抛填深埋暗挖地铁隧道施工技术研究

程 波

(重庆市轨道交通(集团)有限公司， 重庆 401120)

抛填深埋暗挖地铁隧道施工技术研究

程 波

(重庆市轨道交通(集团)有限公司， 重庆 401120)

随着城市的发展，有效地利用城市地下空间是解决发展与土地资源矛盾的有效途径，发展所带来的交通问题也越来越成为城市管理者重点考虑的问题，因此修建大运量的城市地铁交通日益受到管理者的重视。作为山地城市的重庆在城市扩展中，其城市地层地质条件差、填土粒径大、含水量高及地面交通繁忙，施工对周边围岩产生扰动，引发地铁隧道变形，甚至引发安全事故和造成严重经济损失，在这诸多复杂环境下修建市政交通设施成为建设者的难题。因此，研究城市新近抛填深埋富水暗挖隧道施工技术有着重要意义。以重庆轨道交通地铁十号线一期工程上湾路—环山公园区间隧道穿越最复杂回填土段为研究对象，从多个方面分析隧道施工技术，所采取的施工工法解决了类似地层中暗挖施工难题，具有较强的工程实用价值及类似研究价值。

抛填;深埋;富水;暗挖;监测

Abstract: With the development of the city, the effective use of city underground space is an effective way to solve the contradiction between development and land resources. Traffic problems brought by the development of city management has increasingly become the key issues to consider, therefore, the construction of large capacity of the city subway traffic has been the attention of managers. Because that Chongqing is a mountain city, and in the city expansion and the city formation, poor geological conditions, soil particle size, high water content and busy ground transportation, construction disturbance to the surrounding rock were caused, causing the deformation of metro tunnel, or even the occurrence of safety accidents and serious economic losses. The municipal traffic facilities construction in the complex environment becomes a difficult problem to many builders. Therefore, it is of great significance to study the construction technology of newly buried deep water rich tunnel in the city. The Bay Road to Chongqing metro line ten of the project on the mountain park tunnel through the most complex backfill section is took as the research object, and we analyze the tunnel construction technology from several aspects. The construction method adopted to solve the similar formation in the excavation construction problems, which has strong practical value and similar value study.

Keywords: filling and filling; deep burial; rich water; underground excavation; monitoring

为缓解重庆市交通阻塞情况，助推城市经济发展，快速发展城市地铁已提上城市管理者的议事日程。地下空间的合理开发是解决城市发展与土地资源矛盾的有效途径。钢轮钢轨地铁制式往往设置在城市地下，从而不可避免地会穿越城市新近回填区域。目前施工工法一般采取地面注浆加固地层后暗挖[1-5]、明挖、浅埋暗挖或者利用盾构等施工技术，但由于受城市客观条件限制，不可避免地需要穿越城市发展过程中形成的新近深抛填碎块石土质富水地层。因此，研究类似复杂地质暗挖隧道施工技术有着重要意义。

1 工程概况

重庆地铁十号线一期工程“上湾路—环山公园”区间隧道长1.45 km，单线双洞隧道，曲墙拱形结构，宽6.30～7.27 m，高6.60～7.60 m，埋深62.0 m，线净距8 m，K23+592处穿越新近抛填区，其中过渡段149 m，回填段373 m。由上而下依次素填土以粘性土夹砂岩、泥岩碎(块)石为主，堆填时间1～5年，填土厚度达61.70 m；粉质粘土厚度0.50～1.30 m，零星分布于素填土层之下；沉积岩以粉砂泥质结构为主，中—厚层状构造，强风化层厚0.70～4.40 m，隧道部分位于中等风化岩层上，部分处于回填土中。

隧道位于环山物流园区下方，园区交通繁忙，市政道路等级较低，隧道上方没有重要建构筑物，仅在K23+793.025～K23+853.025段，有一座双孔宽5 m、高6.5 m的排水箱涵，涵底距隧道顶约6.2 m，箱涵内常年有水通过。

2 施工难点

2.1 施工环境复杂

本工程位于环山物流园旁，即将开发的两江国际楼盘地块下方。由于市政设施不健全，紧邻食品城大道，车辆众多，在抛填土中暗挖施工，故需严格控制沉降和收敛值[6]，但区间隧道所处的地层软弱且水量较大，控制变形扰动极其困难。

2.2 水文地质条件复杂

隧道地下水主要为大气降水、地面沟塘的水体渗漏、城市地下排水管线渗漏补给等，水文地质条件较复杂，年平均降水量1 082.6 mm。现场主要为松散层孔隙水，赋存于第四系全新统的残坡积层和人工填土层孔隙中，分布在原始沟谷地段，为孔隙潜水和上层滞水。水位不统一，水量呈季节性变化，幅度大，地下水之间无水力联系。平水期水位高出拱顶3～8 m，地下水位在雨季或持续降雨期大幅上升，填土渗透系数9.15～9.99(m/d)。

