长沙地铁3号线过湘江隧道方案研究

（ 4） 地铁 2 号线过江隧道，采用盾构法施工，盾构
到大型的溶洞和断层。隧道主要穿越地层为粉细砂、 机采用土压平衡盾构，内径为 5. 4 m，外径为 6. 0 m。
卵石层、强风化砾岩、中风化砾岩等地层。
隧道顶覆土厚度最大 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ3 m，最小 9. 0 m。区间隧道主
（ 2） 长株潭城际铁路湘江隧道目前正在施工，越 要穿越 11－3 板岩、11－2 板岩、6－3 砾岩、6 －2 砾岩、5 －
溶洞分布规律、发育特征以及充填物情况，初步推断溶 洞发育区溶洞会密集分布，溶洞与湘江有通道联系，岩
湘江 在 隧 道 区 河 道 较 为 顺 直，河 床 起 伏 较 大 溶 / 裂隙水与江水互为连通，具有承压性。详见图 2。
（ 17. 5 ～ 26. 4 m） ，总体上西浅东深。江水涨落，变幅 达 14. 01 m，水位为 25. 16 ～ 39. 18 m。江水涨落，变幅
行注浆填充，采用压力注浆的方法进行填充加固，注浆 压力从低到高，间歇，反复压浆。
（ 3） 注浆工艺 所有注浆管采用直径 48 mm 的袖阀管，钻孔需进 入洞体下岩层 0. 5 m，由底部向上进行溶洞加固。注 浆完成后要采用水泥砂浆对注浆孔进行封孔处理。 （ 4） 注浆材料 周边孔： 纯水泥浆+水玻璃。双液浆现场配合比 试验时，应以初凝时间为指标进行控制，但应综合考虑 浆液的可泵性时间。双液浆配比建议为水泥 ∶ 水 ∶ 水 玻璃 = 1 ∶ 1. 38 ∶ 0. 29 （ 质 量 比） ，水 玻 璃 模 数 m = 2. 4 ～ 3. 4（ 浓度 = 30 ～ 40Be'） ，但应进行现场配合比试 验确定。 中央孔： 纯水泥浆，水灰比建议为 1 ∶ 1，具体应根 据现场试验确定。 （ 5） 注浆间歇时间为每次间隔 6 ～ 10 h。 （ 6） 溶、土洞处理注浆孔平面布置 充填处理前，先进行溶、土洞平面范围的试探测： 以揭示到溶、土洞的钻孔为基准点，沿垂直隧道方向间 隔 2. 0 m 施作 1 排注浆钻孔，以基本找到洞体边界为 止； 沿隧道方向施作 1 排注浆钻孔，间隔 2. 0 m，以基 本找到洞体边界为止； 然后从中心向其他方向探孔，以 基本找到洞体边界为止。若洞体为有限边界，最外排 孔未见洞，则该孔不需注浆，应向内收缩 1 孔最边孔，
（ 1） 溶、土洞处理顺序为： 溶、土洞处理与否判断 →溶、土洞处理→溶、土洞处理效果检查。
（ 2） 溶、土洞处理加固主要采用先填充再注浆加 固的方法，详见图 4。
①无充填溶、土洞和半充填溶、土洞 对洞高大于 2 m 且无填充或半填充溶、土洞，先进 行投砂处理，后采用注浆加固的方法； 投砂处理时在原
3 隧道施工工法研究
达 14. 01 m，水位为 25. 16 ～ 39. 18 m。以橘子洲为界， 3. 1 水下隧道施工工法的简介
湘江被分为东、西两汊： 橘子洲宽约 250 m； 东汊宽约
目前修建越江隧道的基本方法有： 围堤明挖法、钻
550 m、河床高程 17. 5 ～ 20. 1 m、基岩面高程 15. 94 ～ 爆法、沉管法、盾构法和掘进机法。除了这几种施工方
（ 3） 营盘路湘江隧道已经试运营，隧道越江段采 实例可以参考，故本工程施工风险和难度极大，选择一
用暗挖法施工，断面采用马蹄形断面，最大开挖宽度约 12 m，最大开挖高度约 10 m，开挖断面约 95 m2 。隧道
个相对合理的施工工法显得尤为重要。 基于本工程的具体工程概况和水文地质条件，依
结构顶最小岩层覆盖厚度为 10 m，普遍为 13 ～ 14 m， 据国内外类似工程调研，参照国内外类似工程的成功
江段采 用 盾 构 法 施 工。 最 小 埋 深 12 m，最 大 埋 深 3 泥质砂岩等地层。
27 m，穿江段主要在砂质板岩中通过，湘江东侧穿越强 3. 3 隧道工法选定
风化层，湘江西侧穿越弱风化层，采用复合式土压平衡
本工程区间隧道既是水下隧道，又穿越岩溶发育
盾构机施工。
区，根据以上资料调研，没有水下隧道穿越岩溶的工程
6. 6 m，溶 洞 顶 板 埋 深 最 深 的 为 44 m，洞 高 最 高 达
14. 5 m。根据溶洞竖向分布规律显示，左右线溶洞从西
往东呈阶梯状分布，橘子洲西汊溶洞埋深较浅，橘子洲
上埋深较深，橘子洲东汊溶洞埋深更深。溶洞多数有充
填，充填物主要为砂、卵石及黏性土，部分为空洞。根据
图 1 越江隧道平面
4 隧道埋深及纵断面设置
隧道埋深及纵断面设计需考虑隧道位于江底最大
冲刷线下一定距离，使隧道不受江潮活动及沉船等外 界影响，又能满足隧道施工期间和使用期间的安全，同 时考虑对两岸线路、竖井，进而对相邻车站的布局和埋 深的影响，在方案可行的基础上，尽量降低工程造价。
本项目隧道断面采用单洞单线圆形断面，外轮廓 直径为 6. 0 m，根据类似工程及临近工程的调研，并结 合本工程地质概况和溶洞分布情况，本次设计江中段 隧道覆土，施工阶段按历史冲刷包络线不小于 1D（ D 为开挖洞径） 控制，困难地段不小于 0. 7D。运营阶段 按最大冲刷包络线，满足抗浮要求控制。具体见图 3。
