复杂地质条件浅埋地铁隧道下穿河流施工技术

代珂

（中铁北京工程局集团有限公司，北京 102308）

0 引言

随着城市轨道交通的快速发展，盾构下穿建筑物、河流、桥梁、隧道等既有建构筑的施工越来越多，下穿河流隧道的施工案例国内外也得到了许多应用，但对于岩溶发育地层浅埋隧道下穿河流情况并未总结出一套较为行之有效的施工技术，导致施工效率低，施工风险高。特别是近年城市环境保护标准越来越高，下穿河流不仅要考虑施工安全问题，还要对环境污染、河水水质等问题进行考虑。岩溶发育地层隧道下穿河流施工存在三个难点：①岩溶发育地层本身的复杂裂隙情况很难通过单一勘察手段全面掌握；②高水压条件下超前支护介质如何满足环保要求，同时还需解决盾构刀头结泥饼的问题；③在注浆加固、渣土改良条件下，如何保证河流自身水质，不影响周边环境。

本文以贵阳地铁三号线下穿花溪河为工程背景，通过综合探测手段获得岩溶地层下穿河流隧道的详细地质信息，利用新型注浆加固材料及技术解决上伏河流条件下复杂裂隙渗漏问题，有效提高该条件下暗挖地铁隧道的施工质量与效率，形成了一种复杂地质条件浅埋地铁隧道下穿河流的综合施工技术。该技术将多种勘察方法有效融合，克服了单一勘察手段的技术弊端，实现了优势互补，能够高效获得复杂地层的详细地质信息；基于所得地质信息，在进河之前10环管片（约50m）采用同步注浆协同二次注浆，有效切断了地下水渗流路径，防止其流入盾构隧道内，解决了隧道开挖渗水/涌水及环保问题；施工过程利用膨润土改良作业土体，形成掌子面泥浆护壁，有效防止盾构过程地下水渗流入盾构（刀）仓，从而保障了盾构施工的安全和效率，可为此类工程提供参考。

1 工程概况

农学院站—花溪公园站区间右线隧道起讫里程为：YDK12+182.665—YDK13+853.654，全 长1 669.675m（短链1.314m）。左线隧道起讫里程为：ZDK12+182.665—ZDK13+853.654，全长1 673.906m（长链2.917m）。YDK13+550—YDK13+591（ZDK13+539—ZDK13+578）附近下穿花溪河，根据河底复测结果，区间隧道结构顶距离花溪河底（现状）的最小竖向净距右线约6.73m（左线6.88）。本区间岩体结构以层状岩体为主，涉及地层主要为三叠系及第四地层。场区覆盖层厚度在0.5～5.0m之间，表层溶槽发育，最深达11.2m。强风化层厚度在0.4～7.0m之间，强风化层节理裂隙发育，风化侵蚀严重、岩体破碎，中风化层岩体较为完整。异常主要集中在ZDK13+595—ZDK13+598段，经过河道，向小桩号发育。

根据3号线地质初勘、详勘报告，共计钻孔1 455个，发现溶洞的钻孔143个，发现溶洞有198个，见洞率为13.6%；结合1、2号线工程建设实际情况，仍然会有一部分溶洞尚未探明。岩溶发育地区盾构下穿河流存在地质信息探查难、施工渗水风险大以及盾构刀仓易结泥饼等一系列难题。采用可靠的手段对溶洞进行精确探测和妥善处理，确保盾构的顺利掘进是本项目的一个技术难点。

图1 盾构下穿花溪河区域平面布置图

2 下穿河流施工基本原则

复杂地质条件下穿河流隧道施工时，很难通过单一勘察手段获取详细的地质信息，从而造成防渗措施选择不当，抗渗效果不理想等问题。同时，此类工程在进行防渗施工时，还应避免因施工扰动造成的环境污染。为获得岩溶地层下穿河流隧道的详细地质信息，确定围岩的合理防渗加固方法和满足环保要求，提出针对复杂地质条件下穿河流隧道施工综合技术方法。

主要原则如下：

（1）多勘察手段相互融合，首先利用物探手段快速宏观获得整个下穿区域的地质概貌，确定岩溶与裂隙分布，再通过局部钻孔探查，准确判断缺陷特征，并且在穿越前进行地质情况复核，保证下穿前的地质勘察资料准确无误。

（2）针对复杂裂隙，采用盾构同步注浆与二次注浆协同，有效切断地下水径流路径，防止地表径流渗流入盾构隧道，以减少对周边水质及环境的影响。

（3）采用膨润土改良盾构作业土体，形成掌子面泥浆护壁，既避免了刀具部位泥饼形成，又避免了地下水渗流入盾构仓（刀）内，在隔水防护的同时有效提高掘进速度。

3 下穿河流施工工艺

结合高密度电法、孔内雷达和水平钻孔，辅以水平钻孔勘测，形成可靠度较高的综合地质勘查资料，结合同步注浆、二次注浆技术以及膨润土改良技术，形成复杂地质条件浅埋地铁隧道下穿河流综合技术，具体工艺流程详见图2。

图2 施工工艺流程图

3.1 水文及岩层构造勘查

物探分别采用高密度电法、孔内雷达和水平钻孔，结果表明场区覆盖层厚度在0.5～5.0m之间，表层溶槽发育，最深达11.2m，可能对隧道开挖有较大影响。强风化层厚度在0.4～7.0m之间，强风化层节理裂隙发育，风化侵蚀严重、岩体破碎，中风化层岩体较为完整。场区异常主要集中在ZDK13+595—ZDK13+598段，向小桩号发育，经过河道，对隧道开挖有较大影响。

