复杂地质条件下地铁隧道施工技术研究

纪雪松

（中铁二十二局第一工程有限公司，黑龙江哈尔滨 150000）

0 引言

为推动地铁交通产业顺应时代的发展趋势，提高地铁隧道施工技术已经演变为重要事项之一，特别是在地质条件相对复杂的环境下，提高其施工技术已经演变为保证项目施工水平的关键因素，同时也是充分保证地铁隧道运营安全性的前提条件。因此，本文从如下几个方面加以论述，仅供参考。

1 地质复杂情况下的隧道工程概况

由于地质条件较差，在施工中常常采取全截面法，即在充分了解隧道的内部结构情况后，在前一次开挖的隧洞中进行衬砌，或改进支护结构。利用该技术可实现较大的作业面积，可同时解决大型和中小型机械的干涉问题，具有较高的工程应用意义。在应用上述技术进行隧洞工程时，应注意保证围岩体的安全。在全隧道工程中，围岩的安全问题与工程技术的选用有着密切的联系，所以要充分地考量工期和造价，才能使隧道整体的设计更加合理。另外，在修建地铁隧道时，必须选择合适的混凝土。

2 隧道施工经常出现的地质情况

2.1 大型裂隙地段

在实际工程中，隧道工程的地质情况十分复杂，尤其大断层是相当常见的。通常，由于受到地基塌方、结构渠道涌水、水力等多种外界条件的影响，导致结构破裂失效的可能性增大。尤其是在隧洞开挖过程中，出现了大量的断层问题，这种断层的地质结构和情况较为复杂，存在着很大的危险性，在实际中不仅会对工程的整体安全带来极大的威胁，也会从某种意义上影响项目的整体进度。由于大断裂区的地质结构范围很广，岩体具有丰富的水特性，因此在工程建设中极有可能出现涌泥、涌水等问题。而在这样的地质结构中，由于地下的活动较为活跃，使得整个隧道的内部结构更加难以进行。

2.2 软弱围岩隧道区域

在隧道项目的实施过程中，技术人员要先对隧道施工的现场现状、工艺要求和施工要点等做出全方位的研究，并以此为依据，全面掌握隧道的围岩现状并做出工艺措施。隧道内部施工的围岩构造主要指隧道在一定应力情况下，通过设施等手段构筑的能够承受整个工程应力的岩层构造体，以提高隧道工程施工作业的稳定性，避免软弱岩体构造现象。针对弱围岩的情况，其主要困难在于岩体构造厚度较低，结构强度不能满足各种隧道施工的要求。另外，此种岩层一般分布不均匀，在地层开挖中，非常容易造成岩层组织体破裂及疏松状态，进而造成大量岩层产生裂隙。一旦水流从裂隙处进入地层，将使地层遭受强烈冲刷，使岩层软化，最后造成坍塌问题[1]。

3 不同复杂地质下的坑道开挖方法

3.1 工程概况

长春市城市地铁交通7 号线一期工程的南湖大路站— 礼拜堂站区间，左线：K26+261.520—K26+997.916，长736.396m。右线：K26+261.520—K26+997.916，长736.396m。区间西起南湖大路站，向东结束于礼拜堂站，隧道覆土8.9～15.1m。区间沿南湖大路敷设，周边主要为沿街商业和居民小区等，距离区间隧道较远。区间左线采用盾构法施工（盾构机由南湖大路站大里程端始发，到礼拜堂站小里程端接收），右线采用矿山法施工（设有停车线的大断面采用双侧壁导坑法施工，标准暗挖断面采用台阶法施工）。区间右线靠近礼拜堂站一端，为满足运营要求设置停车线及单渡线。范围内包括一条临时施工竖井横道路，以及一条区间内联络道路。竖井设置于里程K26+807.651 处，联络通道位于里程K26+699.255 处

3.2 地下水的治理

在地铁隧道施工过程中，必须充分考虑土壤的处理工作，因为地铁隧道施工会受土壤的危害。在对地铁隧道工程开展建设时，如果是复杂地质条件，就会出现土壤的处理工作，而且有相当的困难。隧道工程的实施会产生保护结构，它的功能是提高建筑的稳定性，但土壤会对其形成危害。隧道项目的施工安全事故，主要是由地下水引起的，如隧道的塌方、隧道顶部破裂等，所以在对复杂地质下的地铁隧道项目进行开挖前，就必须进行对地下水的处理施工。

