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摘 要： 随着城际铁路的高速发展，盾构隧道施工面临的地质越来越多样化，不可避免地出现了岩溶地层，而岩溶地层作为复杂多变的不良地质，
给盾构隧道的施工带来极大的风险。盾构机在穿越岩溶地层时，溶洞处理不到位，掘进控制不当，极易发生盾构栽头、岩溶突泥（水）、地表沉
降等工程事故，且盾构掘进速度慢，隧道成型质量难以控制，在安全、质量、进度及成本控制上影响极大。中铁十二局集团有限公司承建的莞惠
城际小金口至惠州北段盾构区间存在 900m 长岩溶区，本段岩溶区域横穿小金河，区域内有多处房屋群和鱼塘，地表环境复杂，施工干扰大。本文
以盾构隧道顺利穿越岩溶区为背景，通过对不同地表环境下的溶洞探查处理技术和岩溶区盾构掘进技术等方面深入总结研究，提出一种复杂地表
环境下土压平衡盾构机穿越岩溶区的施工技术。
关键词： 岩溶发育；复杂地表；溶洞探测；溶洞处理；快速掘进
1 工程概况
新 建 莞 惠 城 际 小 金 口 至 惠 州 北 段 位 于 广 东 省 惠 州 市 境 内 ， 线 路 起 于 既 有 莞 惠 城 际 小 金 口 站 ， 沿 途 经 过 惠 城 区 小 金 口 镇 ， 终 至
惠 州 北 站 。线 路 长 6 . 3 6 0 k m ，地 下 段 长 5 . 0 5 k m ，隧 道 比 例 7 9 . 4 0 % 。项 目 施 工 里 程 范 围 为 D K 0 + 0 2 5 ~ D K 5 + 0 5 0 ，长 度 为 5 . 0 2 5 k m ，
全 部 为 地 下 线 路 ， 其 中 左 线 长 5 0 2 5 m （ 暗 挖 段 1 0 3 m 、 明 挖 段 2 7 2 m 、 盾 构 段 4 6 5 0 m ） ， 右 线 长 5 0 4 8 . 3 8 2 m （ 暗 挖 段 1 0 3 m 、 明 挖
段 2 8 0 . 4 1 5 m 、 盾 构 段 4 6 5 9 . 9 6 7 m ） 。
2 工艺原理
2.1 复杂地表环境下溶洞探查处理技术
针 对 复 杂 的 地 表 环 境 ， 本 工 程 通 过 河 流 段 填 土 围 堰 法 、 池 塘 段 搭 设 平 台 + 钢 套 筒 法 和 房 屋 段 室 内 雷 达 探 测 + 外 侧 斜 钻 孔 + 洞
内 超 前 注 浆 等 方 法 对 溶 洞 进 行 探 查 处 理 ， 确 保 溶 洞 探 查 处 理 无 遗 漏 ， 降 低 盾 构 掘 进 风 险 。 施 工 中 ， 采 用 高 密 度 物 探 法 对 岩 溶 区 进
行 勘 测 ， 先 在 隧 道 中 心 按 1 0 m 间 距 打 设 先 导 孔 ， 确 定 溶 洞 位 置 。 再 以 先 导 孔 为 中 心 对 溶 洞 区 域 进 行 外 扩 探 边 孔 作 业 ， 进 一 步 确 定
溶 洞 的 范 围 、 类 型 及 与 盾 构 隧 道 的 位 置 关 系 。 最 后 ， 利 用 探 边 孔 和 先 导 孔 对 溶 洞 进 行 注 浆 和 填 充 处 理 。 当 地 面 不 具 备 钻 孔 施 工 条
件 时 ， 通 过 地 面 雷 达 探 测 和 洞 内 超 前 探 孔 注 浆 加 固 法 进 行 处 理 [ 1 ]。
2.2 岩溶区盾构掘进控制技术
盾 构 穿 越 岩 溶 区 过 程 中 ， 针 对 溶 洞 的 类 型 、 位 置 不 同 ， 针 对 性 进 行 盾 构 机 推 力 、 油 缸 行 程 分 区 控 制 、 姿 态 预 控 制 、 注 浆 压 力
差 控 制 和 改 良 刀 具 配 置 等 措 施 ， 加 快 了 盾 构 掘 进 速 度 ， 有 效 保 证 了 隧 道 成 型 质 量 ， 确 保 施 工 安 全 可 控 。
3 施工工艺流程及操作要点
3.1 施工工艺流程
施 工 工 艺 流 程 如 图 1 所 示 。
3.2 施工操作要点
3 . 2 . 1 溶 洞 探 查
溶 洞 探 查 采 用 X Y - 1 0 0 型 地 质 钻 机 ， 钻 孔 孔 径 Φ 1 1 0 m m ， 先 导
孔 孔 位 布 设 置 在 隧 道 正 上 方 ， 孔 深 至 隧 道 底 下 1 0 m ， 孔 位 纵 向 间 距
1 0 m ， 岩 溶 强 烈 发 育 地 段 加 密 至 5 m ， 确 保 探 查 无 遗 漏 。 探 查 确 定 溶 洞
位 置 后 ， 以 先 导 孔 孔 为 中 心 ， 向 四 周 外 扩 2 m 施 作 探 边 钻 孔 ， 确 定 溶 洞
边 界 、 大 小 、 深 度 、 地 下 水 和 填 充 物 情 况 。 在 物 探 轮 廓 线 施 作 探 边 钻 孔
过 程 中 ， 若 钻 探 揭 示 仍 然 存 在 溶 洞 ， 则 继 续 外 扩 2 m 钻 孔 探 查 ， 确 定 溶
洞 边 界 ， 明 确 溶 洞 与 隧 道 的 水 平 位 置 关 系 。 钻 孔 施 工 中 记 录 各 项 参 数 ，
根 据 探 孔 芯 样 和 是 否 有 掉 钻 、 漏 水 等 异 常 情 况 ， 确 认 溶 洞 的 洞 顶 标 高 、
洞 底 标 高 ， 明 确 溶 洞 与 隧 道 的 垂 直 位 置 关 系 [ 2 ]。
3 . 2 . 2 溶 洞 处 理
根 据 已 探 查 溶 洞 的 类 型 不 同 ， 采 取 注 浆 法 和 回 填 法 进 行 处 理 。 对 于
深 埋 溶 洞 和 全 填 充 溶 洞 采 用 注 浆 法 处 理 。 对 于 洞 穴 较 大 的 无 填 充 、 半 填
充 溶 洞 ， 采 用 回 填 法 处 理 ， 完 成 后 可 采 取 注 浆 法 进 一 步 加 强 处 理 效 果 。
溶 洞 的 处 理 范 围 为 隧 道 结 构 两 侧 3 m ， 顶 板 以 上 5 m ， 底 板 以 下 5 m
范 围 内 的 所 有 溶 洞 。 若 底 板 以 下 5 ~ 1 0 m 范 围 内 的 溶 洞 稳 定 岩 面 高 度 小
于 3 m 或 覆 跨 小 于 1 m 时 ， 也 需 进 行 处 理 ， 防 止 盾 构 机 载 头 。
（ 1 ） 注 浆 法
利 用 已 完 成 的 探 边 孔 预 埋 袖 阀 管 ， 进 行 间 歇 式 注 浆 方 式 。 袖 阀 管 埋 设 深 入 溶 洞 底 部 以 下 0 . 5 m ， 孔 位 间 距 2 m × 2 m ， 边 缘 孔 注
