复杂条件下城市轨道交通隧道设计与施工技术

复杂条件下城市轨道交通隧道设计与施工技术

苏忍

中铁工程设计咨询集团有限公司北京市100071

摘要：依据城市生态环境保护要求，对复杂条件下城市轨道交通隧道进行设计具有重要的现实意义。在城市轨道交通隧道设计过程中，采用国际一流水平的新技术、新工艺，能保证隧道交通施工技术的顺利进行。本文针对传统的轨道交通施工中的常见问题，阐述隧道穿越含瓦斯地层、煤层采空区、石膏岩等复杂地质条件下的设计与施工技术，提出了新的思路与措施，以期为今后的复杂条件下城市轨道交通隧道施工工程提供一定的参考和启发。

关键词：城市轨道；交通隧道；施工；煤层采空区

引言

近些年，随着我国经济快速发展，我国城市交通隧道建设也达到空前发展。全国范围内，至少有30个城市轨道交通隧道在建设过程中，或者已经处于运营状态。在城市轨道交通隧道设计过程中，难免遇到一些复杂地质条件。例如，穿越含瓦斯地层、煤层采空区、石膏岩等。复杂的地质条件、地貌地形会影响城市交通隧道的修建。2011年，轨道交通一号线的顺利通车，标志着我国山地城市修建地铁成功，是复杂条件下城市轨道交通隧道设计与施工的典范。

城市轨道交通隧道的施工依据当地的工程特色、地形条件展开。在充分调查地质条件基础上，采取合适的施工技术，完成复杂条件下城市交通隧道设计。

1工程背景

1.1工程概况

本文以某轨道交通隧道设计为例，对复杂地质条件下的地铁施工技术进行研究。该轨道交通隧道最大埋深为10.5米，全长872米。具有双连拱隧道、单洞大跨以及单洞单线等多种形式的隧道断面。隧道地表设有大口井降水，采用浅埋暗挖法进行施工。

1.2工程地质及水文条件

隧址区的岩层多为碳酸盐、泥质岩和砂岩。其中，碳酸盐约占岩层的60%左右，是岩层的主要构成部分；泥质岩和砂岩约占岩层的40%左右。隧址区的岩溶、岩性、地层地下水及地形地貌等因素，会影响地层的富水性。

1.3设计要求及标准

隧道施工采用“放排结合、以赌为主、限量排放、综合治理”的防排水原则，设计使用年限为100年，设计要求隧道的运营及隧道施工满足人们对水环境及居住环境的要求，以不污染当地水域，保持生态良性发展为原则。

2隧道穿越含瓦斯地层和煤层采空区的应对措施

在隧道施工过程中，可能会遇到含瓦斯地层和煤层采空区，甚至有洞顶薄煤层失稳状况产生。据相关地质资料可知，隧道穿煤时的瓦斯压力小，瓦斯含量低，最大瓦斯涌出量每分钟小于0.5平方米。同时，考虑到施工过程中几乎不会出现瓦斯溢出现象，但难免会出现局部瓦斯聚集，或是局部高瓦斯段。因此，为了防止意外的发生，依然需要对瓦斯防治提高重视。为了保障施工安全，同时控制投资成本，采取视频监控方法，对隧道施工现场进行监控，确保施工安全。

针对隧道煤层的采空区，通常根据采空区大小，分别提出不同的处理方法。一般情况下，对于规模较小的采空区，常采用“超前预报—超前预注浆回填采空区—开挖通过采空区—隧道衬砌”方式；对于规模较大的采空区，常采用“超前预报—排放采空区积水—预加固揭开采空区—加固回填采空区施作隧道衬砌”方式。一旦隧道挖掘过程中形成拱形坍塌，需要适当减小开挖尺寸，减小爆破扰动，以确保隧道施工安全。

3隧道穿越膏岩段的应对措施

城市轨道交通隧道施工过程中，难免穿越高岩段。由于石膏岩遇水具有膨胀性及腐蚀性特点，稳定性不强。因此，在施工过程中，需要采取二次衬砌和加强支护措施，同时加强水质监测，混凝土采取防腐蚀抗渗等措施。通常情况下，采用钢纤维混凝土加密钢拱架，并加强超前支护和系统锚杆，采用钢筋混凝土进行二次加衬。

4城市轨道交通隧道穿越岩溶富水区段的应对措施

通常情况下，岩溶富水的隧道施工是整个隧道施工过程最难的区域。岩溶富水区建设的成功与否决定了整个隧道建设的成败。岩溶富水区域具有水量大、压力大的特点，需要依据岩溶富水区的地形特点及水压力特点进行设计。同时，要考虑到隧道施工的根本性原则，即隧道施工的安全性及建设的经济性。因此，在富水区段的施工建设过程中，主要考虑的因素包括：

（1）城市轨道交通隧道能否与城市交通功能相适应；

（2）隧道所在城市及隧道的社会影响；

（3）隧道能否影响地表水体、地面建筑及生态环境安全要求；

（4）隧道施工技术是否先进，且具有一定的经济合理性；

（5）综合考虑施工过程中混凝土的抗渗透性、防水性及施工水平，使水压力不超过防水层及结构缝的正常承受值。

综合考虑上述因素，制定地下水处理的原则为：（1）采用耐久性好，稳定性高的注浆材料作为治理地下水的工程材料；（2）做好地下水的疏导工作，采用“以堵为主，限量排放，防排结合”的方式，及时处理“堵”和“排”的关系，对地下水进行综合治理；（3）禁止自由排放地下水或大量涌水。隧道施工堵水以超前地质预报为准，隧道施工堵水以超前堵水为主。

5复杂条件下城市轨道交通隧道设计注意事项

（1）在施工过程中，要充分考虑周边建筑物的分布，因地制宜，科学合理、谨慎地制定隧道施工措施，以确保城市轨道交通隧道的施工安全性。

（2）城市轨道交通隧道的施工要严格依据国家有关规定，例如《地下工程防水技术规范》（GB50108）。重视施工过程的质量控制。

（3）在隧道施工过程中，严格进行视频监控，使拱顶密度达到相关要求。合理布置封堵孔，避免隧道空洞现象。

（4）采用合适的隧道衬砌。做好混凝土原材料的质量、混凝土配比及混凝土养护工作，规范施工，确保施工质量。

总结

复杂条件下的隧道施工要充分考虑到环境要素、交通功能及工程安全。针对不同的地貌特点，因地制宜，采取不同的应对措施设计标准，结合以往的施工经验，参考信息化的施工数据，对复杂地质条件下城市轨道设计进行动态调整。

参考文献

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[2]王建.地铁盾构隧道结构设计的工况及设计参数研究[J].城市轨道交通研究,2013,16(8):70-74.

[3]王毅.城市轨道交通工程隧道施工贯通误差测量精度设计与探讨[J].北京测绘,2009,15(3):3-5.

作者简介

苏忍（1990-09-19），男，汉族，籍贯：山东济宁，学历：硕士，当前职务：无，当前职称：助理工程师，研究方向：城市地下空间设计及理论研究。