岩溶发育区地铁隧道下穿重要建构筑物施工技术

杨秀才

摘 要：贵阳是典型的喀斯特地貌，地下岩溶十分发达，地下水也非常丰富，而地铁暗挖隧道下穿岩溶发育的火车站站房、火车站站场等重要建构筑物，施工工序极为复杂，难度极大。文章重点就贵阳地铁暗挖隧道下穿贵阳火车站站房和站場的施工技术进行了分析。

关键词：岩溶发育区;地铁暗挖隧道;重要建构筑物

中图分类号：U455.49                                 文献标识码：A                                文章编号：2096-6903（2022）04-0010-03

0 引言

城市地铁暗挖隧道施工是比较复杂和系统化的，如何在贵阳这种典型的喀斯特地貌，地下岩溶十分发达，地下水也非常丰富的情况下，进行下穿火车站站房、火车站站场等重要建构筑物的施工思考与探究，从而不断地调整与优化施工技术，最终确保地铁暗挖隧道施工和建构筑物的安全。

1 工程概况

贵阳地铁火车站站～沙冲路站区间隧道为双洞单线隧道，与火车站站房呈70度夹角交叉，左、右线路均下穿火车站站房及铁路股道，下穿段范围里程长约183 m，其中下穿站房段长约55 m，下穿车站股道段线路长约128 m。

下穿站房段隧道拱顶埋深为16 m，左右线间距约16 m。站房桩基距离隧道较近的共有39根，桩径1000～1600 mm，部分桩基位于隧道拱顶正上方，平面距隧道中线0～8 m，竖向离拱顶最近距离2.2～6 m不等。如图1、图2所示。

下穿站场铁路段（10股道5个站台）拱顶埋深为16.4～22.5 m，铁路既有线无道渣，下部为整体道板。

1.1 工程地质

火车站站房及站场地质情况如下：

从上至下为杂填土、块石层、硬塑红粘土、白云岩，分述如下：

杂填土及块石层由回填的粘土及少量碎块石和生活垃圾组成，结构较松散;硬塑性红粘土（Q4dl+el）：呈透镜状或似层状分布，厚度不均，于块石回填层之下，上覆于基岩土质较均匀，致密-块状结构，收缩后侵水膨胀，不能恢复到原位，厚1～6 m;白云岩：浅灰色、灰白色中厚层状，节理裂隙较发育，岩体较破碎，其中少部分岩芯的表面存在少量蜂窝状溶孔，其在节理及晶洞上大多展现出闭合的状态，少数张开状节理是方解石细脉胶结，有着良好的胶结程度，胶结程度良好，属Ⅳ级围岩。

1.2 水文地质

场地附近无地表水系，经钻探揭示各钻孔地下水较发育，地下水水位较深，静止水位标高为1 053 m。

1.3 不良地质及特殊地质

岩溶：根据钻孔揭示，钻探岩溶率为18.1%。

2 施工工艺技术

2.1 下穿段设计参数

下穿站房段和站场股道段均采用复合式衬砌断面。主要支护参数如下。

2.1.1 站房部份支护措施

下穿站房段隧道拱部180°范围采用一环φ159壁厚为10 mm的大管棚注浆超前预支护，管棚内设置418钢筋笼，采用跟管钻进技术，管体填充率达97%以上并在施工后对管棚质量进行检测。拱部采用壁厚4 mm，L=3.5mφ42小导管跟踪注浆。喷混凝土采用36 cm厚C30混凝土，全环设置。系统锚杆拱部采用L=3.5mφ32注浆锚管（壁厚3 mm），外插角60°;边墙采用L=3mφ22砂浆锚杆，锚杆间距：1×0.7 m（环×纵），梅花形布置。钢筋网采用φ6钢筋，10 cm×10 cm网格，全环双层设置; 型钢钢架采用I28b，按纵向间距0.35 m/榀全环设置。

2.1.2 站场部份支护措施

拱部120°范围采用φ76中管棚（长度8 m、搭接长度3 m）注浆超前支护，（壁厚4.5 mm）;拱部采用壁厚4.0 mm，L=3.5mφ42小导管跟踪注浆。喷射混凝土采用28cm厚 C25，全环设置。系统锚杆拱部采用L=3.5mφ32注浆锚管（壁厚3 mm），外插角60°;钢筋网为φ6钢筋，10×10 cm网格，全环双层设置。型钢钢架采用I20b，按纵向间距0.5 m/榀全环设置。

2.1.3 二次衬砌

二次衬砌主要针对站房和站场进行施工：其中在站房部分选用了65 cm厚C35的防水钢筋混凝土，抗渗等级为P10;站场采用50 cm厚C35防水钢筋混凝土，其抗渗等级为P10;仰供填充采用C20混凝土。站场每延米主筋采用10根   20HRB400钢筋，纵向钢筋为152根   12 HRB400钢筋，箍筋为380根HPB300钢筋。