城际铁路复杂地表环境下
盾构安全快速穿越岩溶区施工技术
高 鹏 / 中铁十二局集团第四工程有限公司 陕西西安 710021
摘 要： 随着城际铁路的高速发展，盾构隧道施工面临的地质越来越多样化，不可避免地出现了岩溶地层，而岩溶地层作为复杂多变的不良地质，
给盾构隧道的施工带来极大的风险。盾构机在穿越岩溶地层时，溶洞处理不到位，掘进控制不当，极易发生盾构栽头、岩溶突泥（水）、地表沉
降等工程事故，且盾构掘进速度慢，隧道成型质量难以控制，在安全、质量、进度及成本控制上影响极大。中铁十二局集团有限公司承建的莞惠
城际小金口至惠州北段盾构区间存在 900m 长岩溶区，本段岩溶区域横穿小金河，区域内有多处房屋群和鱼塘，地表环境复杂，施工干扰大。本文
以盾构隧道顺利穿越岩溶区为背景，通过对不同地表环境下的溶洞探查处理技术和岩溶区盾构掘进技术等方面深入总结研究，提出一种复杂地表
环境下土压平衡盾构机穿越岩溶区的施工技术。
关键词： 岩溶发育；复杂地表；溶洞探测；溶洞处理；快速掘进
图 1 施工工艺流程图
170 | CHINA HOUSING FACILITIES
施工技术
浆 压 力 采 用 0 . 2 ~ 0 . 3 M P a ，终 压 0 . 6 ~ 0 . 8 M P a ，中 央 孔 采 用 0 . 4 ~ 0 . 5 M P a ，终 压 0 . 8 ~ 1 . 0 M P a；注 浆 顺 序 按 照 先 注 外 圈 孔 ，再 注 内 圈 孔 ，
注 完 一 孔 ， 跳 一 孔 或 多 孔 注 浆 ； 注 浆 材 料 选 用 单 液 浆 和 双 液 浆 ， 当 注 浆 过 程 中 浆 液 流 失 量 较 大 或 者 注 浆 压 力 不 能 达 到 要 求 时 ， 可
调 整 单 液 浆 浓 度 或 者 选 取 双 液 浆 对 溶 洞 边 缘 进 行 封 堵 ； 若 发 现 浆 液 流 失 严 重 时 可 在 外 排 注 浆 孔 注 双 液 浆 ， 形 成 上 水 、 止 浆 帷 幕 、
以 确 保 注 浆 效 果 。
注 浆 法 施 工 流 程 ： 探 边 孔 中 埋 设 袖 阀 管 → 注 入 套 壳 料 ， 地 面 2 m 注 入 止 浆 料 → 安 装 双 塞 注 浆 芯 管 → 拌 制 浆 液 → 分 层 压 力 注 浆
→ 清 洗 袖 阀 管 → 注 浆 效 果 检 测 → 补 浆 或 封 孔 。
（ 2 ） 填 充 法
采 用 地 质 钻 机 在 溶 洞 中 心 埋 设 2 0 0 m m 的 钢 管 作 为 灌 注 孔 ， 灌 入 回 填 料 对 溶 洞 空 隙 进 行 填 充 处 理 。 灌 注 孔 布 置 间 距 选 6 ~ 7 m ，
管 底 深 入 溶 洞 内 1 m 左 右 ， 采 用 素 混 凝 土 和 砂 浆 进 行 灌 注 。 回 填 完 成 后 再 采 用 探 边 孔 中 埋 设 袖 阀 管 和 灌 浆 孔 中 的 注 浆 管 ， 通 过 双
塞 芯 管 ， 分 层 进 行 压 力 注 浆 ， 使 溶 洞 内 松 散 填 充 物 进 一 步 被 水 泥 浆 压 密 、 渗 透 ， 形 成 固 结 体 。
填 充 法 施 工 流 程 ： 打 设 灌 浆 孔 （ 埋 管 ） → 埋 设 注 浆 孔 → 灌 注 回 填 料 → 拌 制 浆 液 → 分 层 压 力 注 浆 → 清 洗 袖 阀 管 → 注 浆 效 果 检 测
→ 补 浆 或 封 孔 。
3 . 2 . 3 河 流 段 溶 洞 探 查 处 理
河 流 段 采 用 填 土 围 堰 进 行 溶 洞 处 理 施 工 ， 为 保 证 小 金 河 正 常 泄 流 ， 围 堰 分 为 两 期 倒 边 施 工 。
围 堰 土 方 回 填 高 于 河 面 标 高 2 m ， 回 填 土 方 采 用 本 工 程 盾 构 始 发 井 基 坑 开 挖 土 方 ， 逐 层 回 填 碾 压 密 实 ， 压 实 度 ≮ 0 . 9 2 ， 在 表
层 铺 设 2 0 c m 硬 化 层 （ 1 5 c m 碎 石 层 + 5 c m 石 粉 ） ， 做 为 溶 洞 处 理 施 工 场 地 ， 满 足 机 械 设 备 行 走 和 施 工 安 全 需 要 。 围 堰 外 侧 边 坡
1 ∶ 1 . 5 ， 内 侧 边 坡 1 ∶ 1 ， 迎 水 侧 沿 坡 面 堆 放 编 织 袋 ， 加 盖 彩 条 布 ， 避 免 泥 土 被 水 冲 刷 流 失 [ 3 ]。
3 . 2 . 4 鱼 塘 段 溶 洞 探 查 处 理
鱼 塘 段 采 用 废 油 桶 + 竹 板 搭 设 施 工 平 台 ，尺 寸 5 m × 7 m 。为 防 止 施 工 中 泥 浆 和 水 泥 浆 污 染 鱼 塘 水 质 ，提 前 打 设 Φ 2 0 0 m m 钢 套 筒 ，
钢 套 筒 底 部 深 入 鱼 塘 底 不 小 于 2 m ， 伸 出 水 面 不 小 于 0 . 3 m 。 钻 机 在 钢 套 筒 中 进 行 溶 洞 钻 孔 探 查 和 注 浆 处 理 施 工 。 施 工 完 成 后 采 用
双 液 浆 进 行 孔 洞 封 堵 ， 防 止 盾 构 掘 进 期 间 冒 浆 漏 气 。
3 . 2 . 5 房 屋 段 溶 洞 探 查 处 理
房 屋 段 由 于 地 表 不 具 备 钻 孔 注 浆 施 工 条 件 ， 采 用 室 内 雷 达 探 测 + 室 外 斜 钻 孔 + 洞 内 超 前 注 浆 加 固 处 理 方 式 进 行 溶 洞 处 理 。
（ 1 ） 室 内 雷 达 探 测
室 内 采 用 S L - G P R x - 型 无 线 探 地 雷 达 ， 通 过 发 射 天 线 向 地 下 发 射 高 频 电 磁 波 ， 通 过 接 收 天 线 接 收 反 射 回 地 面 的 电 磁 波 ， 根 据
接 收 到 电 磁 波 的 波 形 、 振 幅 强 度 和 时 间 的 变 化 特 征 推 断 地 下 溶 洞 的 空 间 位 置 、 结 构 、 形 态 和 埋 藏 深 度 。 根 据 探 查 的 溶 洞 位 置 选 用
室 外 斜 钻 孔 注 浆 加 固 和 洞 内 超 前 注 浆 加 固 进 行 处 理 。
（ 2 ） 室 外 斜 钻 孔 加 固
针 对 位 于 既 有 房 屋 下 方 的 溶 洞 ， 根 据 探 测 的 溶 洞 埋 深 和 位 置 ， 计 算 角 度 采 用 钻 注 一 体 机 进 行 斜 孔 注 浆 处 理 。
