冀東，魏嘉新，何松，邵鋮，孫璽

(1.青島市勘察測(cè)繪研究院 山東 青島 266032； 2.青島巖土工程技術(shù)研究中心，山東 青島 266032)

青島地鐵M4號(hào)線濱海地段工程地質(zhì)特征與施工安全因素分析

冀東1，2*，魏嘉新1，2，何松1，2，邵鋮1，2，孫璽1，2

(1.青島市勘察測(cè)繪研究院 山東 青島 266032； 2.青島巖土工程技術(shù)研究中心，山東 青島 266032)

青島地鐵M4號(hào)線里程CK0+000.0～CK0+889.1(m)段位于青島前海濱海地段，線路穿越歷史風(fēng)貌旅游區(qū)及熱點(diǎn)學(xué)區(qū)，周邊環(huán)境與工程地質(zhì)條件十分復(fù)雜，隧道結(jié)構(gòu)緊鄰海岸線，涉及明挖法、礦山法、TBM法等多種施工方法，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。在開展詳盡巖土工程勘察工作的基礎(chǔ)上，分析了該地段的地質(zhì)構(gòu)造、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)特征；根據(jù)影響該段隧道施工的安全因素，指出了施工過程中可能出現(xiàn)的巖土工程問題；基于不同工法與隧道圍巖分級(jí)特性，提出了針對(duì)性的設(shè)計(jì)與專項(xiàng)施工建議。研究成果對(duì)于青島地區(qū)后續(xù)地鐵線路的勘察、設(shè)計(jì)以及施工具有一定的指導(dǎo)意義。關(guān)鍵詞：青島地鐵；濱海地段；工程地質(zhì)特征；施工安全

1 引 言

城市軌道交通因其安全、高效、快捷等特點(diǎn)，已逐漸成為解決城市日益嚴(yán)重的交通擁堵以及污染問題的首選方案，被提到了城市持續(xù)發(fā)展的重要地位[1，2]。根據(jù)青島市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃，全市規(guī)劃形成軌道交通線路19條，全長(zhǎng) 814.5 km。目前，地鐵建設(shè)在青島進(jìn)入了快速發(fā)展的黃金時(shí)期，M1、M2、M4、R1、R3等多條線路正處于全面建設(shè)階段[3]。

城市地下軌道交通建設(shè)是在巖土體內(nèi)部進(jìn)行的，無論采用何種開挖方法以及隧道不同的埋深，施工建設(shè)不可避免地將擾動(dòng)地下巖土體，使其失去原有的平衡，導(dǎo)致地面沉降甚至地下己有管道破壞、地面建筑物的損壞[4，5]。為此，必須通過科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膸r土工程勘察工作，查明控制軌道交通線路安全的特殊地質(zhì)的性質(zhì)、特征、范圍、影響程度及其發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)影響地鐵施工安全因素進(jìn)行專項(xiàng)分析與充分研究，并提出預(yù)防措施的意見與建議，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義[6，7]。

圖1 青島地鐵4號(hào)線線路示意圖

青島地鐵M4號(hào)線為主城區(qū)東西向的骨干線，連接了市南區(qū)、市北區(qū)、嶗山區(qū)，線路總體呈東西走向，從青島城區(qū)的中部東西向連接老城區(qū)、東部新區(qū)以及嶗山區(qū)沙子口鎮(zhèn)，如圖1所示。線路全長(zhǎng)約 30.66 km，全部為地下線，共設(shè)25座車站。根據(jù)初步設(shè)計(jì)階段工程籌劃，項(xiàng)目計(jì)劃2016年開工，2020年建成。里程(m)CK0+000.0～CK0+889.1段線路位于濱海地段，穿越前海歷史風(fēng)貌旅游區(qū)、熱點(diǎn)學(xué)區(qū)，車站結(jié)構(gòu)及地鐵隧道距海岸線最近距離僅數(shù)十米，與工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件及周邊環(huán)境十分復(fù)雜；施工涉及多種不同工法，安全風(fēng)險(xiǎn)大[8]。本文在前期巖土工程勘察工作的基礎(chǔ)上，依據(jù)該地段工程地質(zhì)資料，通過工程地質(zhì)專項(xiàng)分析與研究，對(duì)后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工提出針對(duì)性建議。