首先，可以使用衬砌来实现治理的目的。其次，也可以使用排水方法。排水方法的使用要建立在因地制宜的原则上。要想有效提高隧道开挖的治理效益，可采用导坑排水方法、超前开挖技术等。在对地下水进行处理中，较为高效的一项工艺就是小导管灌浆工艺，通过这种工艺，可以对泥浆种类做出筛选，因此能够满足不同的复杂地质要求。这项工艺之所以高效，在于其可以对水玻璃胶和混凝土的特性做出调整。此外，有关部门还应十分重视注浆材料管理工作，对注浆材料的压力大小和注胶量进行严格控制，小导管注浆材料的待注胶量达到规定总量80%以后才可完成。

3.3 全断面开挖

全截面法是一种较为普遍的隧道工程技术，其第一阶段是先对整个隧道进行总体设计，然后进行爆破作业；在确定整体方案的轮廓之后，进行常规的隧道地基工程的支撑和衬砌。应用这种技术，可以拓宽工程的工作范围，为大型机械的使用创造良好的环境。但需要注意的是，为了确保工程的运行，需要确保建筑中的石料在各个阶段都能维持其安全，因此对建造场地的需求非常大。

3.4 浅埋偏心隧洞的建设

除了上面的施工方法之外，在地铁隧道施工工程中，最常用的方法就是采用浅埋暗挖法，这种方法在地下工程中的应用效果非常显著，在不牢固的土壤中，如果隧道的直径与深度差异不大，可以采用浅埋暗挖的方法来确保地铁的顺利进行。在施工的过程中，采用浅埋和深挖技术，可以确保土壤本身的稳定性，同时也可以有效地将支撑和保护措施的作用发挥到极致。而且，采用浅埋和深挖技术要有足够的应力监控，这样在使用劈裂法的时候，效果会更好。可以说，浅埋和深挖是目前最可行的一种技术，以后肯定会被越来越多的人所接受。

在施工时，应先对土体结构进行彻底填筑，然后把裂缝填充牢固。在此期间，为了保证基础结构的安全，采用单向拉杆和标准钢。在出现大规模变形的初期，就需要根据现场的具体情况，制定相应的对策。在项目前期，通常需要在洞口上部使用钢筋网片，并充分灌注混凝土进行基础铺设。基础铺筑的宽度为从中间轴左边20m 到右边的坡道，保证第二条路的铺筑是倾斜的，而且要进行横向和环形节流，使排水更加完美。

在隧道的中间部位，需要使用I 型20 钢进行水平支撑，间距控制在1.2m 左右。工字钢是上下两排，每排之间要有三个垂直的框架。2 排工字钢的间距需要能够设置至少3 道竖向支撑结构，工字钢两侧需要与钢材结构架进行焊接处理，并且将所有的工字钢使用直径为22 mm 的钢筋进行纵向连接。在采用锚杆和横向工字钢基础后，虽然得到了控制，但斜坡的整体变形仍呈缓慢增长趋势，为了进一步确保斜坡的结构稳定和工作人员的安全，采用洞口减荷技术进行加固，从而提高斜坡的安全性。在施工过程中，根据地形和地基的深浅，在斜坡底部设置浆砌护墙，以防止滑坡。

3.5 防排水施工

在复杂地质下开展建筑施工，必须防止工程建设活动对施工区域内的地下水源和自然环境造成严重破坏。尤其是在环境保护体系相对薄弱的地方开展建筑施工，更要重视该问题。为了最大程度地减少施工过程对自然环境的损害，应采取多种手段进行综合防治。具体来看，在地下水相对充足的地方开展施工，就需要采取排水方式的解决手段，以减少对地下水源的不良干扰。与此同时，还要针对现场施工状况设计对注浆管实施拦截，以最大程度保护地下水源不受干扰。经过综合考虑后，在防排水施工技术层面上应当针对施工现场状况的差异，采取防、排、拦、堵的手段加以解决。