（ 3 ） 洞 内 超 前 注 浆 加 固
对 于 地 表 无 法 处 理 的 溶 洞 ， 盾 构 机 到 达 溶 洞 前 5 m 时 ， 停 机 向 土 仓 和 盾 构 径 向 孔 注 入 浓 度 为 6 0 s 膨 润 土 ， 使 土 仓 压 力 维 持
在 2 . 6 b a r （ 1 b a r = 1 0 0 k P a ） ， 然 后 启 动 刀 盘 进 行 旋 转 ， 让 膨 润 土 充 分 在 土 仓 渗 透 和 搅 拌 均 匀 ， 土 仓 压 力 控 制 到 正 常 掘 进 压 力
+ 0 . 5 b a r ， 但 不 超 过 3 . 0 b a r ， 土 仓 压 力 维 持 正 常 压 力 2 h 无 变 化 为 止 ； 最 后 从 土 仓 壁 后 ， 打 开 1 2 点 位 球 阀 ， 判 断 土 仓 里 被 膨 润 土
填 充 满 ；
Z T E 9 1 0 0 土 压 平 衡 盾 构 机 上 部 1 0 、1 1 、1 、2 点 位 预 留 有 4 处 超 前 注 浆 孔 ，在 尾 盾 搭 设 钻 孔 注 浆 平 台 ，采 用 Z L J - 1 2 0 0 钻 机（ 1 5
k V ）钻 孔 利 用 盾 构 机 4 个 超 前 注 浆 孔 ，角 度 9 ° 开 始 钻 孔 ，钻 到 第 5 根 钻 杆（ 单 根 钻 杆 长 2 m ）时 ，采 用 磷 酸 和 水 玻 璃 进 行 封 堵（ 封
水 和 防 止 浆 液 后 窜 ， 配 比 ： 磷 酸 ： 水 体 积 比 = 1 ∶ 2 5 ） ， 注 浆 终 止 压 力 为 钻 孔 时 水 压 的 2 倍 或 土 压 上 涨 至 3 . 0 b a r ； 封 堵 完 成 后 ，
钻 到 第 6 根 时 ， 采 用 双 液 浆 对 钻 孔 位 置 进 行 封 堵 ； 继 续 向 前 钻 孔 ， 直 至 完 成 9 根 钻 杆 ， 总 共 1 8 m 。
钻 孔 完 成 后 开 始 进 行 注 浆 ， 采 用 双 液 浆 。 单 浆 液 配 比 ： 水 灰 比 （ 质 量 比 ） 为 1 ∶ 1 ， 双 液 浆 配 比 ： 单 液 浆 ： 水 玻 璃
= 1 ∶ 1 ， 凝 固 时 间 为 5 0 s 左 右 ， 浆 液 扩 散 远 一 点 。 第 7 ~ 9 根 注 浆 采 用 分 段 注 浆 量 、 注 浆 压 力 进 行 控 制 ， 第 5 、 6 根 注 浆 采 用 土
仓 压 力 进 行 控 制 。当 土 仓 压 力 超 过 3 . 0 b a r ，将 钻 机 拨 出 来 后 ，重 新 进 行 封 堵 ，结 束 注 浆 ，防 止 浆 液 扩 散 到 土 仓 。溶 洞 处 理 完 成 后 ，
盾 构 采 用 气 压 辅 助 模 式 掘 进 。 若 前 方 仍 然 存 在 溶 洞 ， 按 以 上 步 骤 进 行 处 理 。
3 . 2 . 6 盾 构 掘 进 施 工
（ 1 ） 掘 进 姿 态 控 制
穿 越 溶 洞 前 ， 提 前 将 盾 构 姿 态 尽 可 能 地 调 整 至 最 佳 。 推 进 过 程 中 保 持 盾 构 机 有 良 好 的 姿 态 ， 在 穿 越 过 程 中 ， 根 据 掘 进 姿 态 变
化 实 时 纠 正 ， 做 到 “ 勤 纠 、 少 纠 ” ， 每 环 姿 态 变 化 控 制 在 ± 5 m m 内 ， 减 少 单 次 盾 构 纠 偏 量 和 纠 偏 次 数 。 盾 体 前 端 姿 态 较 后 端 姿 态
大 1 0 m m ，保 持 上 仰 姿 态 掘 进 ，防 止 盾 体 载 头 。穿 越 岩 溶 区 时 ，盾 构 机 刀 盘 切 削 面 地 层 和 盾 体 周 边 地 层 软 硬 不 均 ，方 向 不 容 易 控 制 ，
盾 体 容 易 移 动 ， 本 工 程 采 取 以 下 措 施 优 化 盾 体 姿 态 控 制 ：
① 油 缸 推 力 分 区 控 制
当 溶 洞 位 于 隧 道 单 侧 或 局 部 位 于 隧 道 内 时 ，由 于 刀 盘 接 触 面 软 硬 不 均 ，油 缸 压 力 一 致 时 ，容 易 造 成 盾 体 向 溶 洞 侧（ 软 土 侧 ）偏 移 。
应 适 当 增 加 硬 岩 侧（ D 、C 区 ）油 缸 压 力 ，油 缸 压 力 略 大 于 溶 洞 侧（ 软 土 侧 ）E 、F 区 ，减 小 整 环 油 缸 行 程 差 ，以 维 持 掘 进 姿 态 稳 定 。
② 姿 态 预 控
由 于 岩 溶 水 和 溶 洞 的 影 响 ， 管 片 姿 态 会 存 在 上 浮 和 偏 移 的 趋 势 ， 提 前 预 留 一 定 的 姿 态 偏 差 量 ， 用 来 抵 消 偏 移 ， 控 制 好 盾 构 轴
线 位 置 和 隧 道 坡 度 。
垂 直 姿 态 ： 穿 越 岩 溶 地 段 ， 地 层 裂 隙 水 发 育 ， 掘 进 垂 直 姿 态 预 控 在 - 2 0 m m ， 用 以 抵 消 管 片 上 浮 偏 移 量 。
水 平 姿 态 ： 当 隧 道 单 侧 分 布 大 型 溶 洞 （ 群 ） 时 ， 导 致 掌 子 面 左 右 软 硬 不 均 时 ， 掘 进 水 平 姿 态 向 硬 岩 侧 预 偏 2 0 m m ， 用 以 抵 消
2024.01 | 171
施工技术
盾 体 和 管 片 水 平 偏 移 量 。
③ 管 片 姿 态 控 制
由 技 术 员 和 盾 构 司 机 每 日 测 量 盾 尾 间 隙 ，结 合 隧 道 线 路 和 油 缸 行 程 ，并 兼 顾 盾 尾 间 隙 及 盾 构 机 掘 进 姿 态 ，确 定 最 佳 拼 装 点 位 ，
确 保 有 合 适 的 盾 尾 间 隙 ， 以 防 盾 尾 接 触 并 挤 压 管 片 ， 造 成 管 片 破 损 。 过 程 中 加 强 管 片 防 水 和 螺 栓 复 紧 管 控 ， 确 保 成 型 隧 道 质 量 。
（ 2 ） 注 浆 施 工 控 制
莞 惠 城 际 盾 构 隧 道 同 步 注 浆 理 论 填 充 方 量 为 8 . 6 2 m 3，穿 越 岩 溶 区 时 适 当 增 加 为 1 2 m 3/ 环（ 填 充 系 数 1 . 4 ）。优 化 浆 液 配 合 比 ，
适 当 增 加 水 泥 量 ， 缩 短 初 凝 时 间 ， 取 值 5 ~ 6 h ， 确 保 提 早 初 凝 稳 定 管 片 姿 态 。 上 部 注 浆 孔 控 制 在 1 . 5 b a r 左 右 ， 下 部 注 浆 孔 控 制 在
