浅谈岩溶地区地铁隧道矿山法施工安全管理

何涛

摘要：岩溶地区，地下岩溶发育，常形成溶槽、溶洞、溶蚀裂隙、地下暗河等，往往给隧道工程带来巨大的安全隐患。为解决该问题，必须综合考虑隧道施工的各个方面。本文结合徐州地铁6号线一期工程岩溶发育特征和岩溶地区矿山法隧道施工安全管理问题进行了分析，阐述了徐州地铁6号线一期工程岩溶地区矿山法隧道施工安全管理方法，以期为今后类似工程施工提供借鉴。随着城市化进程的不断加快，城市轨道交通建设已成为我国城市基础设施建设的重要组成部分。在地铁隧道施工过程中，遇到的最大的问题是隧道施工引起的地层沉降、变形，进而可能引起地面建筑物、地下管线等变形损坏；因此，应采取相应的安全措施以避免或减少对周围环境的影响。

关键词：岩溶地区；地铁隧道；施工安全

引言：徐州地铁6号线一期工程线路全长22.912km，共设车站16座。徐州地铁6号线一期工程10标包括一站两区间，即京沪高铁西站--大湖北站（含风井）盾构区间、大湖北站--预留工程竖井暗挖区间。

1、工程概况

大湖北站~预留工程竖井区间自预留工程竖井及横通道向南掘进，下穿站东路和凤凰山，然后从大湖安置小区与凤凰佳园小区（在建）中间穿过，最后到达大湖北站。区间隧道起讫点里程为右CK36+558.984~右CK37+168.562，左CK36+557.069~左CK37+179.220，右线全长610.614m，左线615.462m，线间距为13～16.7m，区间覆土厚度12.4m~88.2m，区间隧道采用矿山法施工，开挖方法为台阶法。隧道结构为单线单洞马蹄形断面结构形式。区间于右CK36+820.000设置一座联络通道，联络通道采用矿山法施工，预留工程竖井及横通道后期兼做联络通道及废水泵房。

2、工程地质与水文地质

2.1工程地质

根据本次勘察成果，本工点发育有第四系全新统（Q4）杂填土，总厚度0.3～5.0m，下伏基岩为寒武系（ϵ）的石灰岩、页岩、泥质灰岩以及震旦系（Z）石灰岩。围岩强度为Ⅲ级或Ⅳ级。

表2.1地质特性表

2.2水文地质条件

根据收集的相关资料，现场调查及水文试验成果，区内地下水按其赋存的介质岩性条件，可分为填土、黏土中的上层滞水、第四系全新统粉砂、粉土中赋存的孔隙水、基岩裂隙水。

（1）碳酸盐岩类裂隙岩溶水赋存于震旦系张渠组、寒武系张夏组、崮山组碳酸盐岩地层中。详勘期间（8月）测得水位埋深7.0～41.4m，水位高程33.69～64.03m。震旦系张渠组、寒武系中统张夏组裂隙溶洞含水层：岩性以厚层灰岩为主，裂隙、溶蚀较发育，可赋存少量地下水。其富水性受节理裂隙及岩溶发育控制，具不均匀性。

（2）碳酸盐岩夹碎屑岩裂隙溶洞水

赋存于寒武系下统馒头组、猴家山组地层中。详勘期间（8月-10月）测得水位埋深6.2～29.5m，水位高程38.43～50.17m。

（3）碎屑岩夹碳酸盐岩裂隙溶洞水

赋存于寒武系中统徐庄组～毛庄组地层中。详勘期间（10月）毛庄组（∈2m）测得水位埋深约10.1m，水位高程约65.87m。

根据详勘本区间隧道开挖深度范围内的地下水主要为裂隙岩溶水，渗透系数0.239m/d取值，每个掌子面涌水量Qs按13.3m³/d。

3、岩溶与断层

岩溶：本区间详勘阶段完成钻孔18孔，利用资料6个，见溶洞的钻孔8个，见洞隙率为33%，钻孔揭露灰岩的垂直向线岩溶率0%～17.5%，平均线岩溶率4.3%，最大溶洞遇见厚度为7.7m。崮山组（∈3g）石灰岩线岩溶率0%～17.5%，见洞隙率66%，张夏组（∈2z）灰岩线岩溶率0%～4.6%，见洞隙率62.5%，猴家山组（∈1h）线岩溶率0%～0.4%，见洞隙率33%。

断层：左线CK36+944、右线CK36+900处发育有小型左行平移断层，断层走向N23°W，倾角∠82°N，该断层穿越本工程线路隧道，与线路夹角24°，在D6X5Q15Z17孔位处揭露断层角砾岩，该断层在区域地质图上无标识，因断层破碎带已再次胶结成岩，推测该断层形成年代久远，在晚更新世无活动迹象。断层角砾岩，呈灰色、灰白色，破碎灰岩再胶结成岩，充填方解石，钙质胶结，该层单轴饱和抗压强度可达到51.1MPa，岩芯多呈短柱状，岩体较完整，虽经构造破碎，但已再次胶结成岩，工程性质尚可。

