城市地鐵暗挖區(qū)間下穿河流安全施工技術(shù)

王炳東　于秀山

摘要：徐州市軌道交通3號(hào)線銅山副中心站-銅山新區(qū)站區(qū)間為礦山法暗挖區(qū)間，工程地質(zhì)條件復(fù)雜，下穿既有鐵路、商業(yè)樓、住宅小區(qū)、河流，施工風(fēng)險(xiǎn)較大。本文結(jié)合此段區(qū)間成功下穿河流的施工經(jīng)驗(yàn)，論述了城市地鐵暗挖區(qū)間下穿河流安全施工技術(shù)。

Abstract：? The section of Tongshan Sub-center Station-Tongshan New District of Xuzhou Metro Line 3 is the mining excavation interval. The engineering geological conditions are complex， it underpasses the existing railways， commercial buildings， residential quarters and rivers， so the construction risks are high. This paper combines the construction experience of this section to successfully underpass the river， and discusses the safety construction technology of the urban excavation interval underpass the river.

關(guān)鍵詞：地鐵;暗挖區(qū)間;下穿河流;超前地質(zhì)預(yù)報(bào);安全施工

Key words： subway;excavation section;underpass river;advanced geological prediction;safe construction

中圖分類(lèi)號(hào)：U455.4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-4311（2019）33-0173-03

1? 項(xiàng)目概況

1.1 區(qū)間概況

銅山副中心站-銅山新區(qū)站（以下簡(jiǎn)稱銅-銅區(qū)間）區(qū)間隧道為單洞單線馬蹄形斷面，礦山法施工。支護(hù)體系為網(wǎng)噴+格柵鋼架聯(lián)合受力體系。地下區(qū)間隧道襯砌由初期支護(hù)、防水層、二次襯砌構(gòu)成復(fù)合式襯砌。隧道凈空尺寸為5650mm×5300（高×寬）mm。初期支護(hù)由超前小導(dǎo)管注漿、格柵鋼架、砂漿錨桿、C25網(wǎng)噴混凝土組成。被下穿河流為玉泉河，屬徐州市泄洪河，人工河，河寬約25m，現(xiàn)狀河流深約為2.3m左右，為人工河，河底無(wú)鋪砌，河水受降雨影響較大，降雨時(shí)水位明顯上升，河底高程26.98m～30.78m，現(xiàn)狀水位約31.28m。

1.2 區(qū)間與河道位置關(guān)系

銅-銅區(qū)間為單線單洞隧道，兩左右洞間距14.5m，正交通過(guò)現(xiàn)狀玉泉河。隧道頂部與玉泉河河床凈距13m。

1.3 工程地質(zhì)概況

根據(jù)地質(zhì)鉆探揭露及工程地質(zhì)調(diào)查情況，銅-銅區(qū)間下穿玉泉河段隧道地層從上往下依次為雜填土、②3a-4黏土、⑤3a-4黏土、{11}2-3灰?guī)r、{11}2-3溶洞、{11}2a-3泥灰?guī)r。地質(zhì)鉆孔取芯顯示河床至隧道頂部雜填土厚約2m，黏土層厚約3.6m，灰?guī)r層厚約8.4m。隧道處于中風(fēng)化灰?guī)r地層，頂部巖溶發(fā)育，可能會(huì)有頂部坍塌、涌水突水風(fēng)險(xiǎn)。

下穿玉泉河場(chǎng)區(qū)整體分布1層碳酸鹽巖裂隙巖溶水。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)勘察期間量測(cè)的穩(wěn)定地下水位標(biāo)高22.36～31.18m。根據(jù)地勘資料顯示各地層滲透系數(shù)及滲透性如表1。

2? 暗挖下穿通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別

①隧道下穿玉泉河時(shí)處強(qiáng)、中風(fēng)化灰?guī)r地層，拱頂與河床凈距約13m。下穿過(guò)程中可能會(huì)由于爆破振動(dòng)引起拱頂坍塌、冒頂。

②隧道處于巖溶發(fā)育地層，巖溶填充物多為黏土，可能與玉泉河存在水力通道。當(dāng)施工至巖溶地段時(shí)會(huì)有涌水、突泥風(fēng)險(xiǎn)。

③隧道下穿玉泉河段埋深較小，爆破施工時(shí)可能會(huì)造成河床裂縫、隧道拱頂坍塌、冒頂引發(fā)涌水、突水事故。

④銅～銅區(qū)間隧道斷面較小，工作面機(jī)械設(shè)備調(diào)轉(zhuǎn)空間較小，在施工過(guò)程中容易發(fā)生機(jī)械傷人事件。