2 M4號(hào)線濱海段概況及地質(zhì)條件分析

2.1 工程概況

青島地鐵M4號(hào)線濱海段是指緊鄰前海海岸線，里程(m)為CK0+000.0～CK0+889.1的區(qū)域，線路長(zhǎng)度 889.1 m，包括起點(diǎn)～人民會(huì)堂站區(qū)間、人民會(huì)堂站、人民會(huì)堂站～青醫(yī)附院站區(qū)間三個(gè)工點(diǎn)。起點(diǎn)～人民會(huì)堂站區(qū)間采用單洞四線結(jié)構(gòu)形式，采用礦山法施工，隧道洞寬約 21.3 m，基底埋深約 31.4 m～62.3 m；人民會(huì)堂站～青醫(yī)附院站區(qū)間采用兩條平行的單洞單線結(jié)構(gòu)形式，采用TBM法施工，區(qū)間左、右線隧道平面曲線半徑最小為 300 m，左右線線間距 14.0 m～16.9 m，線路基底埋深 30.8 m～37.0 m；人民會(huì)堂站為地下島式車站，全長(zhǎng) 280.6 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬 21.3 m，車站拱頂埋深 14.0 m～17.0 m，采用暗挖法施工；車站小里程接礦山法區(qū)間，大里程接TBM區(qū)間；車站設(shè)斜井一座，全長(zhǎng) 370 m，斜井入口緊鄰海岸線；斜井入洞口段約 60 m范圍內(nèi)為明挖段，其余采用礦山法施工。

2.2 工程地質(zhì)條件

本段線路穿越區(qū)域除起點(diǎn)-人民會(huì)堂站區(qū)間外，整體地形相對(duì)較為平坦，由東北向西南緩降，地面標(biāo)高在 3.68 m～18.81 m。

按照地貌時(shí)代-成因-形態(tài)，本區(qū)段地貌可劃分為剝蝕斜坡、剝蝕堆積、侵蝕堆積、濱海岸灘地貌單元。其中剝蝕地貌在本段表現(xiàn)為剝蝕斜坡；剝蝕堆積地貌表現(xiàn)為剝蝕堆積緩坡；侵蝕堆積地表現(xiàn)為侵蝕堆積一級(jí)階地。

場(chǎng)區(qū)巖土層特征 表1

2.3 地質(zhì)構(gòu)造條件[9，10]

受華夏系構(gòu)造體系控制，青島地區(qū)區(qū)域性主構(gòu)造跡線走向?yàn)橐唤M呈斜列式展布的NE向斷裂，具有高傾角、總體傾向北西、局部反傾向的特點(diǎn)。由西往東為滄口斷裂、劈石口-浮山所斷裂、王哥莊-山東頭斷裂；走向均為NE40°～45°，傾向不一，傾角較陡，具反向傾斜的特點(diǎn)。結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)以壓性～壓扭性為主，燕山早期左行平移特征十分突出，燕山晚期右行平移運(yùn)動(dòng)明顯；三條斷裂的平面展布大致具有等間距性，派生構(gòu)造發(fā)育。對(duì)M4號(hào)線線路影響比較大的斷裂為夏莊～滄口斷裂及其派生的次級(jí)斷裂。

影響本場(chǎng)區(qū)的主要斷裂為青島山斷裂。該斷裂為左行壓扭性斷層，為滄口斷裂的次級(jí)斷裂，該斷裂發(fā)育在青島山、雙山一帶，向南延伸入黃海。走向NE40°，傾向北西，傾角46°～80°，斷裂寬約 25 m～30 m，帶內(nèi)發(fā)育碎裂巖，沿?cái)嗔逊较蛴忻}巖侵入。

為進(jìn)一步查明斷裂破碎帶特征，通過高密度電法對(duì)該區(qū)段進(jìn)行了工程物探測(cè)量。根據(jù)物探測(cè)試成果(圖2)，推測(cè)本區(qū)段受青島山斷裂影響，主要有2條斷裂通過，編號(hào)F1(關(guān)山斷裂，青島山斷裂東支)、F2(青島山斷裂)?？辈炱陂g針對(duì)F1～F2斷裂布置了勘探孔進(jìn)行驗(yàn)證，在推斷斷裂帶范圍內(nèi)鉆探揭露有煌斑巖及構(gòu)造巖，與物探推斷結(jié)果基本吻合。

圖2 高密度電法電阻率反演斷面圖(CK0+300.0～CK0+600.0)

2.4 水文地質(zhì)條件

場(chǎng)區(qū)地下水主要包括第四系孔隙潛水與基巖裂隙水。二者間無穩(wěn)定的隔水層，具有一定的水力聯(lián)系。

基巖裂隙水在場(chǎng)區(qū)主要以層狀、帶狀賦存于基巖強(qiáng)風(fēng)帶、裂隙密集發(fā)育帶及構(gòu)造破碎帶中。由于裂隙發(fā)育不均勻，其富水性不均勻。強(qiáng)風(fēng)化帶透水性較差，富水性貧；節(jié)理發(fā)育帶及構(gòu)造破碎帶的裂隙張開性好，導(dǎo)水性較強(qiáng)，富水性中等。穩(wěn)定水位埋深約 1.35 m～16.00 m，穩(wěn)定水位標(biāo)高-6.14 m～10.37 m。

由于擬建人民會(huì)堂站位于近海，車站主體部分及斜井明挖段距離海岸線距離分別為 180 m及 30 m。為查明線路主體結(jié)構(gòu)區(qū)域與斜井明挖段的地下水與海水的水力聯(lián)系，勘察期間分別在上述地段設(shè)置了水文觀測(cè)孔。

