浅析城市隧道分界岩层反坡施工技术

蒋 权 王小强 海大鹏 况月超 刘明明

（中国建筑第七工程局有限公司，河南郑州 450000）

1 工程概况

1.1 基本概况

红路站—大兴站区间隧道采用矿山法施工，区间结构埋深10.5～13.0 m，结构顶板标高22.88～24.38 m，结构底板标高15.72～17.22 m。主体结构采用单洞单线分离式马蹄形断面，复合式衬砌结构，隧道直径6.3 m。联络通道兼废水泵房采用矿山法施工，结构埋深18.00 m，底板标高16.00 m。隧道两端底标高14.92～16.42 m，区间隧道中点标高10.85 m，隧道呈现中间低、两头高。

1.2 工程地质概况

（1）填土。

主要以褐红色黏性土为主，局部地段为抗滑薄层沥青路面，整个填土厚度为0.4～8.2 m。该层土为人工堆积形成，没有经过压实处理，回填随意性较大，回填时间不一，厚度不均匀，结构松散，具强度较低、压缩性高等特点，工程性质差。场区大部分均有分布，D1Q11XZ4和D1Q11XZ5钻孔揭露厚度较大，厚度分别为8.2 m和6.0 m。

（2）第四系全新统。

黏土（2）3-3：棕红～黄褐色，硬塑，切面光滑，干强度高，韧性高，含铁锰结核，局部富集，局部为粉质黏土，厚度为1.0～4.7 m。黏土（2）5-2：褐黄色，湿，稍密，干强度低，韧性低，摇震反应迅速，厚度为0.8～3.1 m。

（3）第四系更新统。

黏土（5）3-4：棕红～黄褐色，硬塑，切面光滑，干强度高，韧性高，含铁锰结核和钙质结核，局部含量5%～7%，厚度1.0～6.0 m。

（4）寒武系上统。

中等风化寒武系凤山组泥质灰岩（12）1-3：D1Q11CZ6和D1Q11CZ7钻孔揭露，揭露厚度14.6～20.0 m。岩层倾向为225°～235°，倾角12°～18°。中等风化寒武系凤山组（12）1-3：青灰色，局部肉红色，中等风化，最大揭露40.90 m。里程右DK14+16.58～+657.72岩层倾向为225°～265°，倾角为15°～30°。里程DK14+657.72～DK15+105.61岩层倾向为305°～310°，倾角为75°～85°。

（5）奥陶系下统贾汪组泥质灰岩。

强风化贾汪组泥质灰岩（11）3-2：灰黄色，泥质结构，中厚层状构造，裂隙发育，岩芯呈碎块状、短柱状。本层仅D1S12CZ01揭露，揭露厚度3.0 m。岩层倾向为130°～138°，倾角为55°～65°。中等风化贾汪组泥质灰岩（11）3-3：灰黄色，泥质结构，厚层状构造，裂隙发育，岩芯碎块状、短柱状。本层仅D1S12CZ01揭露，揭露厚度11.0 m。岩层倾向为130°～138°，倾角为55°～65°。

（6）奥陶系下统马家沟组和肖县组灰岩。

中等风化寒武系凤山组白云岩（12）1-3：青灰色，钙质结构，中厚层状构造，含泥质，节理裂隙较发育，岩芯呈柱状、短柱状，局部块状。中等风化奥陶系下统马家沟组和肖县组灰岩（11）2-3：最大揭露厚度38.20 m。岩层倾向为130°～138°，倾角为55°～65°。

1.3 水文情况

（1）孔隙水。

主要是大气补给，在空隙中渗流。周边未发现大型暗河以及渗漏的河流空隙水流一般。

（2）裂隙水。

基岩裂隙水主要是赋存于泥岩和砂岩的风化裂隙中。风化裂隙水分布于基岩顶部强风化带中，该类型地下水受基岩裂隙控制，分布连续，含水量较大。

1.4 分界岩层的特点

隧道断面设计一半以上在松软土层中，其余部分设计在基岩中，由于基岩不透水，隧道土层中由于大气补给土体，使土体中水下渗，遇到基岩后容易形成水囊。隧道开挖后，水囊中水迅速外溢，导致隧道严重下沉，给隧道施工带来巨大挑战。在岩体施工过程中机械开挖难以延续，采用钻孔爆破进一步加大了上部支护下沉、初支开裂等风险。在分界岩层尤其是上软下硬的地质中进行隧道施工，探明以及处理水囊，裂隙水至关重要，关系整个隧道的施工安全。

2 堵水

根据勘察揭示的地质水文条件，隧址区地下水一般，不易出现较大地下水的情况。为防止意外，尤其是沉降超过预警蓝色值后，必须停止施工，探明隧道前方水的情况以及明确堵车采用的方法。

2.1 探水

根据地勘报告，地下水情况一般，故不采用特殊的探水措施。实施长管棚及小导管的过程中应加强地下水的观测，发现存在较多地下水时，应及时论证是否采取堵水措施。

2.2 堵水

（1）根据钻孔情况，个别出水点且水量不大时的堵水，堵水根据情况采用水泥浆液或水泥-水玻璃双液浆，在堵水前做好钻孔试验，测量每一个钻孔流水情况，即流动速度、流水压力和渗流量，根据数据测算出渗透系数，若渗透系数小于1则采用水泥浆封堵，若超过1采用双液浆进行封堵，浆液的扩散半径设计为4 m，浆液布置孔1 m×1 m梅花形布置，注浆结束后测量出水量，若出水量小于0.4 m3/h则为符合要求，可以进行隧道开挖。

