淺析城市隧道分界巖層反坡施工技術

蔣 權 王小強 海大鵬 況月超 劉明明

（中國建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450000）

1 工程概況

1.1 基本概況

紅路站—大興站區間隧道采用礦山法施工，區間結構埋深10.5～13.0 m，結構頂板標高22.88～24.38 m，結構底板標高15.72～17.22 m。主體結構采用單洞單線分離式馬蹄形斷面，復合式襯砌結構，隧道直徑6.3 m。聯絡通道兼廢水泵房采用礦山法施工，結構埋深18.00 m，底板標高16.00 m。隧道兩端底標高14.92～16.42 m，區間隧道中點標高10.85 m，隧道呈現中間低、兩頭高。

1.2 工程地質概況

（1）填土。

主要以褐紅色黏性土為主，局部地段為抗滑薄層瀝青路面，整個填土厚度為0.4～8.2 m。該層土為人工堆積形成，沒有經過壓實處理，回填隨意性較大，回填時間不一，厚度不均勻，結構松散，具強度較低、壓縮性高等特點，工程性質差。場區大部分均有分布，D1Q11XZ4和D1Q11XZ5鉆孔揭露厚度較大，厚度分別為8.2 m和6.0 m。

（2）第四系全新統。

黏土（2）3-3：棕紅～黃褐色，硬塑，切面光滑，干強度高，韌性高，含鐵錳結核，局部富集，局部為粉質黏土，厚度為1.0～4.7 m。黏土（2）5-2：褐黃色，濕，稍密，干強度低，韌性低，搖震反應迅速，厚度為0.8～3.1 m。

（3）第四系更新統。

黏土（5）3-4：棕紅～黃褐色，硬塑，切面光滑，干強度高，韌性高，含鐵錳結核和鈣質結核，局部含量5%～7%，厚度1.0～6.0 m。

（4）寒武系上統。

中等風化寒武系鳳山組泥質灰巖（12）1-3：D1Q11CZ6和D1Q11CZ7鉆孔揭露，揭露厚度14.6～20.0 m。巖層傾向為225°～235°，傾角12°～18°。中等風化寒武系鳳山組（12）1-3：青灰色，局部肉紅色，中等風化，最大揭露40.90 m。里程右DK14+16.58～+657.72巖層傾向為225°～265°，傾角為15°～30°。里程DK14+657.72～DK15+105.61巖層傾向為305°～310°，傾角為75°～85°。

（5）奧陶系下統賈汪組泥質灰巖。

強風化賈汪組泥質灰巖（11）3-2：灰黃色，泥質結構，中厚層狀構造，裂隙發育，巖芯呈碎塊狀、短柱狀。本層僅D1S12CZ01揭露，揭露厚度3.0 m。巖層傾向為130°～138°，傾角為55°～65°。中等風化賈汪組泥質灰巖（11）3-3：灰黃色，泥質結構，厚層狀構造，裂隙發育，巖芯碎塊狀、短柱狀。本層僅D1S12CZ01揭露，揭露厚度11.0 m。巖層傾向為130°～138°，傾角為55°～65°。

（6）奧陶系下統馬家溝組和肖縣組灰巖。

中等風化寒武系鳳山組白云巖（12）1-3：青灰色，鈣質結構，中厚層狀構造，含泥質，節理裂隙較發育，巖芯呈柱狀、短柱狀，局部塊狀。中等風化奧陶系下統馬家溝組和肖縣組灰巖（11）2-3：最大揭露厚度38.20 m。巖層傾向為130°～138°，傾角為55°～65°。

1.3 水文情況

（1）孔隙水。

主要是大氣補給，在空隙中滲流。周邊未發現大型暗河以及滲漏的河流空隙水流一般。

（2）裂隙水。

基巖裂隙水主要是賦存于泥巖和砂巖的風化裂隙中。風化裂隙水分布于基巖頂部強風化帶中，該類型地下水受基巖裂隙控制，分布連續，含水量較大。

1.4 分界巖層的特點

隧道斷面設計一半以上在松軟土層中，其余部分設計在基巖中，由于基巖不透水，隧道土層中由于大氣補給土體，使土體中水下滲，遇到基巖后容易形成水囊。隧道開挖后，水囊中水迅速外溢，導致隧道嚴重下沉，給隧道施工帶來巨大挑戰。在巖體施工過程中機械開挖難以延續，采用鉆孔爆破進一步加大了上部支護下沉、初支開裂等風險。在分界巖層尤其是上軟下硬的地質中進行隧道施工，探明以及處理水囊，裂隙水至關重要，關系整個隧道的施工安全。

2 堵水

根據勘察揭示的地質水文條件，隧址區地下水一般，不易出現較大地下水的情況。為防止意外，尤其是沉降超過預警藍色值后，必須停止施工，探明隧道前方水的情況以及明確堵車采用的方法。

2.1 探水

根據地勘報告，地下水情況一般，故不采用特殊的探水措施。實施長管棚及小導管的過程中應加強地下水的觀測，發現存在較多地下水時，應及時論證是否采取堵水措施。

2.2 堵水

（1）根據鉆孔情況，個別出水點且水量不大時的堵水，堵水根據情況采用水泥漿液或水泥-水玻璃雙液漿，在堵水前做好鉆孔試驗，測量每一個鉆孔流水情況，即流動速度、流水壓力和滲流量，根據數據測算出滲透系數，若滲透系數小于1則采用水泥漿封堵，若超過1采用雙液漿進行封堵，漿液的擴散半徑設計為4 m，漿液布置孔1 m×1 m梅花形布置，注漿結束后測量出水量，若出水量小于0.4 m3/h則為符合要求，可以進行隧道開挖。

