淺談巖溶區(qū)暗挖停車線風(fēng)險(xiǎn)及工法論文
1 工程概況
貴陽軌道交通1 號(hào)線工程人民廣場(chǎng)站～ 火車站站區(qū)間為礦山法暗挖隧道，區(qū)間右線長(zhǎng)1 196. 9 m，區(qū)間左線長(zhǎng)1 206. 8 m，設(shè)置兩座施工豎井。人民廣場(chǎng)站后區(qū)間設(shè)置停車線，位于貴陽市河濱公園及南明河下，長(zhǎng)度約360 m。停車線段左右線間距14 m，停車線中線距離左線間距4. 6 m，距離右線間距9. 4 m; 區(qū)間左右線設(shè)置渡線與停車線連接。河濱公園處地形為山地，軌面埋深約36 m。停車線正交下穿南明河長(zhǎng)度約50 m，軌面距南明河底約17 m。
2 地質(zhì)水文狀況
停車線段隧道所處巖層較單一，以三疊系松子坎組二段泥質(zhì)白云巖和泥質(zhì)石灰?guī)r為主，洞身均位于巖層內(nèi); 上覆第四系全新統(tǒng)雜填土、硬塑紅黏土層，厚度4 ～ 9. 8 m; 停車線段地下水位標(biāo)高基本與巖土分界面齊平，巖層中地下水主要以基巖裂隙水和巖溶水的形式存在。停車線下穿南明河段河底下伏淤泥層厚度不足0. 5 m，以下均為中風(fēng)化巖層，巖質(zhì)以泥質(zhì)白云巖和泥質(zhì)石灰?guī)r為主; 勘察期間下穿南明河處水位高度約4 m，南明河為季節(jié)性河流，為貴陽城區(qū)雨水匯流及行洪主要通道。區(qū)間鉆孔遇溶率為17. 4%，判定為巖溶中等發(fā)育區(qū)。
3 停車渡線方案比選
3. 1 停車線設(shè)豎井方案
參考其他城市地鐵暗挖停車渡線做法，在渡線處設(shè)置橫通道及施工豎井; 豎井及橫通道開挖后對(duì)渡線及停車線漸變斷面進(jìn)行開挖，為大洞進(jìn)入小洞逐級(jí)開挖的方式此種設(shè)置方式，工法較成熟，由大洞向小洞開挖，有利超前支護(hù)的實(shí)施等，施工難度及風(fēng)險(xiǎn)較小; 需設(shè)置施工豎井及場(chǎng)地，對(duì)上部河濱公園構(gòu)筑物進(jìn)行拆遷及圍擋。由于人民廣場(chǎng)站豎井及暗挖風(fēng)道已對(duì)公園部分構(gòu)筑物拆遷并圍擋，若實(shí)施此豎井，對(duì)公園運(yùn)營(yíng)影響大，難以協(xié)調(diào)。
區(qū)間左右線線間距14 m 較小，橫通道進(jìn)正線馬頭門處左右隧道開挖凈距不足0. 5 m;由于工程所處地區(qū)為巖質(zhì)地區(qū)，停車線為小凈距暗挖隧道，需保證相應(yīng)安全巖柱厚度，需增大橫通道寬度，若實(shí)施此方案，豎井深度約40 m，橫通道寬度及豎井深度增加工程風(fēng)險(xiǎn)及造價(jià)。
3. 2 停車線三聯(lián)拱方案
滿足限界及軌道要求的前提下，渡線中部設(shè)置三聯(lián)拱隧道，聯(lián)拱隧道中墻厚度漸變，長(zhǎng)度約16. 6 m，采用中洞法施工。利用區(qū)間1#豎井及車站暗挖風(fēng)道兩個(gè)工作面對(duì)停車線段進(jìn)行開挖.
設(shè)置聯(lián)拱隧道的型式，通過兩個(gè)工作面由小洞向大洞開挖，存在擴(kuò)挖反掏施工，工法控制要求嚴(yán)格; 聯(lián)拱隧道中墻部分需從兩個(gè)工作面分別開挖，需做好聯(lián)拱隧道的防水等。由于為洞內(nèi)開挖，無需增加豎井及橫通道，不需場(chǎng)地及拆遷，一定程度降低了造價(jià)。
受外部拆遷及場(chǎng)地因素的影響，聯(lián)拱隧道方案為實(shí)施方案。
4 控制性工藝及實(shí)施要點(diǎn)
區(qū)間暗挖斷面擬定從安全及合理角度出發(fā)，綜合考慮各系統(tǒng)專業(yè)的要求，結(jié)合下穿風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)及圍巖情況，設(shè)置包含標(biāo)準(zhǔn)斷面在內(nèi)的7種斷面類型.
