岩溶回填土地区浅埋暗挖隧道施工关键技术研究

中铁二十四局集团有限公司 上海 200071

1 工程概况

昆明新机场综合配套工程（轨道交通6号线）起自巫家坝，终于新机场，线路全长约24.9 km。一期为东部客运站至航空港南站，含东部客运站站、大板桥站、综合交通枢纽站、航空港南站共4 站3 区间，长约17.9 km。本标段线路由沾昆铁路南侧开始，以高架方式穿越A1地块东侧一角，之后以明挖暗埋的施工方式沿A1线中心行进，下穿沾昆铁路后设置一综合交通枢纽站，之后线路继续沿A1线直行，在停机坪前转为暗挖隧道，在航站楼前以95°偏角折向进入航空港南站（图1）。

图1 平面位置示意

该段隧道埋深9～19 m，为浅埋隧道，主要穿越机场填土区、次生红黏土及岩溶地区，长约550 m，围纵坡为2.91%，最小平曲线半径为300 m，围岩为Ⅵ级。

2 工程地质

本工程土层分布复杂，从上往下主要为： ①人工填土层，②红黏土层，③强风化灰岩，④中风化石灰岩。

地下岩溶一般埋深为5～16 m，多以垂直发育为主。溶洞基本呈串珠状分布，大部分有黏土充填，部分为半充填溶洞，溶洞顶底板多数沿裂隙面发育，裂面均有溶蚀现象；区间岩溶发育强度分级属强发育。

3 关键技术[1-8]

3.1 钻孔探溶注浆技术

因本区间隧道穿越地质情况复杂，溶洞溶槽发育且不规则，上部回填土土体物理力学性质差。为进一步核实该地段的基岩面和岩溶分布情况，制定合理的施工方案，确保隧道施工安全和施工后隧道本身的稳定，减少灾害发生。

施工前结合注浆孔布置探溶孔，孔深至基岩面下5 m，间距5 m×5 m，呈梅花形布置。探测过程中，若发现溶洞，采用注水泥浆进行填充。

采取钻孔探溶技术，准确探明了隧道周边基岩和溶洞分布情况，提前制定施工方案，减少因地质不确定对隧道开挖进度的影响，同时为隧道施工提供较大的安全保障。

3.2 地表注浆预加固技术

由于隧道埋深浅、覆跨比小，上部岩层为松散回填土，隧道下部穿越岩层，因岩层内溶洞分布不规则，溶洞内充填物主要是红黏土，洞室开挖后自稳时间很短，为确保洞室安全，需改善隧道周边围岩的物理力学性质，增强土体承载强度和增大土体弹性模量，防止隧道施工引起地表下沉和塌陷。

注浆孔间距2.5 m×2.5 m，呈梅花形布置，孔深根据每个位置基岩面深度确定。探溶孔兼注浆观测孔，孔深至隧道以下5 m，呈梅花形布置（图2）。浆液采用水泥单液浆，水灰比为0.95～1.05，水泥为P.O 42.5，注浆压力控制在0.8～1.5 MPa，注浆量控制在15～20 L/min。

图2 注浆孔、探溶孔平面布置

通过地表注浆预加固，对隧道周边的回填土进行固结和对溶洞进行充填，防止洞内掘进发生坍塌、冒顶等安全事故，减小隧道建成后的沉降。

3.3 进洞长大管棚施工技术

本工程进洞段属于土质较差且岩溶发育区域，隧顶地层主要为回填土，属高压缩性土。开挖施工掌子面易失稳，隧道初支结构易发生较大变形。为确保隧道施工安全，该段除地表采用压密注浆加固外，进洞区域还采取了超前长大管棚支护。

为防止进洞过程中填土层产生坍孔，管棚的成孔施工采用潜孔垂并跟管钻孔的方法，钻进施工从两侧起拱线由下向上钻进，由两边向中间钻进，采用跳开布点钻进，并在钻进结束后，对管棚周围岩体及管棚内注双液浆固结并封端。

3.4 开挖施工控制技术

采用预留核心土法进行开挖，严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”原则，分6 块进行施工（图3）。

图3 开挖工序及分块示意

（a）上部弧形导坑开挖：在拱部超前支护后进行，环向开挖上部弧形导坑，预留核心土，核心土长度为3～5 m，宽度为隧道开挖宽度的1/3～1/2。开挖循环进尺最大不得超过1.0 m，开挖后立即初喷8 cm混凝土。开挖后应及时进行喷、锚、网系统支护，架设钢架，在钢架拱脚以上30 cm高度处，紧贴着钢架两侧边沿按照下倾角为30°打设锁脚锚管，锁脚锚管与钢架牢固焊接，复喷混凝土至设计厚度。

（b）左、右侧下台阶开挖：开挖进尺1.5～3 m，左、右侧台阶错开2～3 m，开挖后立即进行喷、锚、网系统支护，并及时打设锁脚锚管，后复喷混凝土。

（c）上下台阶分别开挖预留的核心土，开挖进尺与各台阶循环进尺相一致。

（d）隧底开挖，每循环开挖长度宜为2～3 m，开挖后及时施作仰拱初期支护，完成2 个隧底开挖、支护循环后，及时施作仰拱，仰拱分段长度宜为4～6 m。

为减少爆破对软弱围岩隧道的影响，开挖过程中，遇到石笋、石柱等岩层，采用浅孔爆破施工。

通过土体注浆加固、灵活掌握进尺、合理布设爆破孔和炸药用量，加强支护，及时封闭初支成环，减少对开挖围岩扰动，实现了隧道安全贯通。洞身开挖过程中，由于地表预注浆施工，围岩开挖轮廓较圆顺，施工中未出现崩塌、掉块等不良现象，保证了隧道施工安全，监测数据显示，初期支护后，拱顶累计沉降量达2.2 cm，洞室处于稳定状态。

4 结语

通过摸索、试验、研讨、技术攻关，本工程隧道得以安全、按时贯通，并取得良好的社会效益及经济效益，为地下工程的施工积累了宝贵的经验。

岩溶地段浅埋隧道的施工，要加强地质普查、勘探工作。施工前采用探溶注浆技术，提前探明了基岩和溶洞的分布情况，为后期施工方案和施工方法的确定提供了依据，为隧道的顺利贯通奠定了基础。