代珂

（中鐵北京工程局集團有限公司，北京 102308）

0 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，盾構下穿建筑物、河流、橋梁、隧道等既有建構筑的施工越來越多，下穿河流隧道的施工案例國內(nèi)外也得到了許多應用，但對于巖溶發(fā)育地層淺埋隧道下穿河流情況并未總結出一套較為行之有效的施工技術，導致施工效率低，施工風險高。特別是近年城市環(huán)境保護標準越來越高，下穿河流不僅要考慮施工安全問題，還要對環(huán)境污染、河水水質(zhì)等問題進行考慮。巖溶發(fā)育地層隧道下穿河流施工存在三個難點：①巖溶發(fā)育地層本身的復雜裂隙情況很難通過單一勘察手段全面掌握；②高水壓條件下超前支護介質(zhì)如何滿足環(huán)保要求，同時還需解決盾構刀頭結泥餅的問題；③在注漿加固、渣土改良條件下，如何保證河流自身水質(zhì)，不影響周邊環(huán)境。

本文以貴陽地鐵三號線下穿花溪河為工程背景，通過綜合探測手段獲得巖溶地層下穿河流隧道的詳細地質(zhì)信息，利用新型注漿加固材料及技術解決上伏河流條件下復雜裂隙滲漏問題，有效提高該條件下暗挖地鐵隧道的施工質(zhì)量與效率，形成了一種復雜地質(zhì)條件淺埋地鐵隧道下穿河流的綜合施工技術。該技術將多種勘察方法有效融合，克服了單一勘察手段的技術弊端，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，能夠高效獲得復雜地層的詳細地質(zhì)信息；基于所得地質(zhì)信息，在進河之前10環(huán)管片（約50m）采用同步注漿協(xié)同二次注漿，有效切斷了地下水滲流路徑，防止其流入盾構隧道內(nèi)，解決了隧道開挖滲水/涌水及環(huán)保問題；施工過程利用膨潤土改良作業(yè)土體，形成掌子面泥漿護壁，有效防止盾構過程地下水滲流入盾構（刀）倉，從而保障了盾構施工的安全和效率，可為此類工程提供參考。

1 工程概況

農(nóng)學院站—花溪公園站區(qū)間右線隧道起訖里程為：YDK12+182.665—YDK13+853.654，全 長1 669.675m（短鏈1.314m）。左線隧道起訖里程為：ZDK12+182.665—ZDK13+853.654，全長1 673.906m（長鏈2.917m）。YDK13+550—YDK13+591（ZDK13+539—ZDK13+578）附近下穿花溪河，根據(jù)河底復測結果，區(qū)間隧道結構頂距離花溪河底（現(xiàn)狀）的最小豎向凈距右線約6.73m（左線6.88）。本區(qū)間巖體結構以層狀巖體為主，涉及地層主要為三疊系及第四地層。場區(qū)覆蓋層厚度在0.5～5.0m之間，表層溶槽發(fā)育，最深達11.2m。強風化層厚度在0.4～7.0m之間，強風化層節(jié)理裂隙發(fā)育，風化侵蝕嚴重、巖體破碎，中風化層巖體較為完整。異常主要集中在ZDK13+595—ZDK13+598段，經(jīng)過河道，向小樁號發(fā)育。

根據(jù)3號線地質(zhì)初勘、詳勘報告，共計鉆孔1 455個，發(fā)現(xiàn)溶洞的鉆孔143個，發(fā)現(xiàn)溶洞有198個，見洞率為13.6%；結合1、2號線工程建設實際情況，仍然會有一部分溶洞尚未探明。巖溶發(fā)育地區(qū)盾構下穿河流存在地質(zhì)信息探查難、施工滲水風險大以及盾構刀倉易結泥餅等一系列難題。采用可靠的手段對溶洞進行精確探測和妥善處理，確保盾構的順利掘進是本項目的一個技術難點。

圖1 盾構下穿花溪河區(qū)域平面布置圖

2 下穿河流施工基本原則

復雜地質(zhì)條件下穿河流隧道施工時，很難通過單一勘察手段獲取詳細的地質(zhì)信息，從而造成防滲措施選擇不當，抗?jié)B效果不理想等問題。同時，此類工程在進行防滲施工時，還應避免因施工擾動造成的環(huán)境污染。為獲得巖溶地層下穿河流隧道的詳細地質(zhì)信息，確定圍巖的合理防滲加固方法和滿足環(huán)保要求，提出針對復雜地質(zhì)條件下穿河流隧道施工綜合技術方法。