2 . 2 b a r 左 右 ， 在 注 浆 处 水 土 压 力 基 础 上 提 高 0 . 5 b a r 。 当 隧 道 单 侧 存 在 溶 洞 时 ， 适 当 增 加 溶 洞 侧 的 注 浆 管 压 力 和 注 浆 速 率 ， 防 止 因
软 硬 不 均 地 层 注 浆 反 作 用 力 不 同 导 致 管 片 姿 态 偏 移 。
盾 构 机 掘 进 过 程 中 做 到 边 掘 进 边 注 浆 ， 不 注 浆 不 掘 进 的 原 则 ， 同 步 注 浆 要 求 注 浆 量 和 注 浆 压 力 双 控 的 原 则 ， 安 排 技 术 员 对 同
步 注 浆 进 行 全 程 盯 控 ， 确 保 注 浆 方 量 足 够 ， 压 力 合 格 。
为 确 保 注 浆 效 果 ，维 持 管 片 稳 定 ，二 次 补 浆 采 用 双 液 浆 ，按 照 脱 出 盾 尾 3 环 进 行 补 浆 ，隔 一 环 补 注 一 次 双 液 浆 ，每 次 1 . 5 m 3 左 右 ，
隧 道 顶 部 1 点 、 1 1 点 位 交 替 注 浆 ， 严 格 控 制 压 力 在 2 ~ 3 b a r 之 内 ， 多 次 少 量 注 浆 。 为 达 到 快 速 填 充 固 结 效 果 ， 缩 短 浆 液 凝 结 时
间 为 1 5 s 。 施 工 中 根 据 溶 洞 所 处 位 置 ， 针 对 性 加 大 溶 洞 侧 的 注 浆 压 力 和 注 浆 量 ， 抵 消 地 下 水 上 浮 力 和 盾 构 掘 进 偏 心 推 力 的 影 响 ，
防 止 管 片 姿 态 向 地 质 较 软 的 溶 洞 区 偏 移 。 同 时 ， 通 过 强 化 溶 洞 侧 二 次 补 浆 质 量 ， 可 有 效 防 止 岩 溶 裂 隙 水 造 成 管 片 渗 漏 。
（ 3 ） 其 他 掘 进 参 数 控 制
① 土 压
根 据 隧 道 埋 深 为 h ； 上 部 仓 压 值 为 （ h × 0 . 1 + a ） b a r ， a 为 压 力 波 动 范 围 ， 正 常 段 a = ± 0 . 1 b a r （ 穿 越 建 筑 物 a = 0 . 1 b a r ， 穿
越 河 流 鱼 塘 时 a = - 0 . 1 b a r ） 采 用 气 压 辅 助 模 式 掘 进 ， 防 止 大 量 失 水 造 成 地 表 沉 降 。
② 推 进 速 度
岩 溶 区 盾 构 推 进 速 度 不 宜 过 快 ， 以 1 0 ~ 2 0 m m / m i n 为 宜 ， 推 进 过 程 速 度 保 持 稳 定 ， 确 保 盾 构 均 衡 、 匀 速 地 穿 越 ， 减 少 盾 构 推
进 对 前 方 土 体 造 成 的 扰 动 ， 尽 量 防 止 破 坏 溶 洞 。
③ 盾 构 机 参 数
针 对 掌 子 面 的 不 同 工 况 采 取 不 同 的 盾 构 机 掘 进 参 数 ， 如 表 1 。
表 1 盾构机掘进参数
掘 进 过 程 中 严 格 监 视 土 仓 压 力 、扭 矩 、刀 盘 压 力 等 参 数 。土 仓 压 力 突 然 降 低 或 增 大 时 ，立 即 停 机 ，分 析 发 生 原 因 ，及 时 进 行 处 理 ，
处 理 完 成 后 再 恢 复 掘 进 。加 强 渣 样 分 析 ，渣 样 变 化 时 ，针 对 性 调 整 掘 进 参 数 。控 制 油 缸 压 力 和 总 推 力 及 刀 盘 转 速 ，降 低 刀 具 磨 损 ，
防 止 刀 圈 崩 裂 。
④ 出 渣 量 管 控
在 溶 洞 地 区 掘 进 过 程 中 ，严 格 控 制 出 渣 量 ，避 免 超 挖 、欠 挖 ，做 到 进 尺 量 与 出 土 量 均 衡 。本 隧 道 开 挖 直 径 9 . 1 4 m ，管 片 宽 度 1 . 8 m ，
每 环 理 论 方 量 为 1 1 8 m 3， 结 合 岩 土 的 松 散 系 数 和 掌 子 面 地 层 ， 全 断 面 硬 岩 松 散 系 数 取 1 . 4 ， 虚 方 参 考 值 （ 1 6 0 ± 5 ） m 3； 软 硬 不 均
地 层 松 散 系 数 取 1 . 4 5 ，虚 方 参 考 值（ 1 7 0 ± 5 ）m 3。掘 进 中 密 切 观 察 出 土 排 渣 量 、渣 土 成 分 和 含 水 量 等 ，分 析 判 断 前 方 地 层 异 常 。
当 出 现 出 渣 量 超 方 、 大 体 积 欠 挖 或 螺 旋 机 涌 水 时 ， 预 示 刀 盘 前 方 可 能 存 在 未 处 理 或 处 理 不 合 格 的 溶 洞 ， 应 立 即 停 止 掘 进 ， 螺 旋 机
关 死 ， 土 仓 保 压 ， 及 时 采 取 洞 内 及 地 表 注 浆 加 固 措 施 。
⑤ 渣 土 改 良 控 制
通 过 泡 沫 管 向 掌 子 面 、 土 仓 内 及 螺 旋 输 送 机 内 注 入 泡 沫 ， 降 低 渣 土 的 黏 性 ， 使 渣 土 具 有 良 好 的 流 动 性 ， 防 止 岩 石 在 仓 内 形 成
泥 饼 ， 加 快 出 土 速 度 。 同 时 冷 却 刀 具 ， 减 少 刀 具 连 续 工 作 状 态 下 的 磨 损 量 。 注 入 的 泡 沫 量 一 般 为 3 5 L / m ， 原 液 比 例 1 . 5 % ~ 2 % ， 发
泡 率 1 0 ~ 1 2 。
结语
随 着 城 市 轨 道 交 通 工 程 的 发 展， 盾 构 施 工 环 境 愈 发 复 杂， 地 下 情 况 复 杂 多 变， 本 技 术 确 保 了 盾 构 隧 道 安 全 顺 利 穿 越 岩 溶 发 育
区 ，地 表 及 建 筑 物 沉 降 可 控 ，未 发 生 涌 水 、盾 构 机 载 头 、地 表 沉 降 的 安 全 事 故 ，受 到 了 惠 州 地 区 业 主 、监 理 和 质 检 部 门 的 一 致 认 可 ，
取 得 了 广 泛 的 社 会 效 益， 为 类 似 工 程 施 工 积 累 了 宝 贵 的 经 验 。 总 体 上 技 术 可 行， 成 形 隧 道 各 项 指 标 均 满 足 设 计 和 规 范 要 求， 施 工
效 果 良 好 ， 以 期 为 类 似 工 程 提 供 参 考 。
参考文献
[1] 王琪 . 近接溶腔对隧道围岩稳定性影响及防治措施研究 [D]. 西安 : 长安大学 ,2014.
