董继昌
乌鲁木齐轨道交通一号线工程 新疆 830000
摘要：地震断裂带活动是使隧道破坏的主要原因，是裂缝两侧土体的不均匀沉降导致隧道的不均匀变形引起的，因此断裂带对地铁隧道影响主要是隧道受应力变化产生弯曲变形。本文结合乌鲁木齐轨道交通一号线体育中心站〜植物园站区间穿越八钢-石化断裂带（F1）施工实践，详细介绍了此段区间施工工艺和技术措施，提出了在遇断裂带施工过程中风险控制措施，总结了相关经验，对今后类似施工具有一定的借鉴意义。
1、地震断裂带工程特性
当断裂带活动时，隧道周围土体将会上下移动，产生位移，而地震断裂带的隧道结构要阻止此处的土体位移，因此对隧道结构产生剪切作用，且随着地表沉降量的增大剪应力是随之增大。其次，断裂带两侧的纵向应力剧增，上盘范围内隧道是顶部受压，底部受拉，下盘反之。最大拉、压应力基本出现在距裂缝15〜20m的隧道两侧。所以此范围内为隧道纵向受力的最危险断面，在设计及施工过程中应加强纵向连接及重点设防。
2、工程概况
2.1工程地质条件
乌鲁木齐轨道交通一号线体育中心站〜植物园站区间位于北京路中央绿化带下方。线路在体育中心站至植物园站之间大角度通过八钢-石化断层（F1），为晚更新统活动断裂。断层走向N60°E，倾向S，倾角75°〜85°，具逆冲性质，断层两侧第四系厚度存在150～500m的巨大落差。断层最新活动时代为晚更新世中期，属晚更新世活动断层，最大潜在震级6.5级。断裂带地层自上向下为杂填土、浅黄色粉土、圆砾、卵石，该区间勘察期间勘探深度40m内未见地下水，不考虑地下水对工程的影响。
2.2设计概况
本区间隧道为减少开挖对围岩的扰动及断裂带沉降，该设防段采用两导洞四台阶法施工及马蹄形断面设计（见图1）。设防范围为200m，八钢-石化断层未来百年可能造成1.0m左右的垂直位错量，为保证设计使用年限内断面能够满足限界要求，区间结构采用“超挖设计”理念，即根据活动断层的可能错动量，扩大隧道断面尺寸，在断层错动时，断面能够满足使用要求。区间穿越断层断面通过标准断面增加垂直位错量进行设计，断面开挖宽度为8.573m，开挖高度为9.12m。
结构型式采用复合式衬砌，即初期支护采用超前注浆小导管、格栅钢架、双层钢筋网、喷射混凝土，二衬为防水混凝土，严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、快封闭”的原则组织施工。
图1 马蹄形断面
2.3工程特点及难点
2.3.1区间跨度大，开挖高度达9.12m，地层条件差，以砂卵石地层为主，存在局部砂层及松散黑色卵石夹层，施工过程中易发生坍塌。
2.3.2地处新市区交通枢纽地区，地面交通繁忙且存在较多重型车辆。
2.3.3区间由标准断面过度到大断面，需进行渐变段施工，隧道径向均须进行扩挖，扩挖段长度为4.5m，施工风险大。
3、工程风险分析
3.1风险汇总
地铁隧道穿越断裂带工程风险分析主要从断裂带的地质条件及施工工艺进行分析（见表1）
表1风险源及风险后果
风险类型风险因素风险后果风险控制措施
断裂带
自身风险地质较松散，自稳性差，工程性质差坍塌提前加固，控制开挖长度
大角度穿越坍塌地层预加固
施工过程风险超前小导管打设角度不合理，注浆不饱满，加固效果差拱顶坍塌检查注浆效果，及时补注浆加固
采用台阶法施工，台阶长度不合理，超挖掌子面失稳，坍塌严禁超挖，合理控制台阶长度及高度
