富水砂卵石地层地铁矿山法暗挖隧道施工技术研究

摘要：先计算该地层的渗透强度，确定水压力和流速。再在隧道两侧布设地面降水井，有效降低隧道周围的水位，减少在挖掘过程中可能遇到的水量。在埋设注浆钢管时，保证钢管的位置、深度和数量都符合要求，以确保其能够有效地支撑隧道。最后安装隧道支护装置，用于支撑和保护隧道的顶部和侧壁。测试结果表明，该地铁区间3号线左线拱底最大沉降值仅为-9.8mm，右线拱底最大沉降值为-6.3mm，满足施工标准，证实了本研究设计的方法好，能够达到富水砂卵石地层地铁矿山法暗挖隧道施工。

关键词：富水；砂卵石；矿山法；暗挖隧道施工

0 引言

富水砂卵石地层的物理力学特性，对地铁暗挖隧道施工提出了更高的要求，基于此，研究富水砂卵石地层地铁矿山法暗挖隧道施工技术具有重要意义[1]。首先，介绍富水砂卵石地层的形成和分布情况，分析了其地质特征和物理力学特性。其次，阐述地铁矿山法暗挖隧道的施工工艺和方法，针对富水砂卵石地层的特点，提出了相应的施工措施和技术要点。最后，通过工程实例对该技术进行了验证和说明

1 矿山法暗挖隧道施工方法设计

1.1 计算富水砂卵石地层渗透强度

渗流过程中，土与水的相互作用，会引起土的成分、细观结构的变化，进而影响土的抗压、抗剪强度等性能。由于渗透作用的影响，土中的颗粒会发生运移，同时水分状态和化学组成也会发生变化，这些因素都会导致土的强度发生改变。当渗流强度较小或者刚进行渗流时，原来相互接触的土体颗粒就会被分开[2]，孔隙也会随之扩大。在地下设置PBtuhdyQMCKGEm8WxuEnVw==一个抽水孔，并测量该孔的抽水量和水位下降速度。通过这些数据，计算出砂卵石地层的渗透系数。

（1）

式中：K为渗透系数，单位为m/d；Q为抽水量，单位为m³/d；A为抽水孔的横截面积，单位为m2；t为抽水时间，单位为d；∆h为水位下降高度，单位为m。

通过以下公式计算渗透强度：

I=K×γg （2）

式中：I为渗透强度，单位为m/s；γ为水的重度，单位为N/m3；g为重力加速度，单位为m/s2。需要说明的是，在不同的条件下，渗透强度可能会有所不同。

1.2 在隧道两侧布设地面降水井

1.2.1 降水井布设与调试

降水井应当布设在隧道两侧稳定地层中，距离隧道边缘有一定的距离，以避免对隧道施工造成影响。根据实际情况设计降水井的深度，以达到最佳的降水效果。

降水井的施工应当采用专业的钻井设备和管材，由专业的钻井队伍完成。在施工过程中，需要采取措施防止出现地层坍塌、涌水等问题，确保施工质量和安全。

降水井调试包括水泵的选择、管道的连接、电机的安装等。在调试过程中，需要对水泵的性能和管道的密封性进行检测，确保降水井能够正常运行。同时，需要对降水井的效果进行评估，根据实际情况进行调整和优化。

1.2.2 临时排水沟和集水井设置

依据隧道开挖情况及水流状况，在施工竖井内和地面设置临时排水沟和集水井。在暗挖区建筑物的防水设计中，设置了3道防线：初期支护后进行灌浆；采用1.2mm厚度的ECB聚氨酯防水卷材和PE闭孔泡沫衬里进行夹层结构防渗；采用二次浇注的方法，对混凝土进行防渗处理。为了保证该区段不发生渗漏，在二衬与防水层间增设了一道排水系统[3]。

1.3 注浆钢管埋设

1.3.1 注浆钢管布置

为有效减少因空洞造成的地表沉陷，在隧道开挖过程中，预埋42mm的灌浆钢管，钢管长度约50cm，外露l0cm，呈梅花状分布于拱顶及两侧拱脚处，每3～5m设置1道[4]。注浆钢管布置如图1所示。

1.3.2 回填和注浆

仰拱成环约l0m后，进行仰拱的回填和注浆。灌浆采用水泥-水玻璃双液泥浆，灌浆压力为0.2～0.4MPa，采取间歇灌浆和静压交替灌注的方法，以确保回填质量[5]。

1.3.3 注意事项

注浆钢管的长度和直径应符合施工要求，材料应符合相关标准。钻孔的位置和深度应准确无误，钻孔的直径和深度应与注浆钢管相匹配。

在安装注浆钢管时，应确保其与孔壁紧密贴合。在注入水泥浆时，应采用适当的压力泵。在等待凝固期间，应避免对注浆钢管进行扰动或移动。在清理和检查时，应确保注浆钢管的位置、数量和质量符合施工要求，并对不合格的注浆钢管进行补救处理。

1.4 安装隧道支护装置

1.4.1 埋设小导管超前支护必要性

在穿越软弱地层的过程中，开挖过程将产生很大的变形。若不事先做好支护措施或不能及时采取初期支护，将导致隧道围岩大变形，严重的还可能导致隧道的失稳、坍塌。这不仅会影响工程的进度，还会威胁到工人的生命和财产安全。为保证隧道工程的安全，需要在开挖过程中提前埋设小导管超前支护。