[2] 何佩军 . 野三关隧道穿越高压富水块石充填大型溶洞施工技术研究 [J]. 铁道建筑技术 ,2017(5):85-89
给盾构隧道的施工带来极大的风险。盾构机在穿越岩溶地层时，溶洞处理不到位，掘进控制不当，极易发生盾构栽头、岩溶突泥（水）、地表沉
降等工程事故，且盾构掘进速度慢，隧道成型质量难以控制，在安全、质量、进度及成本控制上影响极大。中铁十二局集团有限公司承建的莞惠
城际小金口至惠州北段盾构区间存在 900m 长岩溶区，本段岩溶区域横穿小金河，区域内有多处房屋群和鱼塘，地表环境复杂，施工干扰大。本文
以盾构隧道顺利穿越岩溶区为背景，通过对不同地表环境下的溶洞探查处理技术和岩溶区盾构掘进技术等方面深入总结研究，提出一种复杂地表
环境下土压平衡盾构机穿越岩溶区的施工技术。
关键词： 岩溶发育；复杂地表；溶洞探测；溶洞处理；快速掘进
1 工程概况
新 建 莞 惠 城 际 小 金 口 至 惠 州 北 段 位 于 广 东 省 惠 州 市 境 内 ， 线 路 起 于 既 有 莞 惠 城 际 小 金 口 站 ， 沿 途 经 过 惠 城 区 小 金 口 镇 ， 终 至
惠 州 北 站 。线 路 长 6 . 3 6 0 k m ，地 下 段 长 5 . 0 5 k m ，隧 道 比 例 7 9 . 4 0 % 。项 目 施 工 里 程 范 围 为 D K 0 + 0 2 5 ~ D K 5 + 0 5 0 ，长 度 为 5 . 0 2 5 k m ，
全 部 为 地 下 线 路 ， 其 中 左 线 长 5 0 2 5 m （ 暗 挖 段 1 0 3 m 、 明 挖 段 2 7 2 m 、 盾 构 段 4 6 5 0 m ） ， 右 线 长 5 0 4 8 . 3 8 2 m （ 暗 挖 段 1 0 3 m 、 明 挖
段 2 8 0 . 4 1 5 m 、 盾 构 段 4 6 5 9 . 9 6 7 m ） 。
2 工艺原理
2.1 复杂地表环境下溶洞探查处理技术
针 对 复 杂 的 地 表 环 境 ， 本 工 程 通 过 河 流 段 填 土 围 堰 法 、 池 塘 段 搭 设 平 台 + 钢 套 筒 法 和 房 屋 段 室 内 雷 达 探 测 + 外 侧 斜 钻 孔 + 洞
内 超 前 注 浆 等 方 法 对 溶 洞 进 行 探 查 处 理 ， 确 保 溶 洞 探 查 处 理 无 遗 漏 ， 降 低 盾 构 掘 进 风 险 。 施 工 中 ， 采 用 高 密 度 物 探 法 对 岩 溶 区 进
行 勘 测 ， 先 在 隧 道 中 心 按 1 0 m 间 距 打 设 先 导 孔 ， 确 定 溶 洞 位 置 。 再 以 先 导 孔 为 中 心 对 溶 洞 区 域 进 行 外 扩 探 边 孔 作 业 ， 进 一 步 确 定
溶 洞 的 范 围 、 类 型 及 与 盾 构 隧 道 的 位 置 关 系 。 最 后 ， 利 用 探 边 孔 和 先 导 孔 对 溶 洞 进 行 注 浆 和 填 充 处 理 。 当 地 面 不 具 备 钻 孔 施 工 条
件 时 ， 通 过 地 面 雷 达 探 测 和 洞 内 超 前 探 孔 注 浆 加 固 法 进 行 处 理 [ 1 ]。
2.2 岩溶区盾构掘进控制技术
盾 构 穿 越 岩 溶 区 过 程 中 ， 针 对 溶 洞 的 类 型 、 位 置 不 同 ， 针 对 性 进 行 盾 构 机 推 力 、 油 缸 行 程 分 区 控 制 、 姿 态 预 控 制 、 注 浆 压 力
差 控 制 和 改 良 刀 具 配 置 等 措 施 ， 加 快 了 盾 构 掘 进 速 度 ， 有 效 保 证 了 隧 道 成 型 质 量 ， 确 保 施 工 安 全 可 控 。
3 施工工艺流程及操作要点
3.1 施工工艺流程
施 工 工 艺 流 程 如 图 1 所 示 。
3.2 施工操作要点
3 . 2 . 1 溶 洞 探 查
溶 洞 探 查 采 用 X Y - 1 0 0 型 地 质 钻 机 ， 钻 孔 孔 径 Φ 1 1 0 m m ， 先 导
孔 孔 位 布 设 置 在 隧 道 正 上 方 ， 孔 深 至 隧 道 底 下 1 0 m ， 孔 位 纵 向 间 距
1 0 m ， 岩 溶 强 烈 发 育 地 段 加 密 至 5 m ， 确 保 探 查 无 遗 漏 。 探 查 确 定 溶 洞
位 置 后 ， 以 先 导 孔 孔 为 中 心 ， 向 四 周 外 扩 2 m 施 作 探 边 钻 孔 ， 确 定 溶 洞
边 界 、 大 小 、 深 度 、 地 下 水 和 填 充 物 情 况 。 在 物 探 轮 廓 线 施 作 探 边 钻 孔
过 程 中 ， 若 钻 探 揭 示 仍 然 存 在 溶 洞 ， 则 继 续 外 扩 2 m 钻 孔 探 查 ， 确 定 溶
洞 边 界 ， 明 确 溶 洞 与 隧 道 的 水 平 位 置 关 系 。 钻 孔 施 工 中 记 录 各 项 参 数 ，
根 据 探 孔 芯 样 和 是 否 有 掉 钻 、 漏 水 等 异 常 情 况 ， 确 认 溶 洞 的 洞 顶 标 高 、
洞 底 标 高 ， 明 确 溶 洞 与 隧 道 的 垂 直 位 置 关 系 [ 2 ]。
3 . 2 . 2 溶 洞 处 理
根 据 已 探 查 溶 洞 的 类 型 不 同 ， 采 取 注 浆 法 和 回 填 法 进 行 处 理 。 对 于
深 埋 溶 洞 和 全 填 充 溶 洞 采 用 注 浆 法 处 理 。 对 于 洞 穴 较 大 的 无 填 充 、 半 填
充 溶 洞 ， 采 用 回 填 法 处 理 ， 完 成 后 可 采 取 注 浆 法 进 一 步 加 强 处 理 效 果 。
溶 洞 的 处 理 范 围 为 隧 道 结 构 两 侧 3 m ， 顶 板 以 上 5 m ， 底 板 以 下 5 m
范 围 内 的 所 有 溶 洞 。 若 底 板 以 下 5 ~ 1 0 m 范 围 内 的 溶 洞 稳 定 岩 面 高 度 小
于 3 m 或 覆 跨 小 于 1 m 时 ， 也 需 进 行 处 理 ， 防 止 盾 构 机 载 头 。
（ 1 ） 注 浆 法
利 用 已 完 成 的 探 边 孔 预 埋 袖 阀 管 ， 进 行 间 歇 式 注 浆 方 式 。 袖 阀 管 埋 设 深 入 溶 洞 底 部 以 下 0 . 5 m ， 孔 位 间 距 2 m × 2 m ， 边 缘 孔 注
城际铁路复杂地表环境下
盾构安全快速穿越岩溶区施工技术
高 鹏 / 中铁十二局集团第四工程有限公司 陕西西安 710021