4. 1 開挖工法及步驟
停車線段根據(jù)斷面類型分別采用臺(tái)階法、CRD 法及中洞法施工，其中單線標(biāo)準(zhǔn)襯砌、A型襯砌及B 型襯砌采用臺(tái)階法施工，C 型襯砌、D 型襯砌、E 型襯砌及加強(qiáng)襯砌采用CRD法施工，F(xiàn) 型襯砌( 聯(lián)拱隧道) 采用中洞法施工。
停車線開挖過程中，開挖至聯(lián)拱隧道斷面處后停止開挖，封閉掌子面并施作堵頭墻，分別從大小里程兩個(gè)方向開挖聯(lián)拱隧道中洞部分，右線小里程方向由人民廣場(chǎng)站豎井進(jìn)洞開挖，左線大里程由區(qū)間豎井進(jìn)洞開挖; 中洞初支完成施作中洞隔墻，并架設(shè)臨時(shí)支護(hù); 由小里程方向?qū)ΨQ開挖聯(lián)拱隧道邊墻部分，最后由小里程方向施作聯(lián)拱隧道中間部位。施工中可根據(jù)工籌調(diào)整聯(lián)拱隧道兩側(cè)及中間部分的施作方向。
4. 2 小凈距隧道開挖控制
停車線長(zhǎng)度約360 m，其中約310 m 長(zhǎng)度為小凈距隧道; 左右線區(qū)間開挖輪廓平均靜距約2. 64 m，最小靜距為1. 04 m，停車線段隧道分別為單洞雙線隧道和單洞單線隧道，其中單洞雙線隧道開挖寬度約11. 9 m，高約9. 5 m，采用CRD 工法開挖; 單洞單線隧道開挖寬度約由于停車線段長(zhǎng)度較長(zhǎng)，且下穿河流、房屋、公園等地表構(gòu)筑物，地質(zhì)為巖溶中等發(fā)育區(qū); 為達(dá)到保證施工安全，控制地表沉降，小凈距隧道開挖，擬采用以下工法進(jìn)行開挖控制:
( 1) 開挖應(yīng)嚴(yán)格遵循“預(yù)支護(hù)、短開挖、少擾動(dòng)、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、實(shí)回填、嚴(yán)治水、勤量測(cè)”方針。加強(qiáng)地質(zhì)工作，采用隧道施工地質(zhì)調(diào)查、TSP、紅外探水、地質(zhì)雷達(dá)、超前地質(zhì)鉆孔等綜合方法進(jìn)行隧道超前地質(zhì)探測(cè)手段。
( 2) 由于區(qū)間下穿構(gòu)筑物較多，位于市中心區(qū)域，對(duì)地表的震動(dòng)及沉降控制要求嚴(yán)格，采用人工、機(jī)械開挖，嚴(yán)禁采用常規(guī)爆破開挖。環(huán)向初期支護(hù)鋼架、豎向支撐鋼架開挖一榀支護(hù)一榀，逐榀成環(huán)推進(jìn)。必要時(shí)掌子面噴射5 cm 混凝土封閉并隨挖隨噴，避免掌子面掉塊、坍塌; 并盡早施作二次襯砌。
( 3) 停車線大小斷面平行隧道中，首先進(jìn)行小斷面的開挖，開挖完成后施作大斷面。由于停車線下穿河流房屋等眾多構(gòu)筑物，采用機(jī)械方式對(duì)此段進(jìn)行開挖。大斷面采用CRD 工法，臨近小隧道側(cè)后開挖，大斷面掌子面需與小隧道掌子面保證一定的安全距離。開挖大斷面時(shí)小斷面需設(shè)置臨時(shí)支撐。
( 4) 做好施工應(yīng)急預(yù)案，加強(qiáng)對(duì)洞內(nèi)及地表構(gòu)筑物的監(jiān)控量測(cè)，根據(jù)監(jiān)控量測(cè)結(jié)果采取相應(yīng)的工程措施。
4. 3 巖溶及地下水處理方案
由于停車線所處區(qū)域臨近且下穿河流，巖層情況為中風(fēng)化泥質(zhì)灰?guī)r及白云巖; 地下水發(fā)育，地下水位一般位于地表下4 ～ 5 m，多以巖溶水及裂隙水為主，部分地表雨污水通過溶洞溶隙滲入地下; 根據(jù)地質(zhì)情況及地下水發(fā)育情況，臨近河流匯水區(qū)域處通常存在較大區(qū)域的巖溶發(fā)育區(qū)，地勘鉆孔判定該區(qū)間為巖溶中等發(fā)育區(qū)，地下水豐富。地下水豐富及巖溶發(fā)育等因素，往往會(huì)造成隧道開挖發(fā)生突水突泥的風(fēng)險(xiǎn)，由于停車線斷面較大，且為小凈距隧道，下穿河流及構(gòu)筑物等風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)，故停車線處巖溶及地下水處理為工程安全的重點(diǎn)。
