城市地铁暗挖区间下穿河流安全施工技术

王炳东　于秀山

摘要：徐州市轨道交通3号线铜山副中心站-铜山新区站区间为矿山法暗挖区间，工程地质条件复杂，下穿既有铁路、商业楼、住宅小区、河流，施工风险较大。本文结合此段区间成功下穿河流的施工经验，论述了城市地铁暗挖区间下穿河流安全施工技术。

Abstract：  The section of Tongshan Sub-center Station-Tongshan New District of Xuzhou Metro Line 3 is the mining excavation interval. The engineering geological conditions are complex， it underpasses the existing railways， commercial buildings， residential quarters and rivers， so the construction risks are high. This paper combines the construction experience of this section to successfully underpass the river， and discusses the safety construction technology of the urban excavation interval underpass the river.

關键词：地铁;暗挖区间;下穿河流;超前地质预报;安全施工

Key words： subway;excavation section;underpass river;advanced geological prediction;safe construction

中图分类号：U455.4                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）33-0173-03

1  项目概况

1.1 区间概况

铜山副中心站-铜山新区站（以下简称铜-铜区间）区间隧道为单洞单线马蹄形断面，矿山法施工。支护体系为网喷+格栅钢架联合受力体系。地下区间隧道衬砌由初期支护、防水层、二次衬砌构成复合式衬砌。隧道净空尺寸为5650mm×5300（高×宽）mm。初期支护由超前小导管注浆、格栅钢架、砂浆锚杆、C25网喷混凝土组成。被下穿河流为玉泉河，属徐州市泄洪河，人工河，河宽约25m，现状河流深约为2.3m左右，为人工河，河底无铺砌，河水受降雨影响较大，降雨时水位明显上升，河底高程26.98m～30.78m，现状水位约31.28m。

1.2 区间与河道位置关系

铜-铜区间为单线单洞隧道，两左右洞间距14.5m，正交通过现状玉泉河。隧道顶部与玉泉河河床净距13m。

1.3 工程地质概况

根据地质钻探揭露及工程地质调查情况，铜-铜区间下穿玉泉河段隧道地层从上往下依次为杂填土、②3a-4黏土、⑤3a-4黏土、{11}2-3灰岩、{11}2-3溶洞、{11}2a-3泥灰岩。地质钻孔取芯显示河床至隧道顶部杂填土厚约2m，黏土层厚约3.6m，灰岩层厚约8.4m。隧道处于中风化灰岩地层，顶部岩溶发育，可能会有顶部坍塌、涌水突水风险。

下穿玉泉河场区整体分布1层碳酸盐岩裂隙岩溶水。根据现场勘察期间量测的稳定地下水位标高22.36～31.18m。根据地勘资料显示各地层渗透系数及渗透性如表1。

2  暗挖下穿通过风险源识别

①隧道下穿玉泉河时处强、中风化灰岩地层，拱顶与河床净距约13m。下穿过程中可能会由于爆破振动引起拱顶坍塌、冒顶。

②隧道处于岩溶发育地层，岩溶填充物多为黏土，可能与玉泉河存在水力通道。当施工至岩溶地段时会有涌水、突泥风险。

③隧道下穿玉泉河段埋深较小，爆破施工时可能会造成河床裂缝、隧道拱顶坍塌、冒顶引发涌水、突水事故。

④铜～铜区间隧道断面较小，工作面机械设备调转空间较小，在施工过程中容易发生机械伤人事件。

3  隧道下穿风险防范措施

3.1 超前地质预报

①利用TSP超前地质预报系统进行长距离围岩探测，初步对隧道围岩进行长距离预报。临近下穿前应用地质雷达详细探测掌子面前方20m范围围岩及地下水储存情况，探明岩溶位置。并进行超前地质钻孔进一步探测前方地下水情况，对超前地质预报、超前探孔等预报手段所取得的资料进行综合分析与评判，以确保施工安全。

②进行超前地质钻探。由于隧道区域为中风化灰岩地层，岩溶较为发育，裂隙水发育，在施工中易发生透水、涌水事故，所以对于超前地质预报显示存在岩溶的区域，采用潜孔钻打设超前探孔，进一步确定岩溶位置、岩溶区域大小以及岩溶填充物，同时起到超前泄水效果。根据超前钻探情况提前采取加固措施。

3.2 超前预注浆

若超前地质预报及超前地质探孔探明掌子面前方岩溶裂隙较多，存水量较为丰富，可以考虑采用全断面超前预注浆的方式进行加固止水。

本次下穿超前预注浆长度为30m，注浆范围为隧道开挖轮廓线以外3m范围，注浆孔扩散半径2m。每一循环注浆长度为15m，开挖12m，并保留3m范围作为止浆岩盘，第一循环采用3.0m厚C20砼止浆墙。

