城市地铁区间隧道矿山法施工技术探究范文

摘要：随着国民经济的快速增长，人们对交通的要求越来越高，城市地铁项目也因此日益增多。而地铁项目一般处于城市密集区，周边环境复杂，施工风险高。本文以某条地层复杂、溶洞发育的地铁隧道区间为背景，提出矿山法施工方法，详细叙述了马头门施工、土层段机械开挖、土石交接及岩石段爆破开挖施工，介绍了溶洞的探查及处理措施。通过一系列行之有效的矿山法施工措施，保证隧道安全掘进及施工质量。

关键词：地铁区间隧道；矿山法；溶洞；爆破

一、引言

国民经济的快速增长，人均消费水平也有大的提高，人们对交通的要求越来越高，城市地铁项目在这种氛围下日益增加。但地铁建设具有隐蔽性、工程地质条件复杂，且一般位于城市繁华地段。因此，合理的施工方法，不仅方便管理，而且施工成本、质量、安全、进度得到保障[1~2]。城市地铁区间隧道一般采用盾构法或矿山法施工。但盾构法一般适用于埋深深度不小于6m且不小于盾构机直径、地质相对均匀的软弱地层隧道，造成了盾构法的局限性，而矿山法适用范围广，灵活性强，尤其对于地层比较复杂的隧道更加具有优越性。本文以某条地层复杂、溶洞发育的地铁隧道区间为背景，详细介绍了矿山法施工工艺。

二、工程地质和水文概况

1．工程地质按照开挖方法不同，地层分三种情况：①土层段，隧道范围内地层为粘土层；②土石交界段，隧道范围内地层上部主要为粘土层、残积土，下部为中风化泥灰岩；③岩石段，隧道范围内地层主要为中风化泥灰岩、灰质灰岩、中风化灰岩、中风化砂岩。

2．区间断层概况本工程存在三个断裂带，分别为F1、F2、F3断裂带。F1断层，该断层走向北东东，断层宽度约55m，地质主要为角砾岩，岩石坚硬、性脆，强度较高；F2断层，该断层走向北北西，该断层宽度约15m，带内物质主要为碎裂岩，断层带岩体破碎，灰岩区熔蚀强烈，多见溶洞；F3断层，该断层性质推测为层间错动，断层带宽7~13m，带内物质主要为角砾岩，角砾粒径一般为0.5~10cm不等。

3．区间溶洞分布概况本工程揭露溶洞157个，大部分溶洞洞高在0.1~1.5m之间，占总数的66.1%，其中，二叠系下统栖霞组灰岩中溶洞洞高主要为0.1~1.5m，共计13个，三叠系大冶组灰岩中溶洞洞高度以0.5~1.0m最多，占该岩溶层组数溶洞总数的33.3%。

4．地质水文本工程土层段为微透水（或不透水）地层，地下水含量较少，土石交界段及岩石段存在岩溶裂隙水及承压水，地层中地下水受汉江水位影响较大，年变幅3~5m。愈靠近河流河床地段，地下水年变幅愈大。

三、矿山法隧道施工工艺

1．总体施工思路本工程隧道正洞矿山法施工段长度约1,447m，左右线合计长度为2,894m，分别采用2个施工竖井和中间风井作为材料运输口。竖井和中间风井施工完毕后进行正洞隧道施工。

2．马头门施工马头门施工前对开挖轮廓线周围格栅钢架进行二次加固，沿开挖轮廓线拱部150°设置两排φ42小导管并进行注浆加固，小导管环纵间距0.3m×1.0m，长度L=2.5m。正洞马头门施工分上、下台阶预留核心土的施工方法。上台阶开挖5m后，开始下台阶施工，下台阶施工过程中左右分两块进行开挖，并前后错开2榀格栅的距离，避免同时开挖造成上半部分支护整体悬挂。马头门正洞格栅钢架联立3榀钢拱架，正线隧道第一榀钢拱架与竖井格栅钢架主筋焊接一起，超前小导管及锁角锚杆与格栅钢架主筋焊接牢固。

