地铁1号线复杂地质条件下城市地铁浅埋暗挖隧道综合施工技术工作报告

目录
第一部分工作报告................................................... 错误！未定义书签。

1工程概况................................................................ 错误！未定义书签。

2 主要研究内容及研究成果...................................... 错误！未定义书签。

第二部分技术报告................................................... 错误！未定义书签。

1地质超前预报施工技术及应用................................ 错误！未定义书签。

2监控量测施工技术及安全信息平台的管理.............. 错误！未定义书签。

3不同围岩情况下穿越风险源爆破施工技术.............. 错误！未定义书签。

4溶洞多发地段溶洞处理及初期支护施工技术 .......... 错误！未定义书签。

5杂填土段地表注浆预支护施工技术......................... 错误！未定义书签。

6暗挖隧道超浅埋地段施工安全措施......................... 错误！未定义书签。

复杂地质条件下城市地铁浅埋暗挖隧道综合施工技术第一部分工作报告
1工程概况
XX地铁1号线205标段，包括“一站两区间”，即XX站～XX路站区间(暗挖区间)、XX路站(明挖)、XX路站～XX路站区间(暗挖区间)，工程合同总造价1.508亿元。

1)南华区间设计里程为右线DK3+114.101～DK4+072.076,右线长957.975m,左线长957.312m，含短链0.663m；
2)XX路站为地下双层岛式车站,标准段宽18.50m，车站总长161.5m，总建筑面积10302.15m2；
3)华泉区间设计里程为DK4+233.576～DK5+345.205，右线长1129.735m，含长链18.106m,左线长1110.269m，含短链1.360m。

工程地质条件复杂，区间隧道结构位于中风化石灰岩层中，局部岩体较破碎、岩溶中等发育，溶洞充填粘土、全风化和强风化灰岩碎屑，钻孔岩溶遇洞率54%。

水文地质条件复杂，区间隧道结构位于地下水位以下，水量中等-丰富，为基岩裂隙水。

合同开工日期：2009年12月1日，竣工日期：2011年5月29日，合同工期545天；
实际开工日期：因临时占地手续及动迁工作延后，各个工点实际开工日期相应延后，XX站至XX路站区间2010年4月20日开工、XX路站至XX路站区间2010年5月20日开工、XX路站2010年6月1日开工。

实际竣工日期：因设计方案优化、地质原因及2011年3月、2011年6月两次业主要求停工等各种因素，实际项目工期及竣工日期相应调整。

⑴南华区间二衬2013年12月31日完成；⑵XX路站3、4号出入口2013年12月10日完成；⑶华泉区间小里程二衬2014年6月25日完成，大里程明挖段2014年6月31日完成。

2 主要研究内容及研究成果
截止2014年4月10日，整个项目已经基本完成，目前正在进行验交和施工档案整理归档工作，项目科研立项课题研究也基本完成，通过本项目的实际实施过程中遇到的具体问题的解决，总结了复杂地质条件下城市地铁浅埋暗挖隧道施工的综合技术成果。

形成了以下施工技术：
1、地质超前预报施工技术及应用；
2、监控量测施工技术及安全信息平台的管理；
3、不同围岩情况下穿越地上建筑物及管线等危险源爆破施工技术；
4、溶洞多发地段溶洞处理及破碎带、富水等不良地质地段初支施工技术；
5、杂填土段地表注浆预支护施工技术。

复杂地质条件下城市地铁浅埋暗挖隧道综合施工技术
第二部分技术报告
1地质超前预报施工技术及应用
针对本标段浅埋暗挖区间隧道地质条件复杂，穿越风险源较多等诸多因素，在隧道开挖前对开挖面前方一定距离内甚至是全线进行地质情况的详细调查，掌握在隧道开挖范围内围岩实际状况，提前选择施工的工法及采取应对措施，保证施工安全及施工质量和进度至关重要，根据现场实际情况结合项目自身情况，采取了长距离的地质雷达和短距离的超前探孔相结合的方法实施了地质超前预报工作，取得了良好的应用效果。

2011年9月，项目部委托XX大学土木工程技术研究与开发中心对南华区间、华泉区间隧道进行了全面的地质雷达扫描检测，揭示了区间拱顶的围岩状况，并结合地质补勘及超前地质取芯判定验证了雷达检测的结果。

