧道。单洞单线隧道（开挖面积38.2～62.7m2）采用台阶法+预留核心土+冷开挖施工;单洞双线大断面隧道（开挖面积87.4～100.5m2）将原设计CRD法优化，首次将三台阶七步流水作业法应用于地铁区间隧道，成功下穿超浅埋回填层和高边坡桩板墙。②穿越回填层发生涌水、岩溶以及围岩裂隙水处理措施。施工前采用超前地质预报、红外线探水和超前地质钻孔获得掌子面前方地质围岩信息以指导隧道施工;针对涌水和溶洞，采取了洞内注浆和地表注浆相结合的处理措施，确保隧道全包防水要求。③将原微差爆破优化为秒差爆破，部分段落采用掘进机开挖，很好地控制了隧道爆破掘进振动对地表建筑物及居民的影响。④地铁下穿铁路段采取超前大管棚+超前小导管超前支护，开挖采用一步一回头，二衬紧跟的方法。且将原设计大小里程两个掌子面各打设1环25m管棚（搭接5m）防护，优化为从大里程一端施工1环45m超长大管棚。成功完成下穿铁路施工，有效控制铁路沉降。

3  主要技术突破和创新点的关键技术

3.1 望～新区间超浅埋暗挖隧道施工

该段地铁隧道有单洞单线和单洞双线两种结构形式，隧道穿越闹市区，车辆及行人密集。沿线周边建筑物多，居民房屋距离隧道开挖轮廓线4.2m，左隧下穿安置房小区的边坡桩板墙，隧道拱顶埋深5.8～11m。沥青路面下为回填层，由大块石及少量碎石、粘土组成，组分均匀性差，结构松散，如图1所示。地下通信电缆、燃气、自来水管道等密集。施工时发现沿线所有雨污水管道接头未经密封处理，导致接头漏水;且该区域为周围地势最低处，成生活用水、大气降水和地下水汇集区，导致岩体含水量极大，掌子面大量涌水，地表沉降较大。

3.1.1 核心土+台阶法的冷开挖方法

该区间单线单洞隧道采用核心土+台阶法的冷开挖方法。掘进严格按照“管超前、严注浆、冷开挖、少扰动、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”原则进行，确保施工安全。

施工台阶高度根据施工机具、人员安排等情况适当调整。上台阶每循环进尺不大于1榀钢架间距，边墙每循环进尺不大于2榀钢架间距;仰拱开挖前完成钢架锁脚锚杆;每循环开挖进尺需小于3m。左、右洞掌子面错开5倍洞径以上。

工序变化处之钢架设锁脚锚杆。钢架间连接钢筋及时施作并连接牢固。

严格进行监控量测，以分析、确定灌筑二衬时机及调整支护参数。

3.1.2 CRD法变三台阶七步流水作业法施工

望～新区间单洞双线结构开挖面积87.4～100.5m2，拱顶埋深5.8～8m，为浅埋大断面隧道，拱顶上方为泥岩、砂岩层及回填层。原设计施工工法为CRD法。

由于CRD法功效低、工期长。本项目总结了三台阶七步流水作业法在铁路隧道的大量成功应用，首次将该工法应用于地铁区间隧道，成功下穿超浅埋回填层和高边坡挡土墙。

该段围岩为泥岩、砂岩，局部为回填层;砂岩、泥岩强度高、硬度大，采用一般冷开挖难度大，需使用大型破碎锤破碎开挖。采用三台阶七步流水作业法开挖（如图2、3所示），断面分为三个台阶五个作业面，实现了“小断面开挖，大断面作业”，充分利用隧道空间使用大型机械施工，且多工序平行作业，提高工效。

3.1.3 掌子面涌水处理方法

①洞内处理。

隧道下穿回填层，地下水丰富，掌子面常出现大规模涌水，造成拱顶局部围岩坍塌，给施工带来极大难度。主要采取以下处理措施：1）停止掌子面开挖，对掌子面挂网喷砼封闭，用钢管引流涌水。沿隧道纵向和径向打设4m长注浆钢管，环向间距0.5m;在因涌水造成初支背后脱空位置埋设泵送砼？准200mm导管。2）利用预埋泵送砼管，对初支后脱空处泵送C20砼回填。3）对注浆钢管进行注浆封堵。小规模涌水注水泥浆。大规模涌水或注水泥浆效果不明显时注水泥水玻璃双液浆，浆液配比及注浆压力根据现场情况进行确认及调整。4）注浆后如还有少量漏水，先将漏水集中引排，待初支封闭成环后再注浆处理。

②地表处理。

掌子面涌水除洞内堵水外，还在地表进行处理，主要方法如下：1）排查地面雨污水管、检查井，摸清水流方向，判断洞内涌水来源，进行堵截和临时抽排。2）机械+人工方式将掌子面涌水处上方开挖到雨污水管管底，确定渗漏水来源，修复破损雨污水管，抽排渗水。3）在雨污水管基坑两侧挂网喷锚支护，底部浇注砼基底并设集水坑抽水，截排地表水，以完全控制或大幅度减少围岩涌水，确保隧道顺利掘进。

3.1.4 初期支护渗漏水处理措施

施工期间，初支表面常现渗漏水现象，处理措施为：①先引排渗漏水。②待初支封闭成环一定长度后在渗水区域打设注浆钢管，间距0.2～0.5m，孔深3～4m。钢管端口安装球阀，管和孔壁间空隙用锚固剂填充。③注浆采用水泥浆或水泥水玻璃浆液，水泥浆水灰比为0.8：1～1：1，双液浆配合比为（水泥：水=1：0.8（质量比）、水泥浆：水玻璃=1：1 （体积比）），注浆压力为0.5～1.0MPa。