摘 要： 随着城际铁路的高速发展，盾构隧道施工面临的地质越来越多样化，不可避免地出现了岩溶地层，而岩溶地层作为复杂多变的不良地质，
给盾构隧道的施工带来极大的风险。盾构机在穿越岩溶地层时，溶洞处理不到位，掘进控制不当，极易发生盾构栽头、岩溶突泥（水）、地表沉
降等工程事故，且盾构掘进速度慢，隧道成型质量难以控制，在安全、质量、进度及成本控制上影响极大。中铁十二局集团有限公司承建的莞惠
城际小金口至惠州北段盾构区间存在 900m 长岩溶区，本段岩溶区域横穿小金河，区域内有多处房屋群和鱼塘，地表环境复杂，施工干扰大。本文
以盾构隧道顺利穿越岩溶区为背景，通过对不同地表环境下的溶洞探查处理技术和岩溶区盾构掘进技术等方面深入总结研究，提出一种复杂地表
环境下土压平衡盾构机穿越岩溶区的施工技术。
关键词： 岩溶发育；复杂地表；溶洞探测；溶洞处理；快速掘进
图 1 施工工艺流程图
170 | CHINA HOUSING FACILITIES
施工技术
浆 压 力 采 用 0 . 2 ~ 0 . 3 M P a ，终 压 0 . 6 ~ 0 . 8 M P a ，中 央 孔 采 用 0 . 4 ~ 0 . 5 M P a ，终 压 0 . 8 ~ 1 . 0 M P a；注 浆 顺 序 按 照 先 注 外 圈 孔 ，再 注 内 圈 孔 ，
注 完 一 孔 ， 跳 一 孔 或 多 孔 注 浆 ； 注 浆 材 料 选 用 单 液 浆 和 双 液 浆 ， 当 注 浆 过 程 中 浆 液 流 失 量 较 大 或 者 注 浆 压 力 不 能 达 到 要 求 时 ， 可
调 整 单 液 浆 浓 度 或 者 选 取 双 液 浆 对 溶 洞 边 缘 进 行 封 堵 ； 若 发 现 浆 液 流 失 严 重 时 可 在 外 排 注 浆 孔 注 双 液 浆 ， 形 成 上 水 、 止 浆 帷 幕 、
以 确 保 注 浆 效 果 。
注 浆 法 施 工 流 程 ： 探 边 孔 中 埋 设 袖 阀 管 → 注 入 套 壳 料 ， 地 面 2 m 注 入 止 浆 料 → 安 装 双 塞 注 浆 芯 管 → 拌 制 浆 液 → 分 层 压 力 注 浆
→ 清 洗 袖 阀 管 → 注 浆 效 果 检 测 → 补 浆 或 封 孔 。
（ 2 ） 填 充 法
采 用 地 质 钻 机 在 溶 洞 中 心 埋 设 2 0 0 m m 的 钢 管 作 为 灌 注 孔 ， 灌 入 回 填 料 对 溶 洞 空 隙 进 行 填 充 处 理 。 灌 注 孔 布 置 间 距 选 6 ~ 7 m ，
管 底 深 入 溶 洞 内 1 m 左 右 ， 采 用 素 混 凝 土 和 砂 浆 进 行 灌 注 。 回 填 完 成 后 再 采 用 探 边 孔 中 埋 设 袖 阀 管 和 灌 浆 孔 中 的 注 浆 管 ， 通 过 双
塞 芯 管 ， 分 层 进 行 压 力 注 浆 ， 使 溶 洞 内 松 散 填 充 物 进 一 步 被 水 泥 浆 压 密 、 渗 透 ， 形 成 固 结 体 。
填 充 法 施 工 流 程 ： 打 设 灌 浆 孔 （ 埋 管 ） → 埋 设 注 浆 孔 → 灌 注 回 填 料 → 拌 制 浆 液 → 分 层 压 力 注 浆 → 清 洗 袖 阀 管 → 注 浆 效 果 检 测
→ 补 浆 或 封 孔 。
3 . 2 . 3 河 流 段 溶 洞 探 查 处 理
河 流 段 采 用 填 土 围 堰 进 行 溶 洞 处 理 施 工 ， 为 保 证 小 金 河 正 常 泄 流 ， 围 堰 分 为 两 期 倒 边 施 工 。
围 堰 土 方 回 填 高 于 河 面 标 高 2 m ， 回 填 土 方 采 用 本 工 程 盾 构 始 发 井 基 坑 开 挖 土 方 ， 逐 层 回 填 碾 压 密 实 ， 压 实 度 ≮ 0 . 9 2 ， 在 表
层 铺 设 2 0 c m 硬 化 层 （ 1 5 c m 碎 石 层 + 5 c m 石 粉 ） ， 做 为 溶 洞 处 理 施 工 场 地 ， 满 足 机 械 设 备 行 走 和 施 工 安 全 需 要 。 围 堰 外 侧 边 坡
1 ∶ 1 . 5 ， 内 侧 边 坡 1 ∶ 1 ， 迎 水 侧 沿 坡 面 堆 放 编 织 袋 ， 加 盖 彩 条 布 ， 避 免 泥 土 被 水 冲 刷 流 失 [ 3 ]。
3 . 2 . 4 鱼 塘 段 溶 洞 探 查 处 理
鱼 塘 段 采 用 废 油 桶 + 竹 板 搭 设 施 工 平 台 ，尺 寸 5 m × 7 m 。为 防 止 施 工 中 泥 浆 和 水 泥 浆 污 染 鱼 塘 水 质 ，提 前 打 设 Φ 2 0 0 m m 钢 套 筒 ，
钢 套 筒 底 部 深 入 鱼 塘 底 不 小 于 2 m ， 伸 出 水 面 不 小 于 0 . 3 m 。 钻 机 在 钢 套 筒 中 进 行 溶 洞 钻 孔 探 查 和 注 浆 处 理 施 工 。 施 工 完 成 后 采 用
双 液 浆 进 行 孔 洞 封 堵 ， 防 止 盾 构 掘 进 期 间 冒 浆 漏 气 。
3 . 2 . 5 房 屋 段 溶 洞 探 查 处 理
房 屋 段 由 于 地 表 不 具 备 钻 孔 注 浆 施 工 条 件 ， 采 用 室 内 雷 达 探 测 + 室 外 斜 钻 孔 + 洞 内 超 前 注 浆 加 固 处 理 方 式 进 行 溶 洞 处 理 。
（ 1 ） 室 内 雷 达 探 测
室 内 采 用 S L - G P R x - 型 无 线 探 地 雷 达 ， 通 过 发 射 天 线 向 地 下 发 射 高 频 电 磁 波 ， 通 过 接 收 天 线 接 收 反 射 回 地 面 的 电 磁 波 ， 根 据
接 收 到 电 磁 波 的 波 形 、 振 幅 强 度 和 时 间 的 变 化 特 征 推 断 地 下 溶 洞 的 空 间 位 置 、 结 构 、 形 态 和 埋 藏 深 度 。 根 据 探 查 的 溶 洞 位 置 选 用
室 外 斜 钻 孔 注 浆 加 固 和 洞 内 超 前 注 浆 加 固 进 行 处 理 。
（ 2 ） 室 外 斜 钻 孔 加 固
针 对 位 于 既 有 房 屋 下 方 的 溶 洞 ， 根 据 探 测 的 溶 洞 埋 深 和 位 置 ， 计 算 角 度 采 用 钻 注 一 体 机 进 行 斜 孔 注 浆 处 理 。
（ 3 ） 洞 内 超 前 注 浆 加 固
对 于 地 表 无 法 处 理 的 溶 洞 ， 盾 构 机 到 达 溶 洞 前 5 m 时 ， 停 机 向 土 仓 和 盾 构 径 向 孔 注 入 浓 度 为 6 0 s 膨 润 土 ， 使 土 仓 压 力 维 持