1.1地质雷达探测
1.1.1 地质雷达原理
地质雷达是一种宽带高频电磁波信号探测介质分布的非破坏性的探测仪器。

它通过天线连续拖动的方式获得断面的扫描图像。

雷达利用向地下发射高频电磁波，电磁波信号在物体内部传播时遇到不同介质的界面时，就会反射、透射和折射。

介质的介电常数差异越大，反射的电磁波能量也越大；反射的电磁波被与发射天线同步移动的接收天线接收后，通过雷达主机精确记录反射回的电磁波的运动特征，再通过数据的技术处理，形成断面的扫描图，通过对图像的判读，判断出地下目标物的实际情况。

雷达天线向物体内部发射电磁波，由于物体内部的填充物或其密实度不同，则它们的介电常数不同，使电磁波在不同介质的界面处发生发射，并由物体表面的接收天线接收，根据发射电磁波至反射波返回的时间差和物体中电磁波的速度来确定反射体距表面的距离，达到检出物体内部的缺陷位置、深度及密实度等。

根据上述原理，可用地质雷达探测隧道衬砌厚度及脱空、空洞、疏松、裂
缝等缺陷的位置、深度和范围，可以探测路基路面下方不良地质现象。

图2 地质雷达仪器图
1.2 资料分析
探地雷达主要利用宽带
高频时域电磁脉冲波的反射
探测目的体。

由公式
雷达根据测得的雷达波
走时，自动求出反射物的深度
z和范围。

图1 雷达的工作原理及其探测方法
使用Groundvision和Reflexw雷达数据处理软件，进行资料处理。

对数据文件进行预处理、增益调整、滤波和成图等方法的处理。

最终得到各测线的成果图，其流程为：数据输入→文件编辑→能量均衡→数字滤波→偏移→时深转换→图形编辑→注释→输出剖面图。

1.3 现场地质雷达测试方法
测线共三条，纵向布置在隧道上方路面，路面上测线与以下示意图中三条测线相对应。

图3雷达路面检测测线布置示意图
按照图3中所示测线布置方式检测了XX地铁205标段南华区间拱顶上方路面，对应里程如下：
（1）左线：DK3+747~DK4+072（布置2条测线），拱顶测线：DK4+072~DK3+747 （2）右线：DK3+708~DK4+072（布置3条测线），拱顶测线：DK3+708~ DK4+072；
如对您有帮助，请购买打赏，谢谢您！图3 测线平面布置图
如对您有帮助，请购买打赏，谢谢您！右线右测线：DK4+072~DK3+708；右线左测线：DK3+708~ DK4+072 路面测线总长度为1742m，检测工作使用瑞典MALA地球科学公司制造的RAMAC/GPR型地质雷达，雷达信号传输采用数字式光纤，数据采集采用专业的Groundvision雷达数据采集软件，信号分析、数据处理采用专用Reflexw软件系统。

表1 雷达检测选用的天线类型
2011年9月，XX至XX路区间左右线路面地质雷达无损检测。

通过路面地质雷达探测，表明XX至XX路区间上方覆盖层中含水量较丰富，土体较为松散，基岩裂隙含水量较高，存在软夹层以及溶洞等不良地质现象，具体见图4至图8，下一步开挖时应重视不良地质现象。

雷达检测缺陷平面布置图见图9。

由于地质雷达作为一种物探手段，物探方建议在路面上适当通过钻孔的方式，验证路面下方是否存在土体松散(脱空区)、基岩裂隙水分布、软夹层及溶洞等。

图4 右线左边墙线测线缺陷示意图图5 右线有边墙线测线缺陷示意图
图7 左线拱顶测线缺陷示意图
图8 右线右边墙线测线缺陷示意图
如对您有帮助，请购买打赏，谢谢您！图9 雷达检测缺陷平面布置
如对您有帮助，请购买打赏，谢谢您！
根据地质雷达扫描结果，因该区段为单渡线设计工法为双侧壁导洞法，位于XX路正下方，拱顶埋深约5～8m，地质风险巨大，向业主XX地铁有限公司提出补勘建议，被业主方采纳2011年10月对南华区间大里程重新进行补勘作业，加密了地质勘孔，从补勘地质报告反馈情况:
1)隧道位于地下水位以下，水量中等-丰富，为基岩裂隙水。

