大连地铁区间隧道过河段施工技术研究

钟 国

(大连地铁有限公司，辽宁 大连 116021)

1 工程概况

大连市地铁一期工程110标段学苑广场站—海事大学站区间全长1 246 m，暗挖法施工，区间中部设置施工竖井，竖井至区间段终点海事大学站为457.465 m，穿越凌水河，位于不良地质软弱地层浅埋段，该段落大部分位于凌水河河道内，并先后近接河凌水一号桥和下穿凌海桥，隧道上部土层分布大量的管线，如图1所示。

图1 过河段位置示意图

下穿凌水河段工程地质:

沿线原始地貌为剥蚀残丘及凌水河阶地，地形起伏较大，区间范围内上覆第四系人工堆积层、冲洪积层，下伏震旦系长岭子组板岩。

场地地层自上而下依次为:素填土层、淤泥质粉质粘土层、卵石层、强风化板岩层及中风化板岩层，而根据地质纵向剖面图区间隧道主要穿越淤泥质粉质粘土层、卵石层、强风化板岩层及中风化板岩层。

该段水文地质情况:本场地地下水按赋存条件主要为孔隙水及基岩裂隙水。孔隙水主要赋存在卵石层中，基岩裂隙水主要赋存于强风化及中风化板岩中。勘察期间稳定地下水位埋深1.00 m～8.30 m，水位高程 0.34 m～30.52 m。地下水总的径流方向为由北西向南东。地下水的排泄途径主要是蒸发和地下径流。主要补给来源为大气降水和径流补给。

2 施工中主要风险源分析

本路段的风险源有凌水一号桥(桩基础)、凌海桥(扩大浅基础)两个构造物，此段不良地质软弱浅埋地层段，其中主要包括砂卵石层段及淤泥层段。隧道上方河底以下分布着φ1 200 mm，φ700 mm，φ500 mm三条自来水供水管线、φ1 000 mm污水管线及煤气管线，对沉降要求极高，此段区间隧道上软下硬，需要爆破施工，极易产生隧道坍塌、管线断裂和突泥涌水灾害。所以过凌水河段落管线必须采取措施，否则极易造成灾害性的事故发生。

2.1 临桥隧道作业，桥桩安全存在风险

凌水一号桥隶属大连交通主干道黄浦路，交通压力极大，并有重车行驶，此桥下还布设了数十条各种管线，管线与桥基础相联系，在隧道开挖施工过程中，如果给桥桩基础带来地基承载力失衡，则会造成管线集体断裂，并出现连带附近202轻轨发生水平位移，因此此桥存在的风险有:沉降、路面开裂、危及管线、桩基滑移等。

凌海桥位于隧道右线之前，由于此段隧道属于浅埋段，凌海桥台为重力式扩大基础，且距离隧道拱顶距离不会很大，此桥有通向海事大学的光缆等很多线缆，隧道拱顶为强风化层、卵石层及淤泥质粘土层不良地质情况，因此此桥的风险有:沉降开裂、危及缆线、隧道塌方，出现海水倒灌，隧道淹没。

2.2 隧道穿越浅埋不良地质，区间隧道施工安全及管线安全存在风险

凌水河区域为软弱不良地层段，上软下硬，隧道开挖需要爆破，在施工中，由于隧道拱顶部围岩自稳能力很差，超前小导管注浆形成的拱顶保护壳体厚度不足70 cm，而且很难连续成为一整体，受爆破扰动的影响，极可能出现拱顶卵石层下落而形成塌方，洞内出现空洞，并造成管线断裂，则即刻出现海水倒灌，并且将已施工隧道全部淹塌。因此，我部对此段不良地层的风险认识为:塌方、海水倒灌、淹没隧道，危及施工人员生命安全。

2.3 河道蓄滞水迅速补充地下水，地层透水性强，区间隧道面临灌淹的风险

凌水河虽然为季节性河流(旱季水量较少)，但受潮汐影响，海水倒灌河道，致使河道水位起伏较大。河床以下透水性较强的卵石层较厚，蓄滞水与卵石层具有较好的连通性，致使卵石层孔隙水可得到凌水河蓄滞水的迅速补充(地下水存在较大的动水压)，从而导致区间隧道在穿越卵石层时面临灌淹的风险，同时也是地铁运营期间的不稳定因素。

3 过河段施工中采取的主要措施

3.1 区间隧道过桥处理方案

根据“桥梁与区间隧道的空间位置关系及浅埋地质围岩情况”有针对性地制定保护方案。最初设想采用双排φ180钢管桩(内放钢筋笼并灌注混凝土)沿凌水一号桥纵向进行打设，但是由于受各种管线及施工场地限制很难操作施工，于是改为洞内加强支护处理方式进行保护。