2.2 施工现场信息化管理措施

项目经理部设置信息管理中心，组建计算机办公局域网，设置视频会议室，配备相应的终端硬件设备，在此基础上强化开展对于施工位置的监视工作[1]。与此同时，信息管理系统能够全面详细地针对现场施工的各种信息数据进行搜集、整理并向建设单位、监理及项目部各类管理人员传送并存储，并同步及时将监测结果反馈给现场和设计，调整施工方案或设计参数，指导施工。如图3所示。

3 下穿火车站站房及站场施工工艺流程及施工方法

3.1 超前支护

3.1.1 超前大管棚

下穿站房段左隧ZDK26+145～+200、右隧YDK26+149～+204设计采用大管棚进行超前支护，左右线各设一环，长度为55 m，左右线大管棚均选用全液压驱动动力头式钻机由站房端小里程向大里程打设。大管棚环向管距为35 cm，倾角外插0°～1°，管棚连接采用钢管连接，钢管外径180 mm，壁厚10 mm，长度400 mm。

注浆采用分段后退式注浆。

3.1.2 超前中管棚

下穿站场段左隧ZDK26+208～+355、右隧YDK26+212～+338采用中管棚進行超前支护。中管棚长度均为8 m，管棚段搭接不小于3 m，外插角5°～7°，管棚与小导管搭接长度不小于5 m。中管棚材料采用φ76热轧无缝钢管，壁厚4.5 mm。

3.1.3 超前小导管补强

在大管棚及中管棚地段均设超前小导管补强，按设计要求布设，管壁四周钻Ф6～8 mm注浆孔，在间距的设置上应控制为20 cm，并采用梅花型布置，在配合比方面应当严格执行设计图中的相关要求，并保障注浆压力维持在0.5～1.0 MPa之间[2]。

3.2 隧道开挖

非爆破开挖上台阶①部，施作①部初期支护;在完成①部初期支护5 m后暂停①部开挖，喷5 cm厚C25混凝土封闭掌子面。如图4所示。

非爆破开挖上台阶②部，施作②部初期支护;在完成②部初期支护5 m后暂停②部开挖，喷5 cm厚C25混凝土封闭掌子面。

非爆破开挖仰拱并及时铺设防水层，灌筑③部仰拱与边墙混凝土。

灌筑仰拱填充④部至设计高度。

施作拱墙防水层，一次性浇筑⑤部拱墙混凝土;

待二衬混凝土强度达到设计强度的80%后，重复工序（1）～（6）进行下一衬砌循环施工。

3.3 初期支护

3.3.1 初支背后回填注浆

管布设间距：注浆管直径φ42，间距1 m×1 m，L=0.8 m，对初支背后全周注浆。每开挖2 m，就及时进行初支背后的注浆，注浆压力控制在0.5 MPa。施工过程中根据既有线监测沉降情况，进行多次注浆。注浆顺序：仰拱→侧墙→拱顶，浆液选用普通水泥。

3.3.2 初支背后补偿注浆

根据既有线结构沉降及区间结构沉降监测情况，当沉降值及沉降速率接近预警值或者在防水板铺设及二衬施工前应对初期支护有渗漏水地段时，及时进行补偿注浆。布置φ42注浆花管，管长0.8 m，注浆管间距1.0 m×1.0 m，梅花形布置，注浆采用水泥浆注浆参数可根据现场水量和围岩条件进行适当调整。

3.4 衬砌施工

隧道下穿火车站站房段二次衬砌循环长度按5 m控制（当下穿站房段初支支护达到一个二次衬砌长度时，必须停止掌子面开挖，及时浇筑二衬混凝土）;下穿站场段二次衬砌应及时跟进，并按距掌子面的距离不得大于30 m控制[3]。隧道拱墙二次衬砌采用泵送混凝土，一次性灌注，在强度达到70%后进行二衬边墙部份背后压密注浆，在强度达到设计强度后，进行拱顶回填灌浆。

4 岩溶处理

通过超前钻探准确判定岩溶分布的规模、填充物的类型，地下水情况等有针对性地制定专项处理方案：

洞穴型、管道型岩溶：回填C20砼并补充注浆回填处理。

充填型岩溶：注浆加固+大（小）管棚进行处理。

过水型岩溶：设管引排维持既有通道方案处治后回填C20砼。

对岩溶水处理：注浆堵水。

溶洞处理完成采用钻孔验证，达到设计要求后方可进行后序工序施工。

5 结语

通过超前钻探准确判定岩溶情况先行处理，结合地表、洞内监控量测数据分析，采用“一步一回头”的施工方案，顺利地完成了贵阳地铁下穿贵阳火车站站房及站场的施工任务，实现了零沉降零安全风险的目标，为岩溶发育区地铁隧道下穿重要建构筑物施工提供了宝贵经验，可以在其它类似工程施工中提供技术推广。

参考文献

[1] 马晓磊，张云毅，穆岩松，等.盾构下穿建筑物区域HDD结合跨孔CT岩溶探测技术[J].工程建设与设计，2019（3）：146-148.

[2] 张云毅，李江灵，穆岩松，等.岩溶破碎带盾构下穿建筑物沉降分析及控制[J].施工技术，2019，48（3）：80-83+93.

[3] 谢建波.地铁矿山法隧道下穿地表建筑物的影响分析[J].铁道建筑技术，2019（z2）：156-159.