隧道开挖在溶洞发育处，该处裂隙发育，地下水渗流通道发育，水量较丰富，是隧道开挖中的重要涌水点；
2)补勘察揭露本区段钻孔岩溶遇洞率为54%，岩溶中等发育，岩溶裂隙水较发育，溶洞充填粘土、全风化和强风化灰岩碎屑，给隧道施工带来较大困难；
进一步验证了地质雷达扫描结论，该区段钻孔见溶率54%，岩溶发育基岩裂隙水丰富，存在较大地质风险，各方协商后将该区间段单渡线取消，将原设计支护参数调整为最强的SD-3，有利的保证了后续施工的安全。

结合掌子面KY-150水平地质钻机取芯，判定10m左右范围内上导围岩情况，根据实际围岩变化情况，请设计、地勘、监理及业主各方共同判定围岩等级，调整初支参数，确保爆破进尺及施工安全。

图10 上导掌子面超前探孔岩芯照片
如对您有帮助，请购买打赏，谢谢您！图11 南华区间地质补勘平面图
2监控量测施工技术及安全信息平台的管理
根据设计图纸及现场实际周边环境情况，对标段内各工点危险源逐一进行排查与核实，并根据相关因素和条件进行风险等级划分，对易发生安全隐患的风险源制定了预防和治理措施，在标段施工范围内按照设计要求布设A项监测项目监测点（地表沉降、拱顶沉降、净空收敛、爆破振速等），在施工过程中重点加强了对监测量测项目数据整理及分析，依据监控量测数据及时调整设计参数，采取相应措施，保证施工安全。

(1)地面沉降采用莱卡、精密水准仪和铟钢尺等精密水准测量方式，监测频率：在开挖面距量测端面前20米开始量测；在开挖面通过量测断面后，逐步减少监测频次；
(2)拱顶沉降和净空收敛监测，拱顶沉降采用莱卡、精密水准仪和挂钢尺形式的精密水准测量方式。

(3)隧道净空收敛量测采用JSS30A数显收敛计量测，监测频率：测点断面喷射砼支护后开始第一次量测；在开挖面通过量测断面后，逐步减少监测频次。

(4)近地表建筑物倾斜监测通过在待测建筑物地墙（或柱）或基础上设置标志点，通过精密水准仪、铟钢尺等精密水准测量方式进行监测，在开挖面距量建筑物前20米开始量测；在开挖面通过量测断面后，逐步减少监测频次。

(5)爆破震动监测，以开挖面为中心点距量测点20米范围内摆放仪器，每次爆破每次进行监测；
（6）对围岩及支护状态观测，详细记录洞内各项作业、时间与进尺，描绘每一开挖断面的工程地质断面和水文地质断面，记录描述支护厚度、质量等情况。

每周绘制工程地质和水文地质纵向剖面图。

（7）对于地表沉降观测，除对各断面最大沉降点进行如同洞内变形观测点一样绘制沉降与时间、沉降与进尺关系散点和回归分析外，尚需绘制各量测断面各测点的沉降关系即沉降槽曲线，绘制最大沉降点沿隧道纵向的沉降关系曲线。

（8）通过爆破仪器自带的分析软件将爆破震动的波形图分析出来并与本次爆
破的爆破参数分析出爆破振速是否超标，如果超标通过波形图判断相应雷管段位，给并反馈施工人员及时进行爆破参数进行调整。

应把监控量测工作贯穿于施工过程的始终，并应及时反馈信息指导设计和施工，确保隧道结构及施工安全、经济。

在隧道施工中应做好地下水及地质超前预报，制定相应的施工安全措施和工程处理措施。

施工中应加强对地下管线及道路的沉降、地下水位等的监测工作，同时应做好隧道周围土体分层变形、隧道结构自身的强度和变形等的监测工作，发现问题及时采取补救措施。

监控量测由专门的技术人员负责督促、检查日常工作，并按工点及监测项目分类汇总后上报监测报表，经总工、项目经理审核批准后，每日早交班会上，将监测数据及时反馈各个工号。