［J］． 铁道标准设计，2008（ 12） ．
计，2008（ 12） ．
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·设计方法与实践·
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图 2 越江隧道纵断面
工法名称 断面形式
水深与隧道深度
航道条件
河水流速及潮汐
地质 接头与防水 施工对环境的影响 工期 造价 运营效果 工程可实施性 综合评价
图 4 溶洞加固处理示意（ 单位： mm）
铁道标准设计 RAILWAY STANDARD DESIGN 2012（ 增刊）
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钻孔附近（ 约 0. 6 m） 补钻 2 个 200 mm 的投砂孔，两 投砂孔中心与原钻孔中心需在同一连线上，两投砂孔
1 工程概况
子洲） 、圆砾、卵石、黏性土等，厚度差异较大； 下伏基 岩有砂岩、砾岩、白云质灰岩等。
拟建阜埠河路站至书院路站越江隧道是长沙市轨
溶洞主要发育在橘子洲及两侧的湘江东、西河汊，
道交 通 3 号 线 的 一 段 地 下 区 间，该 区 间 全 长 分布里程约为右 AK15+000 ～ 右 AK15 +700，该范围分
南湖路湘江隧道目前正在施工，采用盾构法施工。隧 16 m； 穿越岩层为： 全风化板岩（ V 级） 、强风化板岩（ V
道在湘江东、西两岸覆土厚度最大 15 m，最小 8 m，普 级） 、中风化板岩（ IV 级） 、微风化板岩（ III 级） 。
遍为 10 ～ 11 m。湘江中央位置，江底以下 41 m 处探测
6 盾构法施工风险分析及应对措施
可相互作为出气孔，投砂后，注浆加固的方法见后面的
水下隧道盾构法施工时，在不影响河流或周围结
全充填溶、土洞的处理方法。投砂管要根据江上作业 构物的 前 提 下，制 定 出 相 应 的 对 策，确 保 施 工 安 全
的特点适当选择，投砂孔的大小也可由施工单位根据 可靠。
现场施工情况进行调整，达到填砂的目的即可。 ②对全充填或洞高小于 2 m 的溶土洞，可直接进
22. 38 m； 西汊宽约 600 m、河床高程 20. 7 ～ 26. 4 m、基 法外，还有一种正在实验的跨越深水海域的较为经济
岩面高程 15. 96 ～ 19. 41 m。
的隧道修建法—水中悬浮隧道，这种方法已有很多研
2 工程地质及水文地质
究成果，许多国家准备将这种设想变为现实。 以上 各 施 工 方 法 各 有 其 优 缺 点，对 比 分 析 详 见
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·设计方法与实践·
经验和失败教训，本越江隧道适合盾构和暗挖 2 种工 法，以下对 2 种工法进行比选。
（ 1） 隧道采用暗挖法优缺点分析 ①隧道大部分位于中风化岩层范围内，地层条件 有利； ②超前支护加固辅助工法多样，溶洞处理措施相 对灵活、方便； ③地质超前探测相对灵活、方便； ④采用暗挖法施工，强行穿越岩溶发育区，施工风 险极大，一旦发生突水、涌水、淹洞现象，事故处理十分 棘手； ⑤采用暗挖法施工，溶洞加固处理采取江面填充 加固和洞内采用全断面帷幕注浆、综合利用大管棚、小 导管相结合的超前支护方式进行加固处理，造价较高； ⑥采用暗挖法施工为保证上部覆盖层及掌子面稳 定，线路纵断面埋深较大，导致书院路站及侯家塘站车 站轨面埋深较大，增加了车站施工风险和工程投资。 （ 2） 采用盾构法优缺点分析 ①采用盾构法施工，较暗挖法施工风险相对较低； ②综合比较溶洞加固处理和两种工法的经济指标 等，盾构法施工造价较暗挖低； ③盾构法施工，对上部覆盖层的厚度要求可以适 当降低，较暗挖线路纵断面埋深较浅，书院路站轨面埋 深有所提高，对车站方案有利； ④盾构法施工只能采取江面填充注浆加固处理岩 溶，处理措施单一，且可能存在处理盲点，溶洞处理方 案依赖于地勘，对地勘要求较高。 综合以上论述，对线路、地质、施工风险、工程造价 综合分析评价后，建议采用盾构法施工。
·设计方法与实践·
长沙地铁 3 号线过湘江隧道方案研究
徐恒国
（ 中铁工程设计咨询集团有限公司，北京 100055）
摘 要： 长沙地铁 3 号线过湘江隧道既是水下隧道，又穿越岩溶发育区，为本线控制性工程。以技术可靠、工程安 全、规模合理、造价经济为原则，针对长沙地铁 3 号线越江段隧道的工程概况和水文地质条件，参考国内外类似工 程的实践经验，通过对越江隧道的施工工法、隧道埋深及纵断面设置、溶洞处理方案等方面构思、分析、调研、进行 技术经济分析比较，经综合性评价，提出推荐方案。 关键词： 水下隧道； 岩溶发育区； 溶洞处理； 施工工法； 隧道埋深 中图分类号： U455 文献标识码： A 文章编号： 1004－2954（ 2012） S－0093－04