岩溶区地铁隧道下穿跨河桥梁施工技术研究

常 杰

（中铁十六局集团第四工程有限公司 北京 101400）

1 引言

随着我国城市轨道交通的快速发展，越来越多的城市加快了地铁建设步伐，以解决日渐凸显的交通拥挤问题［1］。在河流众多的南方城市修建地铁，不仅水文地质条件复杂，线路往往还要下穿河道，有时还会遭遇已建桥梁的墩台基础，这些都给地铁施工带来了极大的挑战。

2 工程概况

贵阳轨道交通2号线一期15标区间隧道位于贵阳市老城区一环路内，为单洞双线隧道，起讫里程为DK36＋300～DK37＋300，在DK36＋373～DK36＋469段下穿南明河、团坡桥、河两侧截污沟及南明河逆断层，下穿段与南明河正交，全长96 m。南明河宽35 m，水位距离隧顶10 m（枯水期），枯水期流量为13 m3/s。隧顶距河床最小埋深仅4.5 m，断层影响宽度约6 m。位于线路正上方的团坡桥由中幅改造部分和两边拓宽部分组成，总宽45 m。改造部分上部结构为预应力连续箱梁，拓宽部分上部结构为净跨35 m的肋拱桥。改造部分的桥墩基础是在原既有桥墩基础上加高而成（既有桥墩基础建于1964年）。南明河两侧截污沟尺寸为3×3.4 m，沟底距隧顶10 m。地铁隧道与南明河位置关系见图1。

图1 地铁隧道与南明河的位置关系

3 施工方法比选及风险分析

3.1 施工方法比选

地铁结构施工工法有明挖法、暗挖法、盾构法等［2］。采用明挖法施工需将南明河导流后分幅施工，河底以下地层主要为中风化泥质白云岩，机械开挖困难，而爆破作业对周边环境和建筑物影响较大。盾构法主要适用于不稳定土层、砂层［3］。由于隧址沿线地层岩溶较发育，盾构掘进如遇到溶洞溶腔，应进行认真论证。暗挖对不同地质情况及周边环境应采用不同的工程措施及施工方法，同时可根据施工监控量测的信息反馈来验证或修正设计和施工工艺。因此地铁隧道下穿南明河段采用暗挖法施工。

3.2 暗挖法施工风险分析

根据下穿段隧址的地质、水文及周边建筑物情况，采用暗挖法需要解决两大难题。

（1）水流渗透

南明河常年有水，河水与地下水系连通，同时河床下地质情况为中等岩溶发育，有溶洞及溶腔存在，经河水渗透可能留下聚集水囊。下穿段施工受河水及地下水补给，渗水量将大幅增加。若遇到充填型溶洞、溶腔，则容易发生涌水、涌泥及塌方。若打通河流下渗通道，则有可能引起河水倒灌隧道甚至河床沉陷，引发严重后果［4］。

（2）地层沉降

下穿段邻近结构物主要有南明河两侧截污沟及团坡桥。暗挖法施工引起地层的位移会降低已有结构的承载力，易造成河床、截污沟变形过大，产生裂缝，甚至沉陷、断裂。河床裂缝、沉陷及截污沟断裂继而引发水患。团坡桥水中基础为扩大基础，拓宽部分上部结构为拱桥，对基础稳定性要求更高。暗挖施工会引起附加变形及差异沉降，当变形过大时将危及桥梁的安全和正常运营［5］。

4 下穿跨河桥梁地铁施工关键技术

地铁隧道穿越跨河桥梁段施工以“浅埋暗挖法”基本原理为依据，在洞外采取河床清淤回填、施作水平隔水层等控制措施，在洞内采取全断面帷幕注浆、超前管棚支护、悬臂掘进机掘进、二衬缺陷预控、监控量测等控制措施，确保施工期间南明河无污染、无渗漏，团坡桥零沉降。

（1）下穿段河床预加固技术

下穿河流段应选择旱季施工，保证上游河流来水量最少［6］。在河道上、下游堆码由砂砾石与黏土混合装填的土袋，形成挡水围堰对河道进行导流。先施工南岸侧围堰，进行南岸河底低洼处淤泥、杂物清理，采用素混凝土回填至河床底。施工完毕后再进行北岸侧围堰施工及河底低洼处处理。

（2）水平隔水层施工技术

围堰内河床低洼处处理完毕后，施作30 cm厚C30钢筋混凝土水平隔水层。施工范围：沿隧道方向长度35 m，即南明河河面宽度；沿南明河方向长度60 m，其边线在隧道开挖轮廓线外左右各20 m，见图2。

图2 河底铺砌施工

（3）上台阶完成全断面帷幕注浆技术

由于隧道断面在开挖后宽仅为5.5 m，全断面帷幕注浆设备选型较为困难。根据超前地质预报情况，对掌子面布孔位置重新设计，采用上台阶完成全断面帷幕注浆施工的方法，解决全断面帷幕注浆与台阶法开挖相结合施工周期长的问题。具体做法：将原设计上台阶开挖断面下调1 m，进行上台阶开挖并对掌子面进行加强支护；上台阶临时仰拱及止浆墙施工；下台阶开挖到位并对掌子面进行加强支护；下台阶止浆墙施工；在上台阶上布设注浆孔，注浆孔间距30 cm，打设角度8°～48°之间，调整钻孔长度，使其注浆扩散半径及注浆效果不变（见图3）。现场采用2台HC726型履带式潜孔钻，注浆与钻孔施工同步进行。帷幕注浆完成后，阻止了地下水进入隧道开挖轮廓线范围，确保隧道在无水或少水状态下开挖［7］。