主要原則如下：

（1）多勘察手段相互融合，首先利用物探手段快速宏觀獲得整個下穿區(qū)域的地質(zhì)概貌，確定巖溶與裂隙分布，再通過局部鉆孔探查，準確判斷缺陷特征，并且在穿越前進行地質(zhì)情況復核，保證下穿前的地質(zhì)勘察資料準確無誤。

（2）針對復雜裂隙，采用盾構同步注漿與二次注漿協(xié)同，有效切斷地下水徑流路徑，防止地表徑流滲流入盾構隧道，以減少對周邊水質(zhì)及環(huán)境的影響。

（3）采用膨潤土改良盾構作業(yè)土體，形成掌子面泥漿護壁，既避免了刀具部位泥餅形成，又避免了地下水滲流入盾構倉（刀）內(nèi)，在隔水防護的同時有效提高掘進速度。

3 下穿河流施工工藝

結合高密度電法、孔內(nèi)雷達和水平鉆孔，輔以水平鉆孔勘測，形成可靠度較高的綜合地質(zhì)勘查資料，結合同步注漿、二次注漿技術以及膨潤土改良技術，形成復雜地質(zhì)條件淺埋地鐵隧道下穿河流綜合技術，具體工藝流程詳見圖2。

圖2 施工工藝流程圖

3.1 水文及巖層構造勘查

物探分別采用高密度電法、孔內(nèi)雷達和水平鉆孔，結果表明場區(qū)覆蓋層厚度在0.5～5.0m之間，表層溶槽發(fā)育，最深達11.2m，可能對隧道開挖有較大影響。強風化層厚度在0.4～7.0m之間，強風化層節(jié)理裂隙發(fā)育，風化侵蝕嚴重、巖體破碎，中風化層巖體較為完整。場區(qū)異常主要集中在ZDK13+595—ZDK13+598段，向小樁號發(fā)育，經(jīng)過河道，對隧道開挖有較大影響。

另外，中風化白云巖地層中，拱頂局部位于強風化層/巖體破碎帶范圍。區(qū)間隧道頂部最小埋深約為6.73m。由此判斷花溪河西河下方暫無溶洞。本次區(qū)間完成勘探揭露巖溶發(fā)育區(qū)或巖體溶蝕破碎區(qū)，區(qū)間左線共6個溶蝕破碎或巖體破碎區(qū)，區(qū)間右線共4個溶蝕破碎或巖體破碎區(qū)。

3.2 盾構下穿前施工準備

距離花溪河50m時再次進行參數(shù)總結，并對地質(zhì)情況進行驗證，保證地質(zhì)資料的準確性。

穿越前根據(jù)盾構推進試驗段情況，不斷調(diào)整、優(yōu)化并獲取最優(yōu)施工參數(shù)，同時下穿花溪河前6環(huán)施作止水環(huán)，避免花溪河水通過裂隙帶影響后面的成型管片。

盾構穿越河流前應停機（停機里程YDK13+532.383，ZDK13+525.636）對盾構機（包括盾尾密封系統(tǒng)，導向系統(tǒng)，中前盾及尾盾密封系統(tǒng)等）進行檢查、維修，開倉換刀檢查刀具，對損壞刀具和尾刷進行更換等；同時對龍門吊的線路及限位裝置、制動車擋及軌道進行全面排查；針對攪拌站的砂石料提前與供應商溝通，現(xiàn)場儲備料倉保證飽滿，滿足現(xiàn)場需求，保證穿越河流期間盡量不停機通過，以保證施工安全。

3.3 盾構穿越過程

（1）盾構掘進參數(shù)控制

掘進施工時，嚴格控制掘進參數(shù)，掘進施工擬定掘進參數(shù)如下，通過50m的掘進參數(shù)總結，工程部再次對穿越段進行參數(shù)交底（見表1）。

表1 盾構掘進參數(shù)