2.3 土质软弱且稳定性差

出露的地层主要为第四系全新统填土层(Q4ml)、残坡积粉质粘土层(Q4el+dl)，第四系全新统(Q4)粘性土以及砂、泥岩块碎石组成，块碎石含量30%～50%，粒径一般20～500 mm，偶可达1 m以上，结构为松散—稍密，多为自由抛填。原始沟心部位较厚，粒径极不均匀，由上而下，块碎石含量增高，局部架空孔隙较大。围岩为Ⅵ级，隧道开挖后围岩在自重作用下松弛变形，易产生变形坍塌。另受地下水软化后丧失稳定性，由硬塑变为流塑，随水涌入隧道内形成坍塌涌泥，危及周边结构物及施工安全。

3 主要施工技术

按所处地质及水文情况，结合施工期集中在重庆丰水期(5月—9月)的特点，开挖隧道时存在丰富地下水，采用地面管井法降水，将水位降至隧道底2.0 m以下。由于地质较差，采用φ76自进式管棚、φ42小导管进行超前支护，其中过渡段采用型钢钢架初期支护，台阶法开挖，回填土段采用型钢钢架与格栅拱架双层初期支护，预留核心土法开挖，回填土段洞底采用钢管桩加固地基处理。

3.1 地面管井降水

施工时采用3～4台GQ-15回旋工程反循环钻机，功率为55 kW。降水时采用18台水泵，其中12台功率为15 kW的水泵，6台功率为30 kW的水泵。考虑实际运行时最大用电量极少出现满负荷运转情况，在回填土段地面安装1台800 kVA箱式变压器，1组低压出线引至降水区满足360 kW供电需求，其余容量满足洞内施工。

按隧道开挖进度，土方开挖前7～10天开始降水,为防止沉沙堵塞水泵，根据抽水效果，每月对降水井进行1次清理，隧道二衬完成后停止降水。

3.2 隧道开挖技术

穿越回填土段及过渡段采用双洞双向施工，贯通位置设在回填土段，在隧道大、小里程单独设2个施工区，施工区分左、右线隧道2个开挖面，采用机械开挖施工。穿越涵洞段按过渡段形式组织施工，开挖时上下台阶错开一定距离，左、右线开挖错开30 m以上，以避免相互影响。其施工划分情况如图1所示。

3.2.1 B断面台阶法施工

为减少开挖对围岩的扰动，统一采用机械开挖，开挖布序：测量放线→超前支护→隧道上、下台阶开挖→碴土外运→隧道喷锚支护→进入下一循环。

过渡段开挖时上台阶超前下台阶6～13 m，使用机械破碎锤凿岩进行隧道开挖。隧道周边围岩辅以适当的人工风镐凿岩开挖，严格控制每循环进尺1.5 m。挖掘机配合侧卸装载机装碴，装载机配合自卸汽车出碴，运至弃碴地点。

注：B断面为过渡段、C断面为回填段

下穿涵洞段开挖时上台阶超前下台阶10 m，使用机械破碎锤凿岩进行隧道开挖。隧道周边围岩辅以适当的人工风镐凿岩开挖。侧卸装载机配合自卸汽车出渣，每循环进尺0.5 m，保证下穿段施工安全。B断面上下台阶开挖施工示意图如图2所示。

注：①为上台阶，②为下台阶

3.2.2 C断面预留核心土施工

回填土段统一采用环形预留核心土法施工，人工配合小型挖掘机施工，布序：测量放线→开挖上弧形导坑→拱部进行初期支护→开挖中部核心土→开挖下部侧墙→下部进行初期支护→开挖下部核心土→仰拱初期支护→进入下一循环，循环进尺1.3 m。

上部环形导坑及边墙导坑以挖掘机开挖为主，辅以人工风镐开挖，开挖后及时喷射混凝土封闭围岩，并架设型钢钢架喷射混凝土完成初期支护。上部环形导坑出碴由挖掘机扒碴至下半断面后，利用侧卸装载机装入自卸汽车运走。下部侧墙及核心土开挖采用机械辅以人工，核心土开挖后立即施工仰拱钢架及喷射砼衬期支护，使初期支护尽早封闭，左、右边墙导坑交错施工，不得两边同时开挖。边墙围岩较差时分2层开挖，上部弧形导坑比下断面开挖超前3～5 m，2工序平行作业。C断面预留核心土开挖施工示意图如图3所示。

注：①为上部环形导坑，②⑤为核心土，③④为下部左右侧墙

4 隧道支护施工

4.1 支护参数

隧道初期支护不同地段采用不同支护参数，B断面支护参数如表1所示，C断面支护参数如表2所示。

表1 B断面支护参数

表2 C断面支护参数

4.2 支护施工

4.2.1 管棚施工

管棚工作室比正常开挖断面扩大550 mm，长度为5 m，在二衬浇注时采用同标号混凝土回填。钻进是自进式管棚施工的关键环节，钻机钻头直径为115 mm。15 m长的管棚由3根4 m和1节3 m管棚连接而成。在第一节钻到位后，使用自进式管棚专用连接套连接第二节管棚，循环继续完成钻进。