4 复杂地质条件隧道施工技术应用

4.1 隧道孔洞施工

在进行隧洞施工时，必须选择适当的施工模板，相关工作人员要在充分理解隧道整体施工计划之后，结合工程地质条件、地质条件等因素，通过数据和资料的综合统计，最终确定掘进及爆破技术。由于附近岩层种类繁多，因此可以采取台阶法进行深层挖掘，并严格控制隧道的超限。若软弱岩石采用台阶式开挖，则需在巷道旁设置一种临时支撑式仰拱，并在该工程中采用光面法进行爆破，在这一期间，要对开挖的爆破位置、使用的总体爆炸物进行适当安排。在围岩的施工中，要采用横向中墙法，并根据巷道的复杂性，采用小规模的爆破和挖掘，使掘进的速度得到最大限度的提升[2-3]。

4.2 隧道支护施工

隧道支护施工，必须利用湿喷机进行基本作业，水泥必须在隧道外围进行拌和，混合均匀后利用运输设备运送至隧道工作构造面外部。使用设备喷射水泥前，必须通过高压水针对岩体结构表面遗留的尘土、石块和杂质等加以冲洗，使岩表面维持一定的湿润。

混凝土喷射施工必须划段、划块，必须从下至上进行。初喷混凝土厚度一般不低于2～4cm。格栅拱架在施工完成后进行复喷混凝土施工，喷涂至规定强度[4]。

4.2.1 锚杆施工

锚索安装前，必须事先在隧道外部根据设计方案进行锚索制作等工艺处理。在进行工艺前，锚索钻孔部位和孔洞深度需要准确，同时确保锚索清洁，满足要求后，通过高压清除洞口内的岩石杂物，随后通过注浆方法泵将符合标准的水泥灌注于洞口内，水泥质量满足工程要求后装配挤压盘和螺帽。

4.2.2 钢筋网络施工

锚索在施作好之后进行钢筋网的铺装工作，将洞外加工成片的钢筋网应随高就低紧贴初喷面，用冲击孔打浅孔埋膨胀螺栓，将钢筋直径网安装在枪机上，再用电焊焊接在锚索尾部，黏结紧密。

5 解决地铁盾构施工的建设问题

5.1 地表沉降的解决方案

第一，针对特殊土层检测泥土的水压和品质，并提高泥土的水压，使其能够与建筑坑道中的地下水气压相匹配，并检测挖出量。

第二，针对层数的差异选用混凝土配比，以调节凝固时机，并通过同时压缩方法将泥土尽快填充盾构尾部的空隙中，以解决因盾构浇筑所引起的土壤减少问题，同时保证足够的水压和提高灌注次数，以抑制土壤下沉。

第三，在建设过程中，应依据实际的地质状况和经验对沉降情况实施监视与管理。将测量点置于隧道的中心点和两端以测定水位，结束后应尽快反馈回现场并加以管理。

5.2 规避河流风险措施

首先，在进行盾构施工之前，有必要仔细研究盾构通过的层中河流与地下水之间的关系，测量河流中的实际水深，并计算从河底到隧道顶部的掩埋深度数据。

其次，为了确保隧道通过的安全性，在河道中进行了特殊的布置。由于盾构机的下半段在入江前后会发生突发性的覆盖，因此要重视覆土深度、地质条件以及在进行时的河段情况。

5.3 降低管段上升的措施

在选用钻井液的时候，既要确保钻井液具有较好的注水能力，又要将初始的凝固周期和初期的坚硬程度结合起来，使整个防护隧洞的各个构件与周围的岩石发生交互作用，从而形成一个稳定的整体。为了确保管段的稳定，应根据工程地质和水文资料的发展以及巷道内沟槽的变化情况，对泥浆比例进行动态调整。

6 结语

综上所述，中国经济社会的持续发展，推动着中国地铁建设技术水平的提升，同时对地铁建设也提出了较高的需求。在地铁隧道建设中，往往会遇上复杂多变的地质环境，增加了地铁隧道建设的复杂性。所以，应对地铁隧道所处的地理环境开展全方位的勘测，结合隧道建设的实际状况，选择适宜的地铁隧道建设技术标准，把握隧道建设技术要领，同时还应进一步提高管理水平，进一步提高工程服务质量，为地铁建设的推进打下良好的基础。