4、岩溶风险及处理措施

徐州地铁6号线一期工程隧道穿越岩溶地层和断层，如不能及时处理，将会带来很大的安全隐患，在隧道施工过程中首先必须做好超前地质预报，按施工审批方案对不良地质采用注浆等方式进行处理，方能保证施工安全。具体措施如下：

根据现场实际情况，徐州地铁6号线一期工程大湖北站--预留工程竖井区间无大型溶洞，基本采用先进行注浆加固、后开挖、再注浆加固的施工方法。

首先在爆破开挖之前预先打设超前小导管进行预注浆处理，根据开挖后超前地质预报得到的渗水情况和掌子面的实际渗水情况，现场采取压注水泥--水玻璃双液漿，注浆压力0.4～1.0MPa，注漿参数根据现场施工情况实时调整，来达到最佳的注浆效果。注浆导管沿开挖断面拱部150°范围内打设，导管采用直径42毫米的热轧无缝钢管，壁厚3.5毫米，管身溢浆孔呈梅花型布置，单根长度3米，沿隧道方向纵向穿透不良地质区域并深入岩层内1米，纵向每1米打设一循环并及时进行注浆施工，注浆施工时必须喷射混凝土封闭拱部掌子面。

若超前预注浆后仍然偶遇不良地质段且局部伴有流水掉石块现象，需对此区域再次进行超前支护加固处理施工以消除安全隐患，即在后一榀格栅钢架拱顶位置150°范围内，采用长3.5米，Φ42热轧无缝钢管（壁厚3.5mm）打入围岩，环向间距0.3米，管壁四周钻直径8mm注浆孔，间距100mm,呈梅花型布置，尾部300mm不钻注浆孔作为止浆段。小导管环向间距30厘米,外插角α=20°打入围岩。小导管采用钻孔打入法，钻孔直径比钢管直径大2--5mm，然后将小导管锤击打入钻孔，插入长度不小于钢管长度的95%，并用高压风将管内的石屑吹出。小导管安设好后，用柔性材料封堵孔口及周围裂隙防止溢浆，同时喷射混凝土封闭掌子面，以保证施工安全。注浆材料采用质量比为1:1水泥浆，注浆压力0.4--1.0Mpa，水泥漿液配比、压力根据现场实际施工情况调整，双液浆必须充满钻孔且包裹钢管。格栅钢架间距由1米调整为0.5米；遇拱顶局部空洞处无法打设小导管时，此位置处安装双层钢筋网片，钢架纵向连接筋间距调整为0.5m，顶部预留注浆管及回喷管，抓紧进行支护喷锚施工。待不良地质段封闭成环后，进行拱部坍腔回填处理。

5、施工安全管理要点

（1）在隧道开挖过程中，必须严格按照设计要求和施工方案进行施工，加强现场监控量测。除在监测过程中进行量测外，还要对监测数据进行整理、分析。

（2）溶洞处隧道施工时，应严格按照施工方案进行开挖，控制围岩变形。当围岩发生变形后，要强监控量测，根据监测数据调整施工方法，及时对施工人员进行安全技术交底。

（3）对溶洞段隧道开挖时，必须按照施工方案要求进行超前支护；隧道施工过程中应加强监控测量工作，根据监测数据调整施工方案。

（4）溶洞段隧道施工完成后，应对其进行加固处理。注浆、套拱、超前支护等应按照相关规范进行。

6、事故应急救援措施

（1）健全应急救援机制。编制应急预案，成立应急救援领导小组，下设常驻应急救援小队，准备充足应急救援物资，技术性应急救援物资如注浆管、钢筋网片、沙袋等及时跟进掌子面。

（2）严格执行各项事故报告制度，一旦发生事故，立即报告。现场有关人员应立即赶赴现场，组织抢救，防止事故扩大。

（3）建立井上井下通讯机制。掌子面附近设应急救援电话和一键报警装置，遇突发情况能及时警示地面人员，同时联系地面人员组织救援。

（4）当隧道内发生火灾时，应立即切断电源，并及时疏散现场人员，同时组织人员用沙袋、砂石等材料对隧道进行封堵，防止火势蔓延。如果情况严重，应立即撤离现场，拨打119电话报警。

（5）当隧道内发生坍塌时，应立即停止施工，及时疏散周围的人员，并采取措施对坍塌部分进行支撑加固；同时应按应急救援预案做好应急抢险工作。

（6）在隧道内发生突发事件时，应在保证自身安全的前提下救助遇险人员。

结语：随着城市轨道交通建设的快速发展，岩溶地区地下溶洞与暗河发育严重，隧道施工难点多、困难度大、危险源多、施工管理较困难。为此，应从岩溶地区地质环境、隧道施工技术等方面着手，采取超前地质预报、超前加固、帷幕注浆加固、加强监控量测等技术措施，采取加强施工安全管理、应急处理等措施，以确保隧道施工安全。徐州地铁6号线一期工程大湖北站--预留工程竖井暗挖区间矿山法隧道施工取得了一定的成绩，为今后类似工程提供了一定的借鉴。

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