每日与第三方监测单位进行沟通，及登录XX市地铁工程建设指挥部设立的安全风险管理平台，与第三方数据进行比对、相互校核，查看第三方的反馈意见，对现场存在的问题及时反馈给现场，进行施工参数调整以及对现场进行控制，做到了风险可控。

根据日常监测数据显示，南华区间左线小里程地表沉降点12-1、12-2两点于2011年12月26日开始出现沉降速率过大现象，截止12月29日地表沉降累计值分别为21mm，20mm，且与第三方测量相对比数据均显示该点当天变形速率监测值为-4.8 ，设计要求预警阀值为-4.50/4.50，达到了红色预警级别，并在安全管理平台上显示红色预警提示
如对您有帮助，请购买打赏，谢谢您！图12 安全信息平台预警事件图
原因分析：
经现场察看初步判断，地表监测点附近混凝土地面出现裂缝，洞内围岩裂隙发育，围岩破碎，拱顶岩层有加泥现象，无岩层裂隙水渗出，在此环境下，因爆破震动可引起沉降。

处理方案：
在出现沉降变形过大的两点附近进行加密布点，并进行加密监测变形情况；对监测数据进行分析，直至监测数据稳定，并将监测数据及时反馈；加密监测数据稳定后，按程序办理消警工作；监测数据持续发生变化时，需联系各单位再次对现场进行察看、原因分析，制定相应的处理措施。

对监测点出现地表沉降范围内采取初支结构加强措施，按照图纸“SD-02-010A”的“SD-2”进行施工，相关要求见图纸。

初支结构施工时，下导洞施工要及时跟进、封闭成环，并及时进行初支背后注浆；左线小里程下一步的施工，要根据勘察设计单位现场判定的围岩级别确定施工参数；在地质围岩情况较差尤其是在岩层中有夹泥时，要注意控制爆破进尺及装药量控制。

3不同围岩情况下穿越风险源爆破施工技术
XX地区地质复杂，隧道施工范围内岩石主要为中风化白云质灰岩、中风化石灰岩，局部破碎、节理裂隙较发育，围岩为Ⅳ级；局部为溶洞围岩级别为Ⅵ级，沿线建（构）筑物、地下管线、一些潜在的溶洞、枯井等危险源较多，给爆破施工过程中带来很大麻烦。

隧道施工工程中，开挖方法是影响围岩稳定的重要因素之一。

因此，在选择开挖方法时，应对隧道断面大小及形状、围岩的工程地质条件、支护、工期要求、施工区段长度、机械配备能力、经济性等相关因素进行综合分析，采用适当的开挖方法，尤其应与支护条件相适应。

隧道开挖方法实际上是指开挖成形方法。

按开挖隧道的横断面分布情况来分，基本上又可分为全断面法、台阶法、分部开挖法三大类。

根据本标段隧道自身的特点和周围地质情况，爆破方案按区间隧道中硬围岩设计。

采取按台阶高度分部开挖的施工方案，施工中为保证周围建筑物地段施工安全，针对具体建筑结构特性，采用短进尺光面微差弱抛爆破技术，预裂控制爆破技术等。

在穿越地面建（构）筑物时爆破时我们尽量减少对围岩的扰动，所以进行预裂爆破，并利用中心眼来改善爆破效果，减少因掏槽产生的振动对围岩的扰动，采用多段多孔孔内孔外相结合延时爆破方式。

在与相邻标段交叉施工时利用反向起爆法，控制飞石方向，减少对相邻车站主体结构的破坏；出洞时，严格控制炮孔深度，减少装药量；在洞口和车站加双层防护，以减少飞石；进行爆破作业时，采用微量、多孔、多次、多段爆破法。