另外，中风化白云岩地层中，拱顶局部位于强风化层/岩体破碎带范围。区间隧道顶部最小埋深约为6.73m。由此判断花溪河西河下方暂无溶洞。本次区间完成勘探揭露岩溶发育区或岩体溶蚀破碎区，区间左线共6个溶蚀破碎或岩体破碎区，区间右线共4个溶蚀破碎或岩体破碎区。

3.2 盾构下穿前施工准备

距离花溪河50m时再次进行参数总结，并对地质情况进行验证，保证地质资料的准确性。

穿越前根据盾构推进试验段情况，不断调整、优化并获取最优施工参数，同时下穿花溪河前6环施作止水环，避免花溪河水通过裂隙带影响后面的成型管片。

盾构穿越河流前应停机（停机里程YDK13+532.383，ZDK13+525.636）对盾构机（包括盾尾密封系统，导向系统，中前盾及尾盾密封系统等）进行检查、维修，开仓换刀检查刀具，对损坏刀具和尾刷进行更换等；同时对龙门吊的线路及限位装置、制动车挡及轨道进行全面排查；针对搅拌站的砂石料提前与供应商沟通，现场储备料仓保证饱满，满足现场需求，保证穿越河流期间尽量不停机通过，以保证施工安全。

3.3 盾构穿越过程

（1）盾构掘进参数控制

掘进施工时，严格控制掘进参数，掘进施工拟定掘进参数如下，通过50m的掘进参数总结，工程部再次对穿越段进行参数交底（见表1）。

表1 盾构掘进参数

（2）出渣量控制

将出渣量控制作为各项掘进参数重中之重加以控制。出渣量采用体积与重量双重控制，不同岗位人员（盾构机司机、龙门吊司机、调度值班员）参与控制并形成书面文字记录。各岗位发现出渣超量时，立即通知项目领导，组织技术人员分析原因采取相应补救措施，工程部根据出渣里程，待拼装管片达到该段位置时，加大同步注浆量。

盾构到达花溪河影响范围前对渣土计量交底，对渣斗车进行分格量化，从渣斗车底往上每30cm所对应的渣土数值进行精确计算，确保土木工程师能快速确定出渣量与掘进距离是否匹配。

掘进时采取渣土改良措施增加渣土的流动性和止水性，密切观察螺旋输送器的出土情况以调整添加剂的掺量。

做好渣土管理工作，对每环出土量进行测定，出土量控制在一定范围内。螺旋输送机出土以保证土压值的稳定为标准，不能太慢或太快，要稳定。

（3）同步注浆控制

同步注浆参数如下：①注浆压力，上部两个（1#、4#）注浆孔的压力控制在0.15～0.25MPa下部两个（2#、3#）注浆孔的压力在0.1～0.15MPa。②注浆量，每环同步注浆量根据试验段掘进情况确定。③注浆速度，同步注浆速度和推进速度保持同步。④注浆结束标准，采用注浆压力和注浆量双控。⑤根据现场实际施工情况选择性地进行添加水玻璃确保同步注浆及时凝固，固定管片。

（4）二次注浆控制

二次注浆采用注入水泥+水玻璃双液浆，注浆位置在盾尾4～6环位置，注浆采用压力控制。注浆点位主要在拱顶，采用注浆压力进行控制，注浆压力控制在0.2～0.4MPa之间。

3.4 盾构穿越后的措施

盾构下穿完成后，及时对下穿段进行封闭，即穿越前后各5环进行环箍注浆，将花溪河段与区间正常段全部隔离，确保该段的施工不影响其他的正常段管片质量，监测人员每天对该段管片进行持续监测，保证穿越后每天一次管片测量，直至管片稳定后满足规范要求停止测量。针对下穿花溪河段的成型管片的渗漏水情况及时进行注浆堵漏处理严禁使用化学浆液，注浆压力控制在0.2～0.4MPa，确保该段的成型管片不渗、不漏水。

4 结论

本文以贵阳地铁三号线农花区间下穿花溪河为工程背景，结合实时测试，现场试验等技术，形成了复杂地质条件浅埋地铁隧道下穿河流综合施工技术。主要研究结论如下：

（1）贵阳地铁三号线农学院站—花溪公园站区间下穿花溪河采用了“复杂地质条件浅埋地铁隧道下穿河流综合技术施工工法”，利用多种勘察方法融合，克服了单一勘察手段的技术弊端，实现了优势互补，从而实现复杂地层的详细地质信息的高效获取；

（2）基于详细的地勘资料，在进河前10环管片（约50m）采用同步注浆初步切断地表径流渗漏路径，然后施作二次注浆，有效防止地表径流渗流进入盾构隧道。为盾构出土便捷，采用膨润土改良作业土体，形成掌子面泥浆护壁，有效防止了开挖过程地下水渗流入盾构刀仓，从而有效保障该区间下穿河流盾构施工的质量和效率。

（3）经分析论证，并结合相关的施工经验，该工点采用复杂地质条件浅埋地铁隧道下穿河流综合技术施工工法进行施工。本着安全可靠、生态环保、技术先进的原则，成功完成了农学院站至花溪公园站区间下穿花溪河的盾构施工。相较于原设计方案提高了施工质量，缩短了施工工期，有效规避了因勘察信息不完整与防渗措施不完善引起的施工风险，从而有助于提高项目的经济效益。