全断面超前预注浆一方面能够对下穿段围岩进行加固，防止施工期间掌子面围岩出现失稳、坍塌、冒顶等情况，另一方面能够填充裂隙，在隧道开挖轮廓线外围形成止水帷幕，截断玉泉河河床与隧道间的水力通道，能够有效的起到止水效果，防止隧道开挖过程中出现渗水、涌水险情。同时，超前注浆能够对前方岩溶进行填充加固，起到洞内注浆加固岩溶的效果。

注浆完成后，在开挖轮廓线范围内打设检查孔，检测注浆效果，每循环设检查孔5个，其中拱部2个，左右边墙各1个，底部1个，检查孔直径？准110mm，长度约13m，平均出水量<0.2L/min，也可采用任一孔出水量<5L/min;压水检查，在1MPa压力下，吸水量<2L/min;加固体抗压强度不小于3MPa，满足上述条件，则认为注浆达到效果，注浆达到效果后方可进行开挖。

3.3 弱爆破、短进尺、强支护

3.3.1 减少爆破振动

下穿玉泉河时总结Ⅳ级围岩正常段爆破参数，以“弱爆破，短进尺”为原则，找出最佳爆破参数，提高爆破效率，了解爆破对周围环境的爆破影响情况和范围，掌握爆破质点振动衰减规律，预报振动量级。通过实际监测，控制爆破规模，降低爆破振动效应，以确保开挖周边围岩稳定和爆区周围被保护构筑物的安全。

爆破时控制爆破震速不超过1.5cm/s，必要时采用人工配合小型机械的开挖方式进行，减小对周边围岩的扰动，防止围岩失稳，发生险情。

3.3.2 短进尺、强支护

对于下穿河流段采取缩短循环进尺，加强围岩支护的方式安全通过。缩短循环进尺有以下优点：①采用短进尺施工，能够有效减少炸药用量，减小爆破振动对周边围岩的扰动，减少围岩失稳坍塌的风险;②采用短进尺施工能够减少围岩临空暴露的长度，增强围岩的自稳能力，增加施工安全系数;③短循环进尺，缩短每循环施工时间，使开挖面尽快封闭成环，减少围岩暴露时间，确保施工安全;④对于岩溶地段，缩短循环进尺可以减少溶洞填充物坍塌的风险，能够有充足的时间对其进行加固处理。本次下穿玉泉河，缩短循环进尺至每循环0.5m，格栅钢架加密至0.5m一道，同时掌子面拱顶120°范围内增加超前注浆小导管。在施工过程中，严格按照加强后的施工工艺参数进行，安全稳步的下穿通过河道。

3.4 岩溶处理

根据溶洞的位置及类型分别采取不同的处理措施。

①对于超前探测发现位于隧道掌子面开挖范围内拱顶的溶洞，首先在开挖前采用超前注浆的方式进行处理。待掌子面开挖至溶洞处后，视溶洞填充物情况而定决定是否径向注浆。若填充物充满溶洞，且为硬塑状，无流水，可不进行径向注浆;若溶洞填充物有明显渗流，或者为半填充溶洞则须采用径向注浆的方式再次经行加固处理。注浆浆液根据隧道内渗水情况选择水泥单液浆或者水泥-水玻璃双液浆或者化学浆液。②对于超前探测发现的位于隧道开挖范围内的边墙位置、仰拱部位的半充填和无充填型溶洞，待掌子面开挖至溶洞处后直接采用素混凝土回填或采用径向注浆加固。

3.5 加强监控量测

由于下穿段地质条件复杂，矿山法施工必定会对隧道周边围岩和地表环境产生扰动。因此，在施工过程中对围岩及周边环境进行全面、科学的监测能够确保施工安全。

隧道支护体系及周边环境在受力状态发生改变后通常会有一定的位移、变形。这种位移、变形会慢慢稳定并趋向于零。当监测数据异常时，就代表可能会发生突发情况，施工人员可根据监测数据判断采取相应的措施。因此，在施工过程中，通常依据观测结果来验证施工方案的正确性，调整施工参数，必要时采取措施。

同时通过对地表河堤、河水水位的监测，能够及时有效的了解河堤、水位的变化情况，提前预判，提前采取措施，防止情况进一步恶化，保证施工安全。

3.6 施工组织措施

①制定详细的安全应急预案，配置齐全的应急物资，确保突发情况时能够进行及时有效的应急处置。②在下穿河流施工之前，做好各项施工资源的储备，合理安排施工工序，快速、稳步通过下穿段。③为了防止产生连锁效应，必须在单洞完全通过下穿段之后再进行另外一个洞的下穿施工。

4  结束语

结合徐州市城市轨道交通3号线铜山副中心站-铜山新区站区间隧道安全通过下穿玉泉河段施工经验，总结如下：以事前预防，事中控制为原则，通过超前地质预报，提前预判围岩及地下水情况。再结合地质情况采取全断面注浆、岩溶填充物注浆、以“弱爆破、短进尺、强支护”为原则、加强监控量测等措施，能够保证地铁暗挖区间下穿河流安全施工。

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