钻进完成后，通过注浆机将注浆管连接在注浆嘴上，打开闸阀，向钻孔内进行注浆，压力控制在0.5～2.0 MPa。初期采用低压力注浆，当管棚及孔道内被浆液填满后，适当加大注浆压力，使孔内的水泥浆液扩散到孔壁以外一定范围，当注浆量达到设计要求后，停注2 min，关闭闸阀，拆掉注浆管采用隔孔限量注浆法[7]继续后续孔注浆。

4.2.2 小导管施工

在掌子面上画出本循环小导管孔位，纵向间距1 m，环向间距0.6 m。采用风钻钻孔,φ60 mm，深度比导管插入长度深2～3 cm。小导管前端加工成尖锥状，尾部焊接φ6 mm的钢筋加劲箍，除尾部1 m外，管壁四周梅花形布置φ(6～8)mm、间距150 mm的出浆孔。

管尾与钢拱架焊接牢固，采用水泥砂浆，水灰比(1∶0.4)～(1∶0.6)，压力0.5～1 MPa，每孔注浆量和压力达到设计值时，继续注浆2 min待管口有浆液流出后结束。待初凝后第二次注浆，保证孔内注浆饱满。

4.2.3 钢架施工

钢架在加工场分节制作，螺栓连接，为确保钢拱架各连接部位吻合，在加工场内将整个隧道轮廓各节拱架进行整体试拼。

钢拱架采用人工借助机具进行架立就位安装。安装前，先初喷4 cm混凝土对围岩进行封闭，拱脚必须架立在坚固围岩上，以保证钢拱架的稳定。每榀钢架安装好后，在其拱腰及拱脚处设置锚杆，以限制拱架位置，钢架锁脚锚杆采用Φ22锚杆，每榀钢架设4根，长度3 m，其端部与钢架焊接牢固。纵向每榀钢架间采用Φ22钢筋连接，环向间距1.0 m，内、外侧梅花形布置，然后钢筋网铺设，并与锚杆和钢架绑扎连接牢固。

4.2.4 喷射混凝土

在喷射前，对欠挖部位，按设计尺寸修整断面轮廓，清除浮石以及拱脚的虚碴，后采用高压风以及高压水将岩面粉尘和碎屑岩层冲洗干净。

混凝土采用湿喷工艺，多次复喷至设计厚度且保证平整。风压0.2～0.4 MPa，自下而上分段分层喷射，先喷钢架与拱壁、后喷两拱之间，边墙厚7～10 cm，拱部厚5～6 cm；第2层喷射应在前一层终凝前进行。

5 隧道地基处理

回填土段隧道处于回填土中，为确保营运安全，需对隧底采用桩基加固，沿线路方向3根+2根梅花型布置，横向间距2.45 m，纵向间距0.65 m。采用钢管φ500×6 mm，钢管四周设置Φ10 cm孔口，间距75 cm，管内设6根Φ22 mm的钢筋笼，管桩嵌岩300 cm，桩基采用C40浇筑。

现场施工场地狭小，结合监测数据，沿着隧道线路间隔10.4 m划分一个施工区。施工区内配制2台GQ-15工程钻机同时施工，采用隔桩钻孔一次性成桩方式，施工布置如图4所示。

图4 施工布置

施工工艺：施工准备→测量放线→钻机就位→备制泥浆→钻进成孔→清孔验收→吊接钢管、钢筋笼→下导管→二次清孔→灌注水下混凝土→砼待强→成桩检测。

6 监测成果

采用信息法[8]施工,结合施工现场实际情况以及监测数据，对地质勘察结论、设计参数进行对比验证，以便于安全性判断，及时调整设计参数，采取更加合理的措施，监测成果见表3。

表3 监测成果

从监测成果分析：采取管井法降水后，地面明显发生沉降，隧洞内开挖围岩也发生变形；但利用监测预警机制，通过增加工程措施将险情给予消除，目前均处于安全状态。

7 结束语

本文以重庆地铁上湾站—环山公园站区间穿越回填土和过渡段隧道洞内施工为例，采取地面管井降水、超前支护、双层支护、地基加固等组合施工关键技术，保证了隧道施工的顺利进行；取得了良好的经济价值，工期得到了保障，减少了明挖带来的环境影响。结合监控监测技术，采用信息化施工、动态设计原则，有效控制了地层和周围建筑物结构的变形，解决了新近抛填土段富水区深埋暗挖地铁隧道施工难题，可为今后类似工程提供借鉴。

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(责任编辑林 芳)

StudyonConstructionTechnologyofCastinPlaceDeepBuriedSubwayTunnel

CHENG Bo

(Chongqing City Rail Transit (Group) Co., Ltd., Chongqing 401120, China)

2017-05-30

程波(1979—)，男，重庆人，高级工程师，工程硕士，主要从事轨道项目管理方面的研究，E-mail：crrtcb@qq.com。

程波.抛填深埋暗挖地铁隧道施工技术研究[J].重庆理工大学学报(自然科学)，2017(9):84-89.

formatCHENG Bo.Study on Construction Technology of Cast in Place Deep Buried Subway Tunnel[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(9):84-89.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.09.014

U451

A

1674-8425(2017)09-0084-06