（2）隧道周邊均有出水時的堵水，隧道周邊出現較大量水時，可采用全斷面帷幕注漿堵水。全斷面帷幕注漿，止漿墻的厚度設置為0.5 m，鋪設少量鋼筋，注漿范圍控制在隧道以外5 m，壓力控制在水壓的3倍左右，采用后退式注漿，注漿后及時鉆孔測量注漿效果，如果出水情況小于0.5 m3/h則可以進行開挖，堵水效果滿足要求。若出水情況較大，需要繼續進行注漿封堵，若注漿量明顯超過測算量，應進一步考慮是否有大的空洞、未勘測到的暗河，若出現以上情況則應停止施工，考慮其他辦法進行處理。

（3）注漿材料采用純水泥漿，結合注漿經驗水灰比采用0.6∶1～1∶1（重量比），根據現場試驗進行調整，涌水量較大、單液難以封堵時，可以采用“水泥+非強堿性化學控制液”雙液漿封堵，按水泥用量（重量）摻加5%～8%的化學控制液。局部超前預注漿堵水的具體實施段落應根據監控量測、超前探水以及地表、地下水和生態環境的監測結果，并結合詳勘報告以及現場實際揭露的地質情況進行確定后才能施工。實施時嚴格按照動態設計程序執行，在注漿過程中及時調整注漿策略，采用經驗豐富觀察敏銳的注漿團隊，保證注漿效果的同時，注漿材料也不浪費，注漿過程中加強道路周邊巡視，尤其是路面行車安全。

3 排水

（1）洞外排水。

洞外根據地形、地質情況設置截排水溝，建立完善的洞外排水系統，洞外排水系統流向市政排水系統，其排水量作為洞外路基排水系統考慮的重要因素之一。

（2）洞內排水。

隧道防水板與噴射混凝土之間設置Ф50環向軟式透水盲溝，間距5～10 m設置一道，在有小股水流處設置1×Ф50透水管盲溝一道；若出現水流較大則增加透水管數量，透水管采用三通連接（或縱向盲溝直接拐入水溝，縱向盲溝采用分段式，分段長約10～20 m，引入中心管溝）。隧道電纜槽側壁底每隔20 m設置一道泄水孔至路面下的排水溝，以排除電纜溝中水，路面清洗水通過側溝排出隧道外。隧道排水溝采用鋼筋混凝土現澆，坡度平行道路縱坡。

（3）反坡排水。

根據設計及地質情況，隧道局部節理發育段產生滲滴涌水等，灑水降塵清洗機械等施工用水考慮。施工階段排水方量，則設計施工期間排水能力按最大排能力10%計需要大于施工用水+隧道排水。抽水設備24 h排水量的能力選配，抽排能力應急需求考慮一定的備用水泵，集水坑容量按照隧道凈空車輛通行及排水能力大小設計。配置相當數量的備用水泵，應急排水系統的備用電源以及專業化人員。

（4）接縫止水。

接縫主要為施工縫、沉降縫采用雙層外貼式止水帶+中埋式鋼邊止水帶防水方式，根據地勘資料含水量較豐富的地段采用外貼式止水帶+中埋式鋼邊止水帶及雙組分聚硫密封膏等防水材料防水，縫隙處采用瀝青木絲板填塞防水。

4 監測

（1）地表豎向位移。

選擇本工程附近的兩個精密水準點為高程基準點，另外根據現場實際情況，為方便測點引測，布設3個工作基點。根據工程分布，高程基準點、工作基點同監測點一起布設成本工程獨立的閉合網或形成由附合路線構成的結點網。

（2）沉降監測建（構）筑物豎向位移、傾斜、裂縫。

采用沖擊鉆埋置鋼筋測點，每一個構筑物上不少于4點，對于重要建筑物應加密監測。

（3）支護結構拱頂沉降。

選用Φ=22 mm螺紋鋼，焊接在拱頂鋼格柵上，外露長度5 cm，外露部分鋼筋與Φ=8 mm帶彎鉤的鋼筋焊接牢固，采用紅油漆標記統一編號。

（4）支護結構凈空收斂。

側壁測點位置用沖擊鉆打一個稍微大于膨脹螺栓直徑的孔，將膨脹螺栓擰緊進行監測。

（5）巡視檢查。

對于建筑物的裂縫情況，地下建筑物的裂縫，滲漏水情況，關注構筑物能否正常使用。道路或地表的裂縫寬度、位置、深度、數量，地面沉陷深度、隆起高度及面積、位置、地面冒漿位置、范圍等；現場應對基準點、監測點、監測元器件的完好狀況、保護情況進行定期巡視。

5 結語

隧道處于上軟下硬巖層分界地層中，給隧道正常施工帶來巨大挑戰，經過多次設計及應用實施，在反坡隧道施工過程中，采取超前注漿加排水監測手段能夠滿足現代化隧道施工風險管控要求，隧道超前注漿在注漿材料及配合比設計過程中需要經過反復論證，注漿后及時檢查注漿效果為后續施工做好鋪墊。反坡排水需要配置足夠數量的機械設備，在應急過程中尤為重要，應做好監控量測及時反饋施工。反坡隧道施工過程中滲透水問題必須引起足夠重視，才能保證施工過程安全。