减少每次齐发爆破药量，减轻爆破对围岩的扰动及对支护结构的不利影响，同时也减轻对建筑物的震动破坏，满足《爆破安全规程》对振速的控制要求。

根据主爆破体的爆破情况和岩石的性质更准确选择爆破参数，从而提高爆破效果。

达到高效掘进的目的。

(1)穿孔作业未能严格执行方案设计，孔的数量及深度不符合方案设计要求；
(2)装药结构及雷管段位是否合理，影响到爆破振速及地下管线和建筑物；
(3)炮孔填塞是影响爆破进尺的重要因素；
(4)特殊地段炮孔布置及装药结构设计；
(5)实时监测爆破数据是关键要素；
(6)专业爆破工程师，根据地质勘查资料及现场围岩情况编制可实施爆破方案，不断进行试炮并动态调整参数，掌控进尺和安全；
(7)协调周边事宜，提前进行通告协调好周边业户的关系；
(8)爆破安全作业问题；
图13 穿越甘井子区交警中队办公楼(3层砖混)、南海汽修厂办公楼(3层砖混) 3.1环境对工程施工影响
办公楼对工程的影响：区间路径上的建筑物施工前需对其现状进行调查，并设置监控测量的点位布设。

施工过程中，调整爆破参数，控制震速不大于2.7/2＝1.35cm/s，做好沉降、倾斜方面的监控；
岩溶地质对工程的影响：岩溶地质直接影响到隧道的施工安全和质量，需要根据其位置、形态和发育特征，按设计要求进行相应的处治；
根据施工方案及XX市公安局意见，对此区间爆破采用弱爆破设计，循环进尺0.5m，周边孔深不大于0.75m；增加穿楼前后各20m试验段，试验过程中，确保地面振动速度不大于1.35cm/s。

3.2钻爆设计原则
（1）配置大孔径（直径100毫米）、预裂爆破形成两道隔振带；
（2）采用上下台阶法开挖，为更好发挥凿岩机械，同时掏槽部位尽可能下移，上台阶高度4.4m，下台阶高度2.5m；
（3）孔外小段位非电导爆管雷管实现孔内外综合微差方法，尽可能控制最大单段药量，以达到控制质点振动速度的目的。

（4）双排掏槽眼与掌子面间成向内倾斜锐角45～60°，除周边眼外，其余炮眼由内向外与掌子面形成夹角不断扩大，直至周边眼与掌子面垂直。

图14减震孔施工照片图15现场装药联线照片
图16 穿越楼体区段减震孔照片
3.3爆破器材的选择
根据隧道所穿越围岩的坚固性系数f以及岩石纵波波速等，选用威力适中、匹配性好、防水性好、易于切割分装成小卷的2#岩石乳化炸药（200g/卷，直径32毫米），引爆器材则选用国产I系列非电毫秒微差导爆管。

3.4 装药结构
除周边眼采用间隔装药外，其余各炮孔均采用孔底连续装药。

见附图
图17 炮孔孔底连续装药示意图
3.5爆破顺序
上台阶光面爆破顺序按照：
先预裂爆破->掏槽眼->扩槽眼->辅助眼->内圈眼->周边眼；上台阶又分两个区域，下部区域与上部区域左右分别用Ms-2、Ms-3段雷管过渡。

下台阶松动爆破顺序按照：先掘进眼→周边眼、底板眼。

台阶法弱爆炮眼布置示意图如下：
图18 炮孔布置图
图19 炮孔及引线布置图
3.6最大单段药量预估
最大分段装药量可以按萨道夫斯基公式计算式中：
Q——最大一段装药量，kg；
R——爆心距，m；
V——爆破安全震动速度值，cm/s；
K，α——与岩石性质、地质条件、爆破规模等综合因素有关的系数。

K，α——与岩石性质、地质条件、爆破规模等综合因素有关的系数。

由于在不同的爆破条件下，介质系数和震动衰减系数K，α的值相差很大，一般情况下，介质系数和震动衰减系数K，α的值应由现场爆破试验确定。

由于暂时还没有相关的介质系数和震动衰减系数K，α的试验值，所以其取值按GB6722-2003《爆破安全规程》中的建议值选取。

本场区地下岩层中风化石灰岩，VI级围岩。

既有砖混房屋距隧道垂直距离平均为12.5m。

R=12.5+3.0=15.5m、V=1.35cm/s、K=180、α=1.65。

由于两条预裂减震带作用，掏槽区的爆破振动可以消减70%*70%＝49%，所以K取值180*0.49＝88.2。

由公式得出：上台阶最大分段用药量为：Q =1.86kg>1.6Kg，所以认为是安全的。

4溶洞多发地段溶洞处理及初期支护施工技术
4.1岩溶处理的目的
①满足永久隧道结构的承载力、变形
溶洞填充物性质软弱，随着时间的推移，并受周边环境的变化以及地下水活动的影响，很可能出现洞体坍塌现象。

