浅埋暗挖岩溶隧道下穿河流施工技术

马 辉， 陈理想， 陈寿根

(1. 中铁二局集团公司，四川成都 610031；2. 西南交通大学，四川成都 610031)

浅埋暗挖岩溶隧道下穿河流施工技术

马 辉1， 陈理想2， 陈寿根2

(1. 中铁二局集团公司，四川成都 610031；2. 西南交通大学，四川成都 610031)

近年来随着我国经济的快速发展，越来越多的城市开始修建地铁以缓解城市交通压力。隧道施工技术的进步也使一些处于复杂地质条件下的地铁修建具有了现实可能性，在岩溶地区修建地铁就是一例。我国喀斯特地貌所占国土面积比例虽然很大，但在该地貌条件下修建地铁隧道的实例极少，在喀斯特地貌条件下区间隧道长距离平行下穿河流更是罕见。文章结合贵阳轨道交通1号线第六工作段下穿河流(长约254 m)的施工工程实例，探讨了岩溶地区地铁隧道下穿河流施工技术，可为以后类似工程的修建提供借鉴和参考。

施工技术; 岩溶隧道; 下穿河流; 城市地铁

1 工程概况

贵阳轨道交通一号线全长34.0 km，其中地下线长27.0 km，共设有23座车站。因市中心高层建筑较多，河道两岸20 m范围内建筑较少，故中山路站～人民广场站区间线路在设计时采用了下穿河流的方式以减少对周边建筑的影响。区间隧道线路与南明河斜交，右线下穿长度约190 m，左线下穿长度约250 m，隧道拱顶与河床底部垂直距离约7.8 m，左右线最小间距为13 m，下穿段为两个单洞单线马蹄形断面结构。

隧道下穿河流段地层依次为淤泥质土、中风化泥质白云岩和泥质石灰岩。泥质石灰岩为灰色，中厚层状，节理裂隙较发育，岩体较破碎。中风化泥质白云岩呈灰白色，中厚层，节理裂隙较发育，岩体较破碎，偶见小溶孔、晶洞，钻孔岩芯多呈碎块状、短柱状、柱状。经前期地质勘查，该区间段地下岩体多为两种岩石的互层结构，在两者交界面极易因地下水的侵蚀作用产生溶槽和溶洞，岩溶属于强发育。

结合区域水文地质资料，该下穿河流段地下水类型为碳酸盐岩岩溶水、基岩裂隙水、第四系松散含水层孔隙水。拟建场地具有碳酸盐岩分布广、含水层厚度大、地下水埋藏浅、水量丰富等特点，一般泥质石灰岩、泥质白云岩地段以裂隙溶洞水和岩溶管道水为主，但水量分布极不均匀，岩溶发育段水量较大，规律性差。地表水体可能通过裂隙岩溶管道下渗补充给地下水，周边地下水以南明河为排泄基准面，两者紧密联系。在隧道掌子面掘进到与南明河北岸水平距离为32 m时出现涌水问题，且当河水水位上升时涌水量增加。该处隧道涌水经水质检验证实与南明河水质一致，说明河水通过岩石裂隙、岩溶管道等方式补给隧道开挖面的地下水。

2 下穿河流段隧道施工技术

本工程下穿河流段隧道施工包括洞内施工和洞外措施两部分。对隧道下穿段以全断面帷幕注浆的方式在开挖之前人为提高围岩等级，隧道以人工、机械的方式开挖，严格控制施工对上覆岩体的扰动。利用注浆小导管方式进行超前支护。在初衬中采用喷射混凝土、钢筋网加密、加强支护和初支背后注浆的方式提高初衬的强度，以加强对围岩变形的控制。施作二衬时采用防水混凝土等方式提高抗渗等级。

下穿河流段隧道经施工进度安排，选择在河水枯水期的秋、冬季和春季进行施工，同时通过开启上游翻板坝的方式控制上游来水量，降低河道水位。在条件允许情况下进行河水导流施工，保证位于开挖工作面顶部的河道一定范围内无水，还可对隧道通过区段河底进行临时铺底，防止河水下渗。