（2）隧道周边均有出水时的堵水，隧道周边出现较大量水时，可采用全断面帷幕注浆堵水。全断面帷幕注浆，止浆墙的厚度设置为0.5 m，铺设少量钢筋，注浆范围控制在隧道以外5 m，压力控制在水压的3倍左右，采用后退式注浆，注浆后及时钻孔测量注浆效果，如果出水情况小于0.5 m3/h则可以进行开挖，堵水效果满足要求。若出水情况较大，需要继续进行注浆封堵，若注浆量明显超过测算量，应进一步考虑是否有大的空洞、未勘测到的暗河，若出现以上情况则应停止施工，考虑其他办法进行处理。

（3）注浆材料采用纯水泥浆，结合注浆经验水灰比采用0.6∶1～1∶1（重量比），根据现场试验进行调整，涌水量较大、单液难以封堵时，可以采用“水泥+非强碱性化学控制液”双液浆封堵，按水泥用量（重量）掺加5%～8%的化学控制液。局部超前预注浆堵水的具体实施段落应根据监控量测、超前探水以及地表、地下水和生态环境的监测结果，并结合详勘报告以及现场实际揭露的地质情况进行确定后才能施工。实施时严格按照动态设计程序执行，在注浆过程中及时调整注浆策略，采用经验丰富观察敏锐的注浆团队，保证注浆效果的同时，注浆材料也不浪费，注浆过程中加强道路周边巡视，尤其是路面行车安全。

3 排水

（1）洞外排水。

洞外根据地形、地质情况设置截排水沟，建立完善的洞外排水系统，洞外排水系统流向市政排水系统，其排水量作为洞外路基排水系统考虑的重要因素之一。

（2）洞内排水。

隧道防水板与喷射混凝土之间设置Ф50环向软式透水盲沟，间距5～10 m设置一道，在有小股水流处设置1×Ф50透水管盲沟一道；若出现水流较大则增加透水管数量，透水管采用三通连接（或纵向盲沟直接拐入水沟，纵向盲沟采用分段式，分段长约10～20 m，引入中心管沟）。隧道电缆槽侧壁底每隔20 m设置一道泄水孔至路面下的排水沟，以排除电缆沟中水，路面清洗水通过侧沟排出隧道外。隧道排水沟采用钢筋混凝土现浇，坡度平行道路纵坡。

（3）反坡排水。

根据设计及地质情况，隧道局部节理发育段产生渗滴涌水等，洒水降尘清洗机械等施工用水考虑。施工阶段排水方量，则设计施工期间排水能力按最大排能力10%计需要大于施工用水+隧道排水。抽水设备24 h排水量的能力选配，抽排能力应急需求考虑一定的备用水泵，集水坑容量按照隧道净空车辆通行及排水能力大小设计。配置相当数量的备用水泵，应急排水系统的备用电源以及专业化人员。

（4）接缝止水。

接缝主要为施工缝、沉降缝采用双层外贴式止水带+中埋式钢边止水带防水方式，根据地勘资料含水量较丰富的地段采用外贴式止水带+中埋式钢边止水带及双组分聚硫密封膏等防水材料防水，缝隙处采用沥青木丝板填塞防水。

4 监测

（1）地表竖向位移。

选择本工程附近的两个精密水准点为高程基准点，另外根据现场实际情况，为方便测点引测，布设3个工作基点。根据工程分布，高程基准点、工作基点同监测点一起布设成本工程独立的闭合网或形成由附合路线构成的结点网。

（2）沉降监测建（构）筑物竖向位移、倾斜、裂缝。

采用冲击钻埋置钢筋测点，每一个构筑物上不少于4点，对于重要建筑物应加密监测。

（3）支护结构拱顶沉降。

选用Φ=22 mm螺纹钢，焊接在拱顶钢格栅上，外露长度5 cm，外露部分钢筋与Φ=8 mm带弯钩的钢筋焊接牢固，采用红油漆标记统一编号。

（4）支护结构净空收敛。

侧壁测点位置用冲击钻打一个稍微大于膨胀螺栓直径的孔，将膨胀螺栓拧紧进行监测。

（5）巡视检查。

对于建筑物的裂缝情况，地下建筑物的裂缝，渗漏水情况，关注构筑物能否正常使用。道路或地表的裂缝宽度、位置、深度、数量，地面沉陷深度、隆起高度及面积、位置、地面冒浆位置、范围等；现场应对基准点、监测点、监测元器件的完好状况、保护情况进行定期巡视。

5 结语

隧道处于上软下硬岩层分界地层中，给隧道正常施工带来巨大挑战，经过多次设计及应用实施，在反坡隧道施工过程中，采取超前注浆加排水监测手段能够满足现代化隧道施工风险管控要求，隧道超前注浆在注浆材料及配合比设计过程中需要经过反复论证，注浆后及时检查注浆效果为后续施工做好铺垫。反坡排水需要配置足够数量的机械设备，在应急过程中尤为重要，应做好监控量测及时反馈施工。反坡隧道施工过程中渗透水问题必须引起足够重视，才能保证施工过程安全。