貴陽地區(qū)為喀斯特地貌區(qū)，巖溶發(fā)育較多。本線路已開挖完成的隧道中遇到溶洞多為充填型溶洞，發(fā)育多為的漏斗狀、條形狀形態(tài)，內(nèi)充軟塑狀物質(zhì)，部分溶洞發(fā)育至地表，完全探明形態(tài)不易，溶洞附近區(qū)域往往伴隨有較大的裂隙水及股狀水發(fā)育。由于地鐵區(qū)間隧道多為城市淺埋隧道，隧道開挖過程中遇溶，加上水力沖刷及滲透作用，易發(fā)洞內(nèi)涌水涌泥，往往會(huì)形成拱部及周邊區(qū)域空洞，部分發(fā)育至地表的溶洞往往會(huì)對(duì)路面、地表構(gòu)筑物及相應(yīng)的管線造成較大的影響。
根據(jù)溶洞及地下水發(fā)育的特點(diǎn)及地鐵工程中防水的主要原則，對(duì)該地區(qū)溶洞及地下水處理原則主要為: 溶洞充填和堵水的原則。溶洞充填根據(jù)溶洞發(fā)育的不同位置及形態(tài)，采用不同的充填及處理方案; 對(duì)于開挖中裂隙水及涌水主要采用開挖前封堵及開挖后封堵的處理方案，防止溶洞及地下水相互作用造成的工程風(fēng)險(xiǎn)
5 結(jié)語
本文討論了巖溶區(qū)停車線在豎井設(shè)置與否情況下暗挖施作的工法，對(duì)不設(shè)置豎井暗挖停車線的設(shè)置方式及開挖步序進(jìn)行了描述; 論述巖溶區(qū)停車線下穿河流房屋等風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)筑物的自身風(fēng)險(xiǎn)及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，采用適當(dāng)?shù)墓しê痛胧┙鉀Q小凈距開挖、下穿河流處理、巖溶區(qū)開挖等風(fēng)險(xiǎn)問題。主要有以下幾點(diǎn)體會(huì):
( 1) 根據(jù)大部分國(guó)內(nèi)城市通常做法，暗挖區(qū)間設(shè)置停車線盡量從橫通道處由大斷面向小斷面開挖，降低結(jié)構(gòu)自身風(fēng)險(xiǎn); 豎井設(shè)置困難需采用洞內(nèi)開挖時(shí)，需做好各個(gè)開挖步驟的銜接工作，需注意由小斷面向大斷面擴(kuò)挖的相關(guān)問題、聯(lián)拱隧道開挖步驟及防水問題等，防止偏壓?jiǎn)栴}對(duì)聯(lián)拱隧道中柱的影響。
( 2) 大小斷面并行小凈距隧道開挖中，需注意大斷面及小斷面開挖的先后順序，并保證一定的安全距離，及時(shí)封閉襯砌及設(shè)置臨時(shí)橫撐，防止偏壓對(duì)結(jié)構(gòu)造成的影響。
( 3) 為規(guī)避巖溶發(fā)育情況下暗挖工程的后期沉降及塌陷等次生災(zāi)害，需做到超前預(yù)防，超前處理，并對(duì)發(fā)生涌水涌泥的部位進(jìn)行全方位探測(cè)，采用綜合手段對(duì)空腔進(jìn)行回填處理，盡可能保證回填密實(shí)，不留空腔; 施工開挖過程中，需注意巖溶與地下水相互作用聯(lián)通的處理。
( 4) 巖溶發(fā)育區(qū)暗挖下穿河流，存在巖溶通道與河流水聯(lián)通的可能，為預(yù)防開挖中大規(guī)模突水的風(fēng)險(xiǎn)，需進(jìn)行超前帷幕注漿的輔助工程措施，并對(duì)注漿效果進(jìn)行檢驗(yàn)，做好各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案，確保下穿河流安全通過。
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