3．土层段施工土层段开挖分上下两个台阶进行施工，上台阶高度为3m。上下台阶之间保持3~5m的距离，采用PC60挖机开挖，每一循环进尺为0.5m。

4．土石交接及岩石段开挖方法土石交接及岩石段分上下台阶开挖，采用超前小导管加固+爆破的开挖施工方法，爆破循环进尺为1.5m（两榀拱架间距）。根据岩石侵入掌子面的范围，设计采用不同的爆破方法。若上台阶全部为石质，则采用掏槽方式进行爆破，在上台阶布设掏槽眼，若上台阶部分为土质、部分为石质，则不用打设掏槽眼，直接采用碎裂爆破方式。（1）全爆破施工方法隧道爆破炮眼设置分别为：掏槽眼、二圈眼、周边眼、底板眼、排眼。炮眼布置左右对称设置，掏槽眼在上台阶设置，左右各设2排，内圈眼与周边眼间距为600mm，隧道开挖宽度约6.3m，高度为6.648m。图1为炮眼布置图，图2为掏槽孔布置图，表1为爆破参数。（2）局部爆破施工方法局部爆破只布设周边眼和排眼，排眼布设与下台阶布设参数相同，周边眼按照台阶法周边眼间距及孔深进行布置。具体详见图3所示，爆破参数同表1。

5．隧道出碴与运输隧道内出碴采用挖掘机装碴，自卸汽车运输，在施工竖井、中间风井设置碴土转运碴斗，转运碴斗由提升设备提升至地面，配运碴车运送至弃碴场。竖井配备1台10t抓斗式提升设备，中间风井配置2台15t起重式提升设备。

6．隧道初期支护初期支护采用格栅钢架+C25早强混凝土，格栅钢架主筋为4根φ22钢筋，环向箍筋采用φ8的钢筋，间距300mm，中间加强筋采用φ14钢筋，格栅钢架间距为0.5m/0.75m。纵向连接钢筋采用双层φ22钢筋连接，环向间距为1m。上台阶拱脚处设置4根φ4锁脚锚管，长度L=3m，每榀设置。网片采用φ8，间距为150×150mm网格形式，双层布设。

7．隧道二衬结构二次衬砌采用C35防水混凝土，仰拱及隧底填充施工在隧道开挖支护完成后，及时全幅分段施工，采用仰拱栈桥方式施工。拱墙二次衬砌在围岩变形基本稳定后施工，由施工竖井开始施做，采用10.5m长全断面液压衬砌台车进行。

8．初支及二衬背后回填注浆初期支护封闭成环后每间隔2环及时背后进行回填注浆，减小初支的沉降变形，让隧道初期支护尽快稳定。二次衬砌施工过程中应预留背后回填注浆管，注浆管布设对隧道初期支护渗水点进行加密布设，当二次衬砌混凝土强度达到设计强度的80%后进行回填注浆，注浆完成后，应割除外露在结构表面的小导管，并采用快干水泥对注浆管进行封堵。

9．区间溶洞处理方案（1）岩溶探测在岩溶发育段打设5m长超前探孔，探孔搭接2m，每循环探孔数量不少于5根，勘测做业面前方岩溶情况进行探测预警，对于发现异常情况加强补探。（2）岩溶处理措施拱腰以上溶洞，采用φ42小导管超前注浆支护，初支背后预埋泵送管，采用C15素混凝土回填，根据溶洞大小，在其四周施作1.2×1.2m间距的锚杆，锚杆深入围岩不小于1.0m；边墙处溶洞，1.5m范围内采用C15素混凝土回填，1.5m以外抛石回填；仰拱下溶洞，在隧道底施做1m高扩大基础，基础下采用注浆回填；开挖面以外溶洞，6m以外不处理，6m以内注浆回填；隧道全断面穿越溶洞发育区，拱顶150°采用φ42小导管超前注浆支护，边墙施做1.2m×1.2m间距锚杆，仰拱施做1m高扩大基础，基础下10m范围内采用注浆回填。

四、结论

地铁区间隧道处于城市密集区，周边环境复杂，施工风险高。本文针对某地层复杂、溶洞发育的地铁隧道区间，采用矿山法施工，详细叙述了马头门施工、土层段机械开挖、土石交接以岩石段爆破开挖施工，介绍了溶洞的探查及处理措施。通过一系列行之有效的矿山法施工措施，保障了地铁区间隧道的安全掘进及施工质量。

参考文献

[1]关宝树.隧道工程施工要点集[M].2版.北京：人民交通出版社，2011.

[2]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

[3]漆泰岳，高波，谭代明.软土地层地铁隧道施工对地下管线的影响[J].西南交通大学学报，2010，45（1）：45-53.

[4]曹波，刘波，聂卫平.下穿既有电缆隧道的地铁暗挖隧道稳定性研究[J].隧道建设，2013，33（11）：914-920.

作者：唐冬云1；陈培帅2；黄威2单位：1．武汉市市市政工程质量监督站，2．中交第二航务工程局有限公司