凌水一号桥设计形式为简支桩基础端承桩桥梁，桩底位于隧道上台阶拱角部位，拱顶上部分布着 φ1 200 mm，φ700 mm，φ500 mm三条自来水供水管线、φ1 000 mm污水管线及φ500 mm煤气管线，对沉降要求非常高，安全隐患很大;隧道下穿凌海桥桥台的扩大基础，处理不当易产生过变形而导致桥台开裂。

3.1.1 过凌水一号桥处理方案

隧道初期支护形式为:超前φ50长导管5 m、双层φ42小导管2.5 m于拱部120°范围内，间距均按600 mm设置，水平搭接长度不小于2 m，2榀一打，打设仰角20°，超前注浆导管长3.5 m，水平搭接长度不小于1 m，小导管1榀一打，第一层仰角为10°，第二层仰角为15°，初支格栅间距为500 mm，双层钢筋网φ6，150 mm×150 mm，锁脚锚管双排打设。在靠近桩基础的一侧，打设系统砂浆锚杆，环向为60°，长度为2.5 m，间距1 m梅花形布设，如图2所示。

图2 区间隧道过桥方案

3.1.2 过凌海桥处理方案

区间隧道右洞下穿凌海桥北侧桥台，拱顶离桥台基底距离为6.684 m，隧道拱顶覆土为素填土、卵石和强风化板岩，卵石层为强透水层。拱顶120°范围打设φ108超前管棚和φ42超前小导管，侧墙打设φ22砂浆锚杆加强岩体。

3.2 过河段施工措施

此不良地层开挖主要采取“以降为主，以堵为辅，部分特殊地层进行深孔注浆”，根据地质剖面图及北京市地质工程勘察院的结论，此段淤泥质地层降水时地层变形较大，因此以加固为主，卵石地层利用降水的方法可以将地下水降至拱底以下，但是凌水河内明水要控制住，隔断地表水对地下的垂直补给是关键。

此地段卵石层普遍连通，而且厚度不均，根据地层揭露卵石粒径大小不均，大的卵石直径可达1 m，对于小导管打入及WSS工法成孔都存在很大的考验。

3.2.1 隧道拱顶河道止水处置河道止水处置主要采用如下措施:

1)通过铺设防渗膜，隔断海水、雨水及污水等通过河道的垂直补给;

2)通过打设旋喷桩及中间采用二重管无收缩注浆，隔绝或减弱海水及地下水的水平补给。

3.2.2 河道垂直止水处置

铺设防渗膜，在区间上下游打设旋喷桩的位置开始铺设防渗膜，防渗膜表面施作5 cm～10 cm厚喷射砂浆保护层。

防渗膜须铺至防渗帷幕以外，并做好压边防渗处理。防渗膜铺设要高出最大汛期水位至少50 cm。

3.2.3 河道水平止水处置施工

在凌水河三处进出口处打设旋喷桩及其间采用WSS工法注浆进行水平止水，形成阻止地下水水平补给的止水帷幕。

凌水河段有分布不均的淤泥质粉质粘土层，部分段落的淤泥层已深入隧道拱顶，有部分距离隧道拱顶不足1 m，而淤泥层一旦被扰动，将会带来极大的危害，其危害远甚卵石层，因此本段落一个施工难点就是拱顶之上的软塑～流塑状态淤泥质粘土层。

3.3 下穿地下管线处理方案

三条给水管线除一条新铺设φ700给水管线外，对另两条给水管线进行并线架空改移处理，彻底解决有压管线施工中的风险问题;对污水管线进行内部吹膜防渗处理;煤气管线通过抱箍等形式加强监控量测。

4 结语

根据本段区间地质和环境情况，为确保施工安全，施工中严格按照“先支后掘、超前处理;科学组织、快速均衡;预判风险、预案超前”的施工原则进行施工。暗挖施工遵循“管超前、严注浆、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、勤量测”的原则考虑各加固措施。施工中做到“及时支护、及时量测、及时反馈、及时修改”信息化施工。

此地段施工中采用超前地质预报并配合超前地质钻孔，掌握地层变化状况，根据揭露的不同地层采取了不同的处理方式。

学海区间过河段施工安全及隐患比较大，主要采取“外降内堵”的实施方案，依据施工工艺的要求，对隧道开挖围岩进行了加固，在隧道开挖外轮廓构筑一圈刚性体，亦为封闭的止水帷幕墙。确保了开挖面的稳定，避免出现隧道变形、地表下沉、海水倒灌，同时防止了开挖面失稳造成水土坍塌，也减小了传到开挖面上的荷载，控制了爆破开挖掘进可能出现的不利现象，顺利穿过该区段。

[1] 刘国宝.浅埋暗挖隧道穿越既有地铁施工方案分析[J].山西建筑，2011，37(29):146-147.

[2] 陆 平.地铁隧道上方开挖区域土体的加固性研究[J].山西建筑，2011，37(20):339-340.