在 2 . 6 b a r （ 1 b a r = 1 0 0 k P a ） ， 然 后 启 动 刀 盘 进 行 旋 转 ， 让 膨 润 土 充 分 在 土 仓 渗 透 和 搅 拌 均 匀 ， 土 仓 压 力 控 制 到 正 常 掘 进 压 力
+ 0 . 5 b a r ， 但 不 超 过 3 . 0 b a r ， 土 仓 压 力 维 持 正 常 压 力 2 h 无 变 化 为 止 ； 最 后 从 土 仓 壁 后 ， 打 开 1 2 点 位 球 阀 ， 判 断 土 仓 里 被 膨 润 土
填 充 满 ；
Z T E 9 1 0 0 土 压 平 衡 盾 构 机 上 部 1 0 、1 1 、1 、2 点 位 预 留 有 4 处 超 前 注 浆 孔 ，在 尾 盾 搭 设 钻 孔 注 浆 平 台 ，采 用 Z L J - 1 2 0 0 钻 机（ 1 5
k V ）钻 孔 利 用 盾 构 机 4 个 超 前 注 浆 孔 ，角 度 9 ° 开 始 钻 孔 ，钻 到 第 5 根 钻 杆（ 单 根 钻 杆 长 2 m ）时 ，采 用 磷 酸 和 水 玻 璃 进 行 封 堵（ 封
水 和 防 止 浆 液 后 窜 ， 配 比 ： 磷 酸 ： 水 体 积 比 = 1 ∶ 2 5 ） ， 注 浆 终 止 压 力 为 钻 孔 时 水 压 的 2 倍 或 土 压 上 涨 至 3 . 0 b a r ； 封 堵 完 成 后 ，
钻 到 第 6 根 时 ， 采 用 双 液 浆 对 钻 孔 位 置 进 行 封 堵 ； 继 续 向 前 钻 孔 ， 直 至 完 成 9 根 钻 杆 ， 总 共 1 8 m 。
钻 孔 完 成 后 开 始 进 行 注 浆 ， 采 用 双 液 浆 。 单 浆 液 配 比 ： 水 灰 比 （ 质 量 比 ） 为 1 ∶ 1 ， 双 液 浆 配 比 ： 单 液 浆 ： 水 玻 璃
= 1 ∶ 1 ， 凝 固 时 间 为 5 0 s 左 右 ， 浆 液 扩 散 远 一 点 。 第 7 ~ 9 根 注 浆 采 用 分 段 注 浆 量 、 注 浆 压 力 进 行 控 制 ， 第 5 、 6 根 注 浆 采 用 土
仓 压 力 进 行 控 制 。当 土 仓 压 力 超 过 3 . 0 b a r ，将 钻 机 拨 出 来 后 ，重 新 进 行 封 堵 ，结 束 注 浆 ，防 止 浆 液 扩 散 到 土 仓 。溶 洞 处 理 完 成 后 ，
盾 构 采 用 气 压 辅 助 模 式 掘 进 。 若 前 方 仍 然 存 在 溶 洞 ， 按 以 上 步 骤 进 行 处 理 。
3 . 2 . 6 盾 构 掘 进 施 工
（ 1 ） 掘 进 姿 态 控 制
穿 越 溶 洞 前 ， 提 前 将 盾 构 姿 态 尽 可 能 地 调 整 至 最 佳 。 推 进 过 程 中 保 持 盾 构 机 有 良 好 的 姿 态 ， 在 穿 越 过 程 中 ， 根 据 掘 进 姿 态 变
化 实 时 纠 正 ， 做 到 “ 勤 纠 、 少 纠 ” ， 每 环 姿 态 变 化 控 制 在 ± 5 m m 内 ， 减 少 单 次 盾 构 纠 偏 量 和 纠 偏 次 数 。 盾 体 前 端 姿 态 较 后 端 姿 态
大 1 0 m m ，保 持 上 仰 姿 态 掘 进 ，防 止 盾 体 载 头 。穿 越 岩 溶 区 时 ，盾 构 机 刀 盘 切 削 面 地 层 和 盾 体 周 边 地 层 软 硬 不 均 ，方 向 不 容 易 控 制 ，
盾 体 容 易 移 动 ， 本 工 程 采 取 以 下 措 施 优 化 盾 体 姿 态 控 制 ：
① 油 缸 推 力 分 区 控 制
当 溶 洞 位 于 隧 道 单 侧 或 局 部 位 于 隧 道 内 时 ，由 于 刀 盘 接 触 面 软 硬 不 均 ，油 缸 压 力 一 致 时 ，容 易 造 成 盾 体 向 溶 洞 侧（ 软 土 侧 ）偏 移 。
应 适 当 增 加 硬 岩 侧（ D 、C 区 ）油 缸 压 力 ，油 缸 压 力 略 大 于 溶 洞 侧（ 软 土 侧 ）E 、F 区 ，减 小 整 环 油 缸 行 程 差 ，以 维 持 掘 进 姿 态 稳 定 。
② 姿 态 预 控
由 于 岩 溶 水 和 溶 洞 的 影 响 ， 管 片 姿 态 会 存 在 上 浮 和 偏 移 的 趋 势 ， 提 前 预 留 一 定 的 姿 态 偏 差 量 ， 用 来 抵 消 偏 移 ， 控 制 好 盾 构 轴
线 位 置 和 隧 道 坡 度 。
垂 直 姿 态 ： 穿 越 岩 溶 地 段 ， 地 层 裂 隙 水 发 育 ， 掘 进 垂 直 姿 态 预 控 在 - 2 0 m m ， 用 以 抵 消 管 片 上 浮 偏 移 量 。
水 平 姿 态 ： 当 隧 道 单 侧 分 布 大 型 溶 洞 （ 群 ） 时 ， 导 致 掌 子 面 左 右 软 硬 不 均 时 ， 掘 进 水 平 姿 态 向 硬 岩 侧 预 偏 2 0 m m ， 用 以 抵 消
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施工技术
盾 体 和 管 片 水 平 偏 移 量 。
③ 管 片 姿 态 控 制
由 技 术 员 和 盾 构 司 机 每 日 测 量 盾 尾 间 隙 ，结 合 隧 道 线 路 和 油 缸 行 程 ，并 兼 顾 盾 尾 间 隙 及 盾 构 机 掘 进 姿 态 ，确 定 最 佳 拼 装 点 位 ，
确 保 有 合 适 的 盾 尾 间 隙 ， 以 防 盾 尾 接 触 并 挤 压 管 片 ， 造 成 管 片 破 损 。 过 程 中 加 强 管 片 防 水 和 螺 栓 复 紧 管 控 ， 确 保 成 型 隧 道 质 量 。
（ 2 ） 注 浆 施 工 控 制
莞 惠 城 际 盾 构 隧 道 同 步 注 浆 理 论 填 充 方 量 为 8 . 6 2 m 3，穿 越 岩 溶 区 时 适 当 增 加 为 1 2 m 3/ 环（ 填 充 系 数 1 . 4 ）。优 化 浆 液 配 合 比 ，
适 当 增 加 水 泥 量 ， 缩 短 初 凝 时 间 ， 取 值 5 ~ 6 h ， 确 保 提 早 初 凝 稳 定 管 片 姿 态 。 上 部 注 浆 孔 控 制 在 1 . 5 b a r 左 右 ， 下 部 注 浆 孔 控 制 在