3? 隧道下穿風(fēng)險(xiǎn)防范措施

3.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

①利用TSP超前地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)進(jìn)行長(zhǎng)距離圍巖探測(cè)，初步對(duì)隧道圍巖進(jìn)行長(zhǎng)距離預(yù)報(bào)。臨近下穿前應(yīng)用地質(zhì)雷達(dá)詳細(xì)探測(cè)掌子面前方20m范圍圍巖及地下水儲(chǔ)存情況，探明巖溶位置。并進(jìn)行超前地質(zhì)鉆孔進(jìn)一步探測(cè)前方地下水情況，對(duì)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前探孔等預(yù)報(bào)手段所取得的資料進(jìn)行綜合分析與評(píng)判，以確保施工安全。

②進(jìn)行超前地質(zhì)鉆探。由于隧道區(qū)域?yàn)橹酗L(fēng)化灰?guī)r地層，巖溶較為發(fā)育，裂隙水發(fā)育，在施工中易發(fā)生透水、涌水事故，所以對(duì)于超前地質(zhì)預(yù)報(bào)顯示存在巖溶的區(qū)域，采用潛孔鉆打設(shè)超前探孔，進(jìn)一步確定巖溶位置、巖溶區(qū)域大小以及巖溶填充物，同時(shí)起到超前泄水效果。根據(jù)超前鉆探情況提前采取加固措施。

3.2 超前預(yù)注漿

若超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及超前地質(zhì)探孔探明掌子面前方巖溶裂隙較多，存水量較為豐富，可以考慮采用全斷面超前預(yù)注漿的方式進(jìn)行加固止水。

本次下穿超前預(yù)注漿長(zhǎng)度為30m，注漿范圍為隧道開(kāi)挖輪廓線以外3m范圍，注漿孔擴(kuò)散半徑2m。每一循環(huán)注漿長(zhǎng)度為15m，開(kāi)挖12m，并保留3m范圍作為止?jié){巖盤(pán)，第一循環(huán)采用3.0m厚C20砼止?jié){墻。

全斷面超前預(yù)注漿一方面能夠?qū)ο麓┒螄鷰r進(jìn)行加固，防止施工期間掌子面圍巖出現(xiàn)失穩(wěn)、坍塌、冒頂?shù)惹闆r，另一方面能夠填充裂隙，在隧道開(kāi)挖輪廓線外圍形成止水帷幕，截?cái)嘤袢雍哟才c隧道間的水力通道，能夠有效的起到止水效果，防止隧道開(kāi)挖過(guò)程中出現(xiàn)滲水、涌水險(xiǎn)情。同時(shí)，超前注漿能夠?qū)η胺綆r溶進(jìn)行填充加固，起到洞內(nèi)注漿加固巖溶的效果。

注漿完成后，在開(kāi)挖輪廓線范圍內(nèi)打設(shè)檢查孔，檢測(cè)注漿效果，每循環(huán)設(shè)檢查孔5個(gè)，其中拱部2個(gè)，左右邊墻各1個(gè)，底部1個(gè)，檢查孔直徑？準(zhǔn)110mm，長(zhǎng)度約13m，平均出水量<0.2L/min，也可采用任一孔出水量<5L/min;壓水檢查，在1MPa壓力下，吸水量<2L/min;加固體抗壓強(qiáng)度不小于3MPa，滿足上述條件，則認(rèn)為注漿達(dá)到效果，注漿達(dá)到效果后方可進(jìn)行開(kāi)挖。

3.3 弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)

3.3.1 減少爆破振動(dòng)

下穿玉泉河時(shí)總結(jié)Ⅳ級(jí)圍巖正常段爆破參數(shù)，以“弱爆破，短進(jìn)尺”為原則，找出最佳爆破參數(shù)，提高爆破效率，了解爆破對(duì)周?chē)h(huán)境的爆破影響情況和范圍，掌握爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)衰減規(guī)律，預(yù)報(bào)振動(dòng)量級(jí)。通過(guò)實(shí)際監(jiān)測(cè)，控制爆破規(guī)模，降低爆破振動(dòng)效應(yīng)，以確保開(kāi)挖周邊圍巖穩(wěn)定和爆區(qū)周?chē)槐Ｗo(hù)構(gòu)筑物的安全。

爆破時(shí)控制爆破震速不超過(guò)1.5cm/s，必要時(shí)采用人工配合小型機(jī)械的開(kāi)挖方式進(jìn)行，減小對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)，防止圍巖失穩(wěn)，發(fā)生險(xiǎn)情。

3.3.2 短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)