开挖时对断裂带处土体扰动，格栅拱架架设、喷混滞后拱顶下沉，开挖面坍塌选择合理的开挖方式，及时架设格栅钢架及喷砼进行封闭
3.2自身风险分析
断裂带土体较松散，渗透系数较大。虽在勘探期间未见地下水，但此段区间处于中央绿化带下方，受乌鲁木齐地域特性影响，夏季灌溉持续时间较长，灌溉渗水对掌子面影响极大，且隧道大角度穿越断裂带施工，相交角度与土层破坏剪切角一致，对土体易产生扰动，造成土体自身剪切破坏，断裂带土体渗透系数增大，透水性增强，土体自身稳定能力降低，容易造成开挖面坍塌，因此地铁隧道穿越断裂带时选择合理的施工工艺及断面设计尤为重要。
3.3施工风险分析
3.3.1由于断裂带土体工程性质较差，超前小导管施工中打设角度不合理，搭接长度不够，注浆压力控制不当，注浆材料选择不合理都有可能达不到超前加固地层的目的，造成隧道开挖时坍塌。
3.3.2开挖时台阶留设不合理，台阶留设过短，对掌子面的稳定起不到很好的支撑作用，容易造成掌子面坍塌。台阶留设过长，上下台阶格栅封闭成环时间受到影响，因此容易造成拱顶沉降，地表沉降加剧。
3.3.3开挖时易对断裂带土体扰动，超挖不能及时架设格栅喷射混凝土进行封闭，开挖面容易坍塌，造成隧道拱顶下沉。
4、施工过程控制
本区间隧道与断裂带斜交通过，采用两导洞四台阶法施工，先施工上导洞，上导洞拉通后施做堵头墙再施工下导洞，施工过程中对土体扰动较大，夏季受绿化带灌溉渗水影响，且断裂带地层中含局部砂层及黑色松散卵石夹层，拱顶易产生坍塌，所以必须采取有效措施降低风险。
4.1小导管长度为2.5m，沿隧道纵向搭接长度为1.5m，环向间距为35cm，采用A25壁厚为2.75mm钢焊管，注浆半径不小于0.25m，打设外插角为17°左右，初支拱顶注浆压力控制在0.1〜0.3MPa，浆液为单液浆，注浆结束后对注浆效果进行检查。本区间隧道通过断裂带施工过程中采用上述方法注浆后，在开挖过程中未发生坍塌和大变形情况，大大降低了风险。
4.2为了减小隧道开挖对断裂带土体的扰动，本区间上台阶采用人工环形预留核心土开挖，下台阶采用机械开挖，严格控制每循环进尺长度0.5m，每步台阶长度不宜过长，以4.0〜5.0m为宜台阶高度以2.5m为宜，及时架设格栅钢架与喷射混凝土进行封闭，上导洞上台阶两侧拱脚位置均打设五根锁脚锚管，其余各台阶两侧拱脚位置均打设两根锁脚锚管，采用长3.0m，A25钢管。
5、结语
城市地铁区间穿越断裂带施工，随着开挖过程中地层应力的逐步释放，隧道围岩和地表变形也增大。若施工方法不当，围岩和地表会产生较大塑性变形，同时围岩内会出现塑性破坏，这将影响到隧道施工安全和地面交通的正常运行。因此，采取合理的施工工法显得很有必要。
通过对乌鲁木齐轨道交通一号线体育中心站〜植物园站区间穿越地震断裂带暗挖施工的经验总结，对以后类似地层施工提供了有益的经验。
参考文献:
1.曾宗强，地铁大跨度浅埋暗挖隧道施工力学及安全性分析
2.刘明，砂卵石地层浅埋暗挖地铁隧道施工关键技术
论文作者:董继昌
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/25
标签：隧道论文; 断面论文; 区间论文; 台阶论文; 风险论文; 断层论文; 地层论文; 《防护工程》2018年第32期论文;