3.1.5 岩溶涌水处理方案

沙～望区间隧道施工遭遇溶洞6個，溶洞群4处，其中最大一处溶洞群沿隧道纵向长度约30m，溶洞主要位于洞身拱顶和边墙位置，均为填充性溶洞，填充物主要为淤泥，溶洞围岩裂隙水联通，造成洞内涌水现象严重。

①小型溶洞处理方法。

出露于拱部和边墙，发育有限的小型溶洞处理措施如下：1）采用Φ42注浆小导管提前至少三榀钢架对溶洞进行超前预支护，每榀钢架施作一环，前后环错开施工，溶腔内每两榀钢架施作一环小导管。小导管长度根据溶洞规模适当调整。以上超前支护能够避免溶洞充填物塌落引起地表沉陷，个别溶洞还采取了加钢插板等措施。2）开挖后掌子面围岩采用Φ42小导管注浆加固。3）溶洞处钢架加密为0.5m/榀，初支封闭后立即注浆充填密实。4）对于浅埋及下穿建筑物段的拱部溶腔须回填密实，除吹砂或C25砼回填外，另预埋注浆管，待初支封闭成环后注浆回填密实。

②大型溶洞的处理方法。

大型溶洞采取先回填溶腔再开挖的方法，回填采取洞内和地表相结合的方式。

1）洞内处理。先施做厚30cm止浆墙以封闭掌子面和作为砼回填的挡墙，墙内设置I18工字钢支撑+Φ8钢筋网片，墙面喷射C25砼。并预埋泵送砼钢管和拱顶排气管，排气管在溶洞内的管口需位于溶腔最高处。止浆墙砼达到强度后向溶洞内泵送C20砼，待砼浆液从拱顶排气管流出时表明溶洞已回填密实，方停止回填。2）地表处理。避开市政管网，在地表钻设200mm孔洞至溶腔，由孔洞向溶腔内注入流动性好的M15砂浆以充分将溶腔回填密实，确保洞内施工安全，避免地表发生沉降。

3.1.5 隧道秒差爆破开挖工艺

施工初期采用毫秒雷管微差爆破技术，但毫秒延迟性不明显，周边居民反映爆破震速大而经常阻工。为减少爆破振动引起建筑物的破坏及居民阻工，将毫秒雷管优化为秒差雷管，同时还减少了引起爆破震速较大的上台阶掏槽眼、辅助眼和周边眼的齐爆装药量。从而降低了地震波振速峰值，减少了振动影响。

3.1.6 隧道悬臂掘进机开挖施工

隧道下穿城中村段时，为减小爆破开挖对地表建筑的影响和因炮损发生的阻工，引进了悬臂掘进机开挖工艺，掘进机开挖对地表基本无振动影响。

悬臂式掘进机就位后，开始从掌子面底部水平切削出一条槽，向前移动掘进机再一次就位，就位后截割头采取自下而上、左右循环切削。在切削同时铲板部耙爪将切削下来的碴装入运碴机。完成一个进尺后，进行二次修整以达到准确的设计断面。当局部遇有硬岩（≥100MPa），可先掘周围软岩，再人工配合机械分解局部硬岩及开挖至设计轮廓，以降低掘进难度及截齿消耗量。

3.2 下穿南关铁路施工

沙～望区间下穿南关线铁路路基。受影响的长45m段采用？准108大管棚注浆+？准42注浆小导管+钢拱架+系统注浆锚杆+钢筋网+喷射砼支护方式;大管棚长45m，数量为23根。

根据地质及断面尺寸，掘进采用两台阶“一步一回头”法，即上台阶按开挖1榀支护1次，下台阶按开挖2榀支护一次，台阶长度为3～5m，支护完成后及时封闭掌子面。各工序连续作业并及时施作初期支护，尽量减少土层的暴露时间。

4  监控量测

监控量测是地铁隧道施工时必须采取的措施，沉降及变形直接影响周围地面建筑和地下设施的正常使用，故对地表沉降及变形测量至关重要，施工期间现场监控量测必测项目有：洞内外观察、掌子面地质描述、拱顶沉降量测、洞内收敛量测和地表沉降量测，选测项目有：初期支护和二次衬砌内力、锚杆轴力，围岩与支护间的压力和围岩内部位移的量测等。

下穿南关铁路段除了以上监测项目外，还增加了既有铁路周边地表、铁路路基及铁路股道沉降及位移监测。

监控量测控制基准、数据的整理与反馈参照《铁路隧道监控量测技术规程》（TB10121-2007）进行。

按照《城市轨道交通工程监测技术规范》和施工图纸要求，本项目布共设洞内监测点952组，地表沉降及建筑物监测点1389组，监测结果均在可控范围。

5  结束语

“地铁超浅埋暗挖隧道在复杂环境下的综合施工技术研究”成果成功应用于贵阳地铁超浅埋暗挖隧道施工，成功解决了复杂环境下浅埋地铁隧道施工组织难度大、进度慢、安全风险大的问题。在施工期间未发生一起安全、质量事故，有力的保障了隧道施工及地面建筑物的安全。该方案合理、措施得当，未发生安全、质量事故，得到建设单位、设计单位、监理单位、咨询单位和质量监督部門的高度评价，创造了良好的社会效益。

参考文献：

[1]闫超平.下穿地下管线浅埋暗挖隧道施工关键技术研究[D].西南交通大学，2010.

[2]TB 10417-2003，铁路隧道工程质量验收标准[S].北京：中国铁道出版社，2011.

[3]刘晓娟.大跨度超浅埋暗挖隧道下穿城市主干道施工技术研究[J].建筑工程与设计，2016.

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