2.1 全断面帷幕注浆技术

帷幕注浆技术是利用注浆处理加固地基或围岩，并可形成防水帷幕的一门施工技术，可提高注浆段的围岩自稳能力，封闭掌子面，填充围岩裂隙及可能存在的岩溶通道，切断河道流水和地下水与掌子面的联通关系[1]。在近50 a的各种土木工程施工中，帷幕注浆技术在解决工程的堵水难题中有着众多的成功例子。

根据以往工程经验、技术总结[2]和本工程所处地质条件，经综合考虑确定与河流斜交下穿的区间(中山路站～人民广场站)注浆范围为下穿河流段再向两岸各延伸30 m，与河流正交的隧道区间(人民广场站～火车站站)注浆范围为河流宽度50 m与两岸各10 m的延长段。注浆范围为隧道开挖线以外4 m，每个注浆段长度为16 m(图1),根据围岩及渗漏水情况，注浆加固每循环可调整到20 m。一个注浆段完成后预留3 m的不开挖段作为下一注浆段的止浆岩盘。首次注浆时采用喷射混凝土作为止浆墙，喷混凝土厚度30 cm。帷幕注浆段采用人工、机械开挖，每循环进尺0.5 m。

图1 帷幕注浆纵断面尺寸示意(单位：mm)

预注浆方法主要有自掌子面向内的逐段前进式灌注法、自内而外的后退式灌注法、综合灌注法、全孔一次灌注法等[3]。考虑到帷幕注浆段岩层不稳定和河水对地层的影响，首次进行帷幕注浆时假设浆液的扩散半径为2 m，经注浆效果后期检查后再适当调整注浆参数。钻孔和注浆顺序为先外圈后内圈、自上而下、先近后远，同一圈孔间隔施工，采用分段前进式注浆。围岩较完整地段采用全孔一次灌注法。

注浆压力范围2.0～4.0 MPa，实际施工时可根据地层调节，浆液凝固时间可根据注浆孔内涌水量的大小及前方地质条件控制在1～2 min。施工前，注浆材料根据预测地质情况及涌水点的水压力、流量、流速和预计储水量进行注浆材料选择。总原则为：固结孔口管和封孔注浆时选用水泥-水玻璃双液浆；当处理断层破碎带、地下水流速很大时，应先注入惰性材料，如中粗砂或岩粉等，以充填过水通道，增加浆液流动阻力、减少跑浆，然后注入水泥-水玻璃双液浆堵水；对于涌水量很大且具有较大储水空间的岩溶裂隙型管道的大股突水，堵水措施为将动水变为相对静水时再行注浆，即设置堵截墙，使用快速胶凝的浆液堵水；还可采用分流减压、减流速的办法，再调整胶凝时间对出水点进行封堵，注浆材料仍选水泥-水玻璃浆液或超细水泥浆液。浆液配比的选择主要由裂隙含水岩层中注浆孔段的压水流量以及浆液需要的凝固时间确定，注浆过程中根据具体情况动态调节，并满足设计要求。

本次帷幕注浆孔道直径选择100 mm，掌子面内孔位中心间距为0.6 m，每循环单线隧道断面布置111个孔，当隧道断面尺寸有改变时(如较大大断面的停车区间)可根据实际情况增减布孔数目。隧道掌子面注浆孔的布置见图2所示。

图2 隧道掌子面帷幕注浆孔布置示意(单位：mm)

注浆结束后，按总注浆孔的5%～10%设计纵向检查孔，检查孔数目不少于3个，检查孔长度覆盖注浆段长。在帷幕注浆的掌子面拱部钻设3个径向检查孔，径向检查孔长5.0 m，钻孔直径定为50 mm。通过定性观察和定量计算的方法对注浆效果进行检测，以决定是否需要补充钻孔注浆。若检查孔涌水量大于0.2 L/(min·m)，应补孔注浆。通过统计总注浆量，反算浆液对空隙填充率，浆液填充率应达到70 %以上。

2.2 支护措施

超前支护采用注浆小导管。小导管壁厚和长度按照设计标准购买及加工。环向间距0.35 m，纵向间距2.0 m，纵向搭接1.5 m，小导管焊于型钢钢架之上。注浆浆液采用双液浆或超细水泥浆。帷幕注浆段每一循环开挖完成后立即对掌子面喷射5 cm厚混凝土封闭止水，稳定掌子面。初支喷混凝土采用C25，厚度为28 cm，全环设置。钢筋网采用φ8钢筋，构成20 cm×20 cm网格，全环设置，钢筋网与锚杆尾端连接牢固。为控制沉降，加强支护采用I 20b型钢钢架，全环设置，纵向间距0.5 m。