對(duì)于下穿河流段采取縮短循環(huán)進(jìn)尺，加強(qiáng)圍巖支護(hù)的方式安全通過(guò)?？s短循環(huán)進(jìn)尺有以下優(yōu)點(diǎn)：①采用短進(jìn)尺施工，能夠有效減少炸藥用量，減小爆破振動(dòng)對(duì)周邊圍巖的擾動(dòng)，減少圍巖失穩(wěn)坍塌的風(fēng)險(xiǎn);②采用短進(jìn)尺施工能夠減少圍巖臨空暴露的長(zhǎng)度，增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力，增加施工安全系數(shù);③短循環(huán)進(jìn)尺，縮短每循環(huán)施工時(shí)間，使開(kāi)挖面盡快封閉成環(huán)，減少圍巖暴露時(shí)間，確保施工安全;④對(duì)于巖溶地段，縮短循環(huán)進(jìn)尺可以減少溶洞填充物坍塌的風(fēng)險(xiǎn)，能夠有充足的時(shí)間對(duì)其進(jìn)行加固處理。本次下穿玉泉河，縮短循環(huán)進(jìn)尺至每循環(huán)0.5m，格柵鋼架加密至0.5m一道，同時(shí)掌子面拱頂120°范圍內(nèi)增加超前注漿小導(dǎo)管。在施工過(guò)程中，嚴(yán)格按照加強(qiáng)后的施工工藝參數(shù)進(jìn)行，安全穩(wěn)步的下穿通過(guò)河道。

3.4 巖溶處理

根據(jù)溶洞的位置及類(lèi)型分別采取不同的處理措施。

①對(duì)于超前探測(cè)發(fā)現(xiàn)位于隧道掌子面開(kāi)挖范圍內(nèi)拱頂?shù)娜芏?，首先在開(kāi)挖前采用超前注漿的方式進(jìn)行處理。待掌子面開(kāi)挖至溶洞處后，視溶洞填充物情況而定決定是否徑向注漿。若填充物充滿溶洞，且為硬塑狀，無(wú)流水，可不進(jìn)行徑向注漿;若溶洞填充物有明顯滲流，或者為半填充溶洞則須采用徑向注漿的方式再次經(jīng)行加固處理。注漿漿液根據(jù)隧道內(nèi)滲水情況選擇水泥單液漿或者水泥-水玻璃雙液漿或者化學(xué)漿液。②對(duì)于超前探測(cè)發(fā)現(xiàn)的位于隧道開(kāi)挖范圍內(nèi)的邊墻位置、仰拱部位的半充填和無(wú)充填型溶洞，待掌子面開(kāi)挖至溶洞處后直接采用素混凝土回填或采用徑向注漿加固。

3.5 加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)

由于下穿段地質(zhì)條件復(fù)雜，礦山法施工必定會(huì)對(duì)隧道周邊圍巖和地表環(huán)境產(chǎn)生擾動(dòng)。因此，在施工過(guò)程中對(duì)圍巖及周邊環(huán)境進(jìn)行全面、科學(xué)的監(jiān)測(cè)能夠確保施工安全。

隧道支護(hù)體系及周邊環(huán)境在受力狀態(tài)發(fā)生改變后通常會(huì)有一定的位移、變形。這種位移、變形會(huì)慢慢穩(wěn)定并趨向于零。當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常時(shí)，就代表可能會(huì)發(fā)生突發(fā)情況，施工人員可根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)判斷采取相應(yīng)的措施。因此，在施工過(guò)程中，通常依據(jù)觀測(cè)結(jié)果來(lái)驗(yàn)證施工方案的正確性，調(diào)整施工參數(shù)，必要時(shí)采取措施。

同時(shí)通過(guò)對(duì)地表河堤、河水水位的監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)有效的了解河堤、水位的變化情況，提前預(yù)判，提前采取措施，防止情況進(jìn)一步惡化，保證施工安全。

3.6 施工組織措施

①制定詳細(xì)的安全應(yīng)急預(yù)案，配置齊全的應(yīng)急物資，確保突發(fā)情況時(shí)能夠進(jìn)行及時(shí)有效的應(yīng)急處置。②在下穿河流施工之前，做好各項(xiàng)施工資源的儲(chǔ)備，合理安排施工工序，快速、穩(wěn)步通過(guò)下穿段。③為了防止產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，必須在單洞完全通過(guò)下穿段之后再進(jìn)行另外一個(gè)洞的下穿施工。

4? 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合徐州市城市軌道交通3號(hào)線銅山副中心站-銅山新區(qū)站區(qū)間隧道安全通過(guò)下穿玉泉河段施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)如下：以事前預(yù)防，事中控制為原則，通過(guò)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)，提前預(yù)判圍巖及地下水情況。再結(jié)合地質(zhì)情況采取全斷面注漿、巖溶填充物注漿、以“弱爆破、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)”為原則、加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)等措施，能夠保證地鐵暗挖區(qū)間下穿河流安全施工。

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