（2）出渣量控制

將出渣量控制作為各項掘進參數(shù)重中之重加以控制。出渣量采用體積與重量雙重控制，不同崗位人員（盾構機司機、龍門吊司機、調(diào)度值班員）參與控制并形成書面文字記錄。各崗位發(fā)現(xiàn)出渣超量時，立即通知項目領導，組織技術人員分析原因采取相應補救措施，工程部根據(jù)出渣里程，待拼裝管片達到該段位置時，加大同步注漿量。

盾構到達花溪河影響范圍前對渣土計量交底，對渣斗車進行分格量化，從渣斗車底往上每30cm所對應的渣土數(shù)值進行精確計算，確保土木工程師能快速確定出渣量與掘進距離是否匹配。

掘進時采取渣土改良措施增加渣土的流動性和止水性，密切觀察螺旋輸送器的出土情況以調(diào)整添加劑的摻量。

做好渣土管理工作，對每環(huán)出土量進行測定，出土量控制在一定范圍內(nèi)。螺旋輸送機出土以保證土壓值的穩(wěn)定為標準，不能太慢或太快，要穩(wěn)定。

（3）同步注漿控制

同步注漿參數(shù)如下：①注漿壓力，上部兩個（1#、4#）注漿孔的壓力控制在0.15～0.25MPa下部兩個（2#、3#）注漿孔的壓力在0.1～0.15MPa。②注漿量，每環(huán)同步注漿量根據(jù)試驗段掘進情況確定。③注漿速度，同步注漿速度和推進速度保持同步。④注漿結束標準，采用注漿壓力和注漿量雙控。⑤根據(jù)現(xiàn)場實際施工情況選擇性地進行添加水玻璃確保同步注漿及時凝固，固定管片。

（4）二次注漿控制

二次注漿采用注入水泥+水玻璃雙液漿，注漿位置在盾尾4～6環(huán)位置，注漿采用壓力控制。注漿點位主要在拱頂，采用注漿壓力進行控制，注漿壓力控制在0.2～0.4MPa之間。

3.4 盾構穿越后的措施

盾構下穿完成后，及時對下穿段進行封閉，即穿越前后各5環(huán)進行環(huán)箍注漿，將花溪河段與區(qū)間正常段全部隔離，確保該段的施工不影響其他的正常段管片質(zhì)量，監(jiān)測人員每天對該段管片進行持續(xù)監(jiān)測，保證穿越后每天一次管片測量，直至管片穩(wěn)定后滿足規(guī)范要求停止測量。針對下穿花溪河段的成型管片的滲漏水情況及時進行注漿堵漏處理嚴禁使用化學漿液，注漿壓力控制在0.2～0.4MPa，確保該段的成型管片不滲、不漏水。

4 結論

本文以貴陽地鐵三號線農(nóng)花區(qū)間下穿花溪河為工程背景，結合實時測試，現(xiàn)場試驗等技術，形成了復雜地質(zhì)條件淺埋地鐵隧道下穿河流綜合施工技術。主要研究結論如下：

（1）貴陽地鐵三號線農(nóng)學院站—花溪公園站區(qū)間下穿花溪河采用了“復雜地質(zhì)條件淺埋地鐵隧道下穿河流綜合技術施工工法”，利用多種勘察方法融合，克服了單一勘察手段的技術弊端，實現(xiàn)了優(yōu)勢互補，從而實現(xiàn)復雜地層的詳細地質(zhì)信息的高效獲取；

（2）基于詳細的地勘資料，在進河前10環(huán)管片（約50m）采用同步注漿初步切斷地表徑流滲漏路徑，然后施作二次注漿，有效防止地表徑流滲流進入盾構隧道。為盾構出土便捷，采用膨潤土改良作業(yè)土體，形成掌子面泥漿護壁，有效防止了開挖過程地下水滲流入盾構刀倉，從而有效保障該區(qū)間下穿河流盾構施工的質(zhì)量和效率。

（3）經(jīng)分析論證，并結合相關的施工經(jīng)驗，該工點采用復雜地質(zhì)條件淺埋地鐵隧道下穿河流綜合技術施工工法進行施工。本著安全可靠、生態(tài)環(huán)保、技術先進的原則，成功完成了農(nóng)學院站至花溪公園站區(qū)間下穿花溪河的盾構施工。相較于原設計方案提高了施工質(zhì)量，縮短了施工工期，有效規(guī)避了因勘察信息不完整與防滲措施不完善引起的施工風險，從而有助于提高項目的經(jīng)濟效益。