初期支护施工时在拱墙范围内预埋钢花管作注浆管，壁厚为4.0 mm，注浆管间距1.0 m×1.0 m，梅花形布置。当初期支护闭合成环一定长度后，即对初支背后压注超细水泥浆；开挖后地下水出露较多地段、初支及回填注浆后仍有渗漏水地段应视具体情况向衬砌背后更深层围岩进行注浆。为提高二衬混凝土抗渗等级，采用50 cm厚C35防水钢筋混凝土，抗渗等级为P12。仰供填充采用C20混凝土。

2.3 溶洞处治措施

根据地质勘察资料及前期施工地质揭露情况，施工过程中有极大可能会遇到充填型溶洞、溶腔，容易发生塌方及涌水涌泥的现象，若打通河流下渗通道，则有可能引起河水倒灌隧道，引发严重后果。为确保隧道施工安全，减少不同地层之间的差异沉降，预防施工后岩溶的进一步发展，对施工中遇到的溶洞进行专门处理。

溶洞处理根据施工特点并结合岩溶与隧道的相对关系和周边环境，针对不同的溶洞形式(空洞、填充物的力学指标的不同)采取不同的处理方法。施工处理范围主要为隧道轮廓线外5 m之内的溶洞。掌子面附近不同位置溶洞的具体处理方法见图3。

图3 溶洞处理方法

2.4 洞外处理措施

通过工程施工进度及时间的安排，下穿南明河段施工时

间调整在枯水期、水量很小的春、秋季和冬季，可以减少河道水流对隧道施工可能造成的不利影响。施工期间利用河道中原有水利设施，通过与河道管理部门的协调，开启上游翻板坝的方式降低河道水位。

河水导流可以从源头切断区间下穿施工时的涌水、涌泥风险。根据相关规范要求，当河面宽度较小、无通航和泄洪要求，水深3.0 m以内、流速在1.5 m/s以下，且河床土质渗水性较小时，可在水中施做土袋围堰。本次施工采用本方法对河道进行导流施工，确保隧道开挖掌子面对应上方河道范围无水。

在地质详勘工作中，有地质钻孔布置在隧道正上方，钻孔打穿隧道至隧道底部以下。钻孔直径110 mm，深度约31.5 m。勘察单位对钻孔采取了钢花管灌注水泥砂浆。为预防因地质钻孔封堵不密实而诱发涌水险情，施工中加强钻孔附近地段可能突然涌水的探测，采取超前钢花管注浆封堵措施。

因下穿河流段地质条件较差，河道两侧有排污管道等市政基础设施，在隧道施工过程中通过增加监测频率、加密布设于地表和周边建筑物测点等方式加强监控量测力度，为隧道下穿河流过程中可能产生的不利影响进行及时预警；利用TSP、地质雷达、超前探孔等方式对掌子面前方地质情况进行长、短距离预报，指导隧道施工。

3 结束语

考虑到岩溶这一特殊地质情况并结合工程实际，本文介绍了地铁隧道下穿河流段的施工技术。全断面帷幕注浆技术是岩溶处理的主要方法，通过提高初衬和二衬的参数，强化隧道结构的防水能力，在开挖揭露到溶洞时进行专门处理。施工时实际具体参数可根据工程经验做相应调整。这些措施提高了隧道下穿河流段的施工可靠度。

[1] 刘德强，宋战平.岩溶隧道帷幕注浆止水技术及施工[J].水利与建筑工程学报，2007,5(3)：38-42.

[2] 张旭东.岩溶隧道帷幕注浆施工技术标准的探讨[J].铁道标准设计，2005(1): 15-17.

[3] 王新年.隧洞预注浆技术及其设计方法介绍[J].山西水利科技，1995(2): 52-55，79.

[4] 李茂文，陈寿根，刘建国，等. 下穿布吉河盾构施工关键技术研究[J]. 四川建筑, 2010,30(4): 215-219.

马辉(1971～)，男，博士，高级工程师,从事高速铁路建设技术和建设管理工作。

U455.49

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[定稿日期]2015-03-11