1.4.2 小导管超前支护灌浆施工流程

小导管超前支护灌浆施工流程见图2。

1.4.3 超前支护装置结构

小导管超前支护装置由Φ42无缝管制造，前端为锥形，方便施工，避免因泥浆喷溅而造成的浪费。超前支护结构长度为3.5m，中部为15mm的泄浆孔。喷浆孔等距按25cm的间隔依次排列。

为了防止导管端部漏浆，应避免在超前导管支撑设备尾端1.0m处打孔。为了防止在插入超前小导管时，由于端头断裂而无法连接管接头，在导管两端焊接中箍筋，以加强超前小导管的强度。在安装小导管超前支护设备过程中，首先采用钻机打孔，然后放入超前的小导管，再用风镐进行振捣。某超前小导管支护结构如图3所示。

1.4.4 超前小导管注浆

在预埋小导管支护后，将钻孔及周边裂隙用胶泥浆封闭。为了防止工作面坍塌，需要对超前支护设备及工作面周围进行喷浆。在灌浆之前进行水压测试，并确认机器和设备的工作状态是否良好，同时检查管道的畅通和接头的正确性。

对于工期压力大，设备运行效率高的情况，可以选择一组（4～8支）进行注浆。以水灰比1：1的ML100/120型双液式注浆泵进行注浆试验。在灌浆之前，用高压空气从下往上吹扫管道内的沙石。每孔灌浆压力在0.3～1.0MPa之间，观测灌浆量及灌浆压力，满足设计要求后，及时终止灌浆。具体支护结构要求如表1所示。

对注浆固结体的强度进行测定，确定最佳配比。注浆压力不能超过设计的最大压力，为此注浆时应严格控制注浆压力，注浆结束前注浆压力应保持1～2min，以保证浆液能充分渗入地层。

2 实例应用分析

2.1 工程概况

成都轨道交通3号线一区间隧道以密实卵石土为主，上部为中密卵石、粉质黏土和杂填土，隧道底板深度为27.8m，部分隧道需通过盾构施工，两个垂直结构之间的净距小于3m。经研究决定，采取竖井+矿井法施工的方案进行前期施工。该工程地质参数如表2所示。

2.2 施工设备准备

在富水砂卵石地层中，地铁矿山法暗挖隧道施工需要特定的设备和技术支持。其中挖掘设备包括挖掘机、破碎锤、铣挖机等，用于在砂卵石地层中挖掘和切割土壤。支撑设备包括钢支撑、木支撑等，用于支撑隧道顶部和侧壁，防止隧道在挖掘过程中坍塌。排水设备包括水泵、水管等，用于排除隧道内和周边多余的水，防止水浸和隧道稳定性问题。通风设备包括风机、通风管等，用于为隧道内提供新鲜空气，帮助工人和设备在地下作业时保持安全。测量设备包括全站仪、水准仪等，用于精确测量隧道的位置和高度，确保隧道施工的准确性。

2.3 施工要点

地铁矿山法暗挖隧道施工需要注意以下几点：施工前充分勘察地质，了解砂卵石的分布、粒径和含水量等情况，为施工提供数据支持。在挖掘过程中采取有效的排水措施，防止水浸和隧道稳定性问题。选择适合的支撑方式，根据实际情况选择钢支撑或木支撑等，确保隧道的稳定性。在施工过程中不断监测隧道的变形和位移情况，及时采取措施防止隧道坍塌。针对砂卵石地层的特性，选择适合的挖掘和切割方式，确保施工效率和安全性。

2.4 施工效果分析

为了验证本文技术的施工效果，将其应用在成都轨道交通3号线一区间隧道。之后对其监测，得到左线和右线的拱底沉降变形值如图4所示。由图4可知，成都轨道交通3号线左线拱底最大沉降值为-9.8mm，略小于控制值-10.0mm。右线拱底最大沉降值为-6.3mm，满足施工标准。由此证实本研究设计的方法好，能够实现富水砂卵石地层地铁矿山法暗挖隧道施工的安全控制。

3 结束语

在城市地铁建设中，富水砂卵石地层是一种极具挑战性的地质环境。本文研究了地铁矿山法暗挖隧道施工技术在富水砂卵石地层中的应用，通过优化施工工艺、加强地质勘察、采取有效的降水措施等手段，确保了施工质量和安全。在施工过程中，应充分考虑地层的自稳定性、地下水的复杂性和周边环境的影响，采取相应的技术措施和管理手段，以确保施工的顺利进行和周边环境的保护。

参考文献

[1] 潘文韬，吴枋胤，杨文波，等.不同大变形等级层状软岩隧道施工关键技术研究[J].建筑科学与工程学报，2023，40（5）：148-161.

[2] 张海超.大直径盾构下穿运营地铁隧道施工变形控制技术[J].现代隧道技术，2022，59（S1）：934-940.

[3] 吴敏敏，刘先行.风化花岗岩地层中地铁盾构隧道施工关键技术[J].铁道建筑，2022，62（3）：132-135.

[4] 安建永，雷海波，尹鸿威，等.富水砂层超小净距叠线盾构隧道施工安全控制技术[J].隧道建设（中英文），2021，41（S2）：503-511.

[5] 彭东祥.地下水渗流情况下花岗岩残积土层暗挖隧道施工技术研究[J].城市轨道交通研究，2020，23（8）：158-161.