2 . 2 b a r 左 右 ， 在 注 浆 处 水 土 压 力 基 础 上 提 高 0 . 5 b a r 。 当 隧 道 单 侧 存 在 溶 洞 时 ， 适 当 增 加 溶 洞 侧 的 注 浆 管 压 力 和 注 浆 速 率 ， 防 止 因
软 硬 不 均 地 层 注 浆 反 作 用 力 不 同 导 致 管 片 姿 态 偏 移 。
盾 构 机 掘 进 过 程 中 做 到 边 掘 进 边 注 浆 ， 不 注 浆 不 掘 进 的 原 则 ， 同 步 注 浆 要 求 注 浆 量 和 注 浆 压 力 双 控 的 原 则 ， 安 排 技 术 员 对 同
步 注 浆 进 行 全 程 盯 控 ， 确 保 注 浆 方 量 足 够 ， 压 力 合 格 。
为 确 保 注 浆 效 果 ，维 持 管 片 稳 定 ，二 次 补 浆 采 用 双 液 浆 ，按 照 脱 出 盾 尾 3 环 进 行 补 浆 ，隔 一 环 补 注 一 次 双 液 浆 ，每 次 1 . 5 m 3 左 右 ，
隧 道 顶 部 1 点 、 1 1 点 位 交 替 注 浆 ， 严 格 控 制 压 力 在 2 ~ 3 b a r 之 内 ， 多 次 少 量 注 浆 。 为 达 到 快 速 填 充 固 结 效 果 ， 缩 短 浆 液 凝 结 时
间 为 1 5 s 。 施 工 中 根 据 溶 洞 所 处 位 置 ， 针 对 性 加 大 溶 洞 侧 的 注 浆 压 力 和 注 浆 量 ， 抵 消 地 下 水 上 浮 力 和 盾 构 掘 进 偏 心 推 力 的 影 响 ，
防 止 管 片 姿 态 向 地 质 较 软 的 溶 洞 区 偏 移 。 同 时 ， 通 过 强 化 溶 洞 侧 二 次 补 浆 质 量 ， 可 有 效 防 止 岩 溶 裂 隙 水 造 成 管 片 渗 漏 。
（ 3 ） 其 他 掘 进 参 数 控 制
① 土 压
根 据 隧 道 埋 深 为 h ； 上 部 仓 压 值 为 （ h × 0 . 1 + a ） b a r ， a 为 压 力 波 动 范 围 ， 正 常 段 a = ± 0 . 1 b a r （ 穿 越 建 筑 物 a = 0 . 1 b a r ， 穿
越 河 流 鱼 塘 时 a = - 0 . 1 b a r ） 采 用 气 压 辅 助 模 式 掘 进 ， 防 止 大 量 失 水 造 成 地 表 沉 降 。
② 推 进 速 度
岩 溶 区 盾 构 推 进 速 度 不 宜 过 快 ， 以 1 0 ~ 2 0 m m / m i n 为 宜 ， 推 进 过 程 速 度 保 持 稳 定 ， 确 保 盾 构 均 衡 、 匀 速 地 穿 越 ， 减 少 盾 构 推
进 对 前 方 土 体 造 成 的 扰 动 ， 尽 量 防 止 破 坏 溶 洞 。
③ 盾 构 机 参 数
针 对 掌 子 面 的 不 同 工 况 采 取 不 同 的 盾 构 机 掘 进 参 数 ， 如 表 1 。
表 1 盾构机掘进参数
| 控制项目 | 全断面硬岩 | 软硬不均地层 |
| 刀盘转速 | 2.0~2.2r/min | 1.3~1.5 r/min |
| 贯入度 | 20mm/r | 15mm/r |
| 扭矩 | 5000~6000kN·m | 6000~7000kN·m |
| 推力 | 28000~30000kN | 30000~32000kN |
处 理 完 成 后 再 恢 复 掘 进 。加 强 渣 样 分 析 ，渣 样 变 化 时 ，针 对 性 调 整 掘 进 参 数 。控 制 油 缸 压 力 和 总 推 力 及 刀 盘 转 速 ，降 低 刀 具 磨 损 ，
防 止 刀 圈 崩 裂 。
④ 出 渣 量 管 控
在 溶 洞 地 区 掘 进 过 程 中 ，严 格 控 制 出 渣 量 ，避 免 超 挖 、欠 挖 ，做 到 进 尺 量 与 出 土 量 均 衡 。本 隧 道 开 挖 直 径 9 . 1 4 m ，管 片 宽 度 1 . 8 m ，
每 环 理 论 方 量 为 1 1 8 m 3， 结 合 岩 土 的 松 散 系 数 和 掌 子 面 地 层 ， 全 断 面 硬 岩 松 散 系 数 取 1 . 4 ， 虚 方 参 考 值 （ 1 6 0 ± 5 ） m 3； 软 硬 不 均
地 层 松 散 系 数 取 1 . 4 5 ，虚 方 参 考 值（ 1 7 0 ± 5 ）m 3。掘 进 中 密 切 观 察 出 土 排 渣 量 、渣 土 成 分 和 含 水 量 等 ，分 析 判 断 前 方 地 层 异 常 。
当 出 现 出 渣 量 超 方 、 大 体 积 欠 挖 或 螺 旋 机 涌 水 时 ， 预 示 刀 盘 前 方 可 能 存 在 未 处 理 或 处 理 不 合 格 的 溶 洞 ， 应 立 即 停 止 掘 进 ， 螺 旋 机
关 死 ， 土 仓 保 压 ， 及 时 采 取 洞 内 及 地 表 注 浆 加 固 措 施 。
⑤ 渣 土 改 良 控 制
通 过 泡 沫 管 向 掌 子 面 、 土 仓 内 及 螺 旋 输 送 机 内 注 入 泡 沫 ， 降 低 渣 土 的 黏 性 ， 使 渣 土 具 有 良 好 的 流 动 性 ， 防 止 岩 石 在 仓 内 形 成
泥 饼 ， 加 快 出 土 速 度 。 同 时 冷 却 刀 具 ， 减 少 刀 具 连 续 工 作 状 态 下 的 磨 损 量 。 注 入 的 泡 沫 量 一 般 为 3 5 L / m ， 原 液 比 例 1 . 5 % ~ 2 % ， 发
泡 率 1 0 ~ 1 2 。
结语
随 着 城 市 轨 道 交 通 工 程 的 发 展， 盾 构 施 工 环 境 愈 发 复 杂， 地 下 情 况 复 杂 多 变， 本 技 术 确 保 了 盾 构 隧 道 安 全 顺 利 穿 越 岩 溶 发 育
区 ，地 表 及 建 筑 物 沉 降 可 控 ，未 发 生 涌 水 、盾 构 机 载 头 、地 表 沉 降 的 安 全 事 故 ，受 到 了 惠 州 地 区 业 主 、监 理 和 质 检 部 门 的 一 致 认 可 ，
取 得 了 广 泛 的 社 会 效 益， 为 类 似 工 程 施 工 积 累 了 宝 贵 的 经 验 。 总 体 上 技 术 可 行， 成 形 隧 道 各 项 指 标 均 满 足 设 计 和 规 范 要 求， 施 工
效 果 良 好 ， 以 期 为 类 似 工 程 提 供 参 考 。
参考文献
[1] 王琪 . 近接溶腔对隧道围岩稳定性影响及防治措施研究 [D]. 西安 : 长安大学 ,2014.
[2] 何佩军 . 野三关隧道穿越高压富水块石充填大型溶洞施工技术研究 [J]. 铁道建筑技术 ,2017(5):85-89