图3 更改后的全断面帷幕注浆孔位布置纵剖面

（4）超前管棚导向跟管钻进技术

隧道进洞大管棚施作采用“跟管”钻工艺，钻孔设备采用志高90潜孔钻机。钻孔前，将孔位由拱脚向拱顶进行编号，钻进时先钻奇数孔，待奇数孔管棚注浆完成后再进行偶数管棚孔钻进。钻进过程中，导管随钻头跟进，导管采用螺旋套丝连接。钻进过程中用测斜仪量测钻杆钻进的偏斜度，偏斜度超过设计要求时及时纠正［8］。

管棚钻进完成后，安装由4根φ22 mm主筋和固定环组成的钢筋笼。在管棚尾部安装加工好的止浆阀后，采用全孔压入方式向管棚内注浆。

（5）悬臂掘进机掘进施工技术

全断面帷幕注浆及超前大管棚施工完成后，悬臂式掘进机就位。本工程选用（徐工EBZ260）悬臂式掘进机进行掘进施工，对欠挖部位采用挖掘机配合修边［9］。施工时掘进机先驶入隧道一头，利用切割部在隧道掌子面进行上台阶切削掘进，切削下来的渣土形成后续开挖工作平台。掘进完成后，安装上台阶拱部钢架，喷混凝土完成拱部初期支护。切割部在隧道掌子面进行下台阶切削掘进，施作隧道仰拱，初期支护成环，并及时跟进二次衬砌。

每次掘进循环进尺为两榀钢架（1.0～1.6 m），帷幕注浆段悬臂式掘进机开挖进尺≤1 m［10］，一榀一支护。切削下来的渣土直接由“第一运输机”输送至掘进机后方，再用挖掘机装入运渣车运至竖井后垂直提升到场内临时存渣区［11］。仰拱部分采用挖掘机开挖，滞后掌子面距离为14 m。施工方式见图4。

图4 掘进机掘进施工示意

（6）二衬缺陷预控技术

为减少隧道二衬施工出现厚度不足、脱空等缺陷，施工中除加强人工观察外，还采用了液位继电报警器进行了预控。具体做法：①沿隧道线路中心拱顶、拱腰处防水板上密贴布设4组接触线（采用爆破线），每组2根。②连接液位继电报警器，将接触线与液位继电报警器相连。连接后液位继电报警器上显示为红灯亮。③当二衬混凝土冲顶时，混凝土接触到接触线两个端头，与报警器形成闭合电路，报警器上显示为绿灯亮；相反，当混凝土冲顶未浇筑饱满时，未形成闭合电路，报警器上显示为红灯亮。由此避免了二衬混凝土厚度不足、脱空等缺陷。

（7）监控量测技术

在隧道洞身支护完成后，尤其是在仰拱施工完毕，喷锚支护已闭合成环后，及时进行全断面监控量测。隧道监控量测必测项目为初期支护状况观测、地表沉降观测、团坡桥竖向及水平位移观测、团坡桥倾斜观测、洞内水平收敛及拱顶位移。

鉴于隧道施工过程中监测点经常被损坏，通过多次试验，在监测板上采用特殊胶粘贴反光片，并在四边采用螺栓固定，防止反光片遇潮脱落。通过封闭弹条控制实现了监测点的两个稳定状态，即测量状态及防污染折叠状态，满足现场多种监测需要，见图5。

图5 采用装配式监测点替代反光片

5 结束语

（1）地铁隧道暗挖下穿段前，对河道进行半幅围堰导流，并对河底淤泥、杂物进行清理，采用素混凝土回填至河床底。素混凝土与原河床下土体成为整体，保证了原覆土层土压力的稳定，同时统一了隧顶覆土层厚度。

（2）对地铁隧道下穿段河底施作水平隔水层，切断地表水与地下水联系通道，阻挡河水涌入隧道，为洞内无水作业创造了初步条件，在后续注浆施工时有效防止了浆液外泄。

（3）沿开挖轮廓线和开挖工作面进行全断面帷幕注浆，使浆液在开挖轮廓线外一定范围内形成一定厚度的隔水帷幕和加强圈。

（4）隧道开挖前，采用超长管棚对隧道拱顶部位进行补强加固，确保拱顶的稳定性。

（5）悬臂式掘进机台阶法开挖可减小对围岩及桥梁基础的扰动，使地层沉降得到有效控制，同时悬臂式掘进机可同步进行掘进和渣土装运，大大提高了浅埋岩溶隧道的掘进速度［11－12］。

（6）利用液位继电器实现对隧道衬砌混凝土拱顶空洞监测，有效解决了二次衬砌背后出现空洞的技术难题，消除了隧道在施工阶段和长期运营过程中产生的纵向不均匀沉降。

（7）在隧道施工过程中，采用可折叠的装配式监测点，提高了监测点布置及监测效率。

通过采用上述一系列措施确保了南明河无污染、团坡桥零沉降，顺利完成了下穿段施工任务，取得了较好的经济效益及社会效应。