通过对洞体充填物的加固处理，提高其自身强度，从而提高洞体的稳定性，降低洞体坍塌而引起的地层塌陷，进而减小变形缝处的差异沉降。

②降低施工期间突水事件发生的机率
岩溶水属承压水系，随着施工期间隧道的开挖，水头上方土重的不断减小，岩溶承压水可能造成隧道突水事件的发生。

通过对浅层、薄板溶洞的充填加固处理，相当于增加溶洞周边地层强度，从而降低出现突水事件的机率。

4.2岩溶处理的原则
对隧道周边1倍洞径（单洞单线断面以6m计）范围内的溶洞，处理措施如下：
①凡区间地质勘察和施工过程中揭露的位于6m线以内的溶洞，自洞内或地面进行充填（回填浆砌片石、填砂、注浆）加固；
②遇到特大型溶洞时，需召开专题会议研究决定处理方案。

③隧道开挖前应提前进行降水作业，保证地下水位在开挖面下0.5m，施工时在隧道外侧预留排水管道，避免截断水力通路。

隧道外轮廓线6m以外溶洞可不进行处理。

4.3隧道溶洞的治理方法
①对于全填充溶洞的处理方法为：注浆加固处理，采用Ø108的PVC袖阀管注浆填充；
②对于无填充溶洞和半填充溶洞的处理方法为：采用浆砌片石或干砌片石回填处理，采用Ø108的PVC袖阀管注浆填充固结。

③根据隧道与溶洞的位置关系，分为下列几种情况：
a、隧道与溶洞平面交叉。

若溶洞出现在隧道上方无水时可采用封闭措施，有水则留出通道，并保证衬砌厚度和拱顶以上回填密实，不渗水；若溶洞出现在隧道下部，可考虑设置排水管和泄水洞等方式排水。

若隧道穿过无填充物的溶洞，顶部有常流水沿岩溶通道至泄水洞排出。

为使不致在修建隧道后阻塞水流，在隧底预埋排水盲管，使岩溶水仍沿原有通路自行排出。

b、隧道与溶洞上下交叉。

超出隧道壁6m范围的溶洞原则上不进行处理，6m之内的溶洞，应采用物探等方式探明其具体形态、交叉范围、富水情况等，视其状况制定处理措施，原则上将隧底溶洞钻孔，进行吹沙，并注浆回填密实。

投砂孔直径Φ240，两投砂孔可相互作为出气孔。

投砂管建议采用Φ219的PVC 套管，投砂孔的大小也可根据现场施工情况进行调整，达到填砂目的即可。

C、隧道与溶洞侧壁相交。

经调查岩溶发育状况、岩溶水对隧道无影响时，可回填封闭处理，隧道底部采用片石混凝土回填，靠边墙1m范围用浆砌片石回填，其余回填弃碴，空隙吹砂填满，压注水泥砂浆胶结。

隧道穿越垂直溶洞。

一般采用隧底回填封闭，上部护拱防护的方法。

隧底以下部分用块石、碎石回填密实，距隧底1m厚度用浆砌片石或混凝土回填，拱顶设浆砌片石或混凝土护拱，其上回填一定厚度干砌片石以备落石掉块时起到缓冲作用，一般厚度不小于1.5m。

d、隧道底部已填充的小型溶洞。

可通过设置底板梁加强衬砌的方式，将隧道底板或仰拱设计为平板式，底板及边墙下部加布钢筋，灌注钢筋混凝土，使边墙和仰拱（或底板）共同形成钢筋混凝土梁，增强和改善受力性能。

4.4溶洞处理案例1
2011年9月9日，XX路站至XX路站区间左线DK5+021.5上导洞掌子面爆破完成后，揭露在上导洞拱顶偏右上部出现溶洞，造成局部塌陷，经现场察看该溶洞直径横向长3.5m，高2.5m，沿隧道纵向延伸长2米，溶洞内充填粘土在已完初支结构与掌子面间间隙脱落造成拱顶上方形成空腔。

现场处理方案：。