勘察期間于距離海岸線較近的人民會(huì)堂站C號(hào)出入口位置設(shè)長(zhǎng)期水位觀測(cè)孔一處，于2015年12月18日～2016年1月14日每天中午13點(diǎn)連續(xù)觀測(cè)水位。經(jīng)測(cè)量水位埋深 3.15 m～3.59 m，水位標(biāo)高：0.64 m～1.09 m。水位變化與海水潮汐變化基本一致，但水位浮動(dòng)較小，地下水與海水有一定的水力聯(lián)系，但聯(lián)系較弱。

斜井明挖段選取兩處勘察鉆孔進(jìn)行長(zhǎng)期水位觀測(cè)，高潮和低潮期的部分觀測(cè)結(jié)果如表2所示：

地下水與潮汐聯(lián)動(dòng)性水位觀測(cè)表 表2

經(jīng)測(cè)量，44號(hào)孔地下水位與海水潮汐變化具有一定的聯(lián)動(dòng)性，與海水具有一定的水力聯(lián)系。推測(cè)該地段水位變化除受潮汐、海水倒灌影響外，還受大氣降水、西側(cè)暗渠、周邊地下管線及棧橋海景項(xiàng)目施工的影響。

3 影響地鐵隧道施工安全因素

本區(qū)段地鐵隧道洞深及斜井通過的圍巖以中～微風(fēng)化的巖石為主，本地段揭露的主要斷裂為青島山斷裂及其次生斷裂關(guān)山斷裂，屬以NE向?yàn)橹鞯淖笮袎号ば詳嗔褬?gòu)造，為非全新性活動(dòng)斷裂。兩條斷裂與線路相交，周邊圍巖受其影響較大，整體上較為破碎，局部揭露層帶狀構(gòu)造巖。場(chǎng)區(qū)地下水局部賦存豐富。

本段地鐵線路穿越青島市前海歷史風(fēng)貌旅游區(qū)，沿線建筑多為旅游景點(diǎn)等老舊建筑，路面交通繁忙。車站、區(qū)間主體結(jié)構(gòu)及斜井周邊主要地下構(gòu)筑物包括棧橋廣場(chǎng)、棧橋海景項(xiàng)目、大學(xué)路暗渠及各種地下管線。棧橋廣場(chǎng)為地下三層建筑，埋深約 20 m，擬建人民會(huì)堂站2號(hào)風(fēng)亭組緊鄰棧橋廣場(chǎng)地下室北側(cè)；棧橋海景項(xiàng)目附帶4層地下室，埋深約 25 m，擬建斜井距離其北側(cè)邊界最近處僅 7 m；大學(xué)路暗渠寬約 10.7 m，高 1.6 m，埋深約 0.5 m～1.0 m，為漿砌片石結(jié)構(gòu)，暗渠底板為 50 cm片石，車站斜井明挖段西側(cè)緊鄰該暗渠。

綜上所述，本區(qū)段地鐵隧道圍巖穩(wěn)定性差～很差，周邊地上地下環(huán)境復(fù)雜，施工安全風(fēng)險(xiǎn)高。

(3)混業(yè)經(jīng)營(yíng)管理混亂。傳統(tǒng)金融企業(yè)實(shí)行的是分業(yè)經(jīng)營(yíng)，然而互聯(lián)網(wǎng)金融企業(yè)利用互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)技術(shù)，將銀行、保險(xiǎn)、證券等跨行業(yè)的金融產(chǎn)品融合，實(shí)現(xiàn)混業(yè)經(jīng)營(yíng)。互聯(lián)網(wǎng)金融理財(cái)平臺(tái)相應(yīng)轉(zhuǎn)型成為了跨行業(yè)的綜合性理財(cái)平臺(tái)。然而許多互聯(lián)網(wǎng)金融理財(cái)平臺(tái)內(nèi)部協(xié)調(diào)管理水平較低，導(dǎo)致平臺(tái)內(nèi)部各部門容易相互惡性競(jìng)爭(zhēng)，降低了平臺(tái)的整體效益，增加了的平臺(tái)的互聯(lián)網(wǎng)金融風(fēng)險(xiǎn)。

4 設(shè)計(jì)與專項(xiàng)施工建議

4.1 人民會(huì)堂站主體開挖與支護(hù)建議

根據(jù)設(shè)計(jì)資料，人民會(huì)堂站車站擬采用暗挖法施工。洞室跨度約 21.3 m，高度約為 15.0 m。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)不同圍巖分級(jí)段采取必要的支護(hù)措施[11]。

Ⅲ級(jí)圍巖段隧道圍巖穩(wěn)定性較好，可采用全斷面開挖，但考慮節(jié)理裂隙發(fā)育地段圍巖穩(wěn)定性較差，應(yīng)控制開挖進(jìn)尺，初期支護(hù)采用錨噴掛網(wǎng)支護(hù)處理。

Ⅳ級(jí)圍巖段洞室開挖受青島山斷裂及其次生關(guān)山斷裂的影響，圍巖較破碎、均勻性差，整體地質(zhì)條件復(fù)雜，掘進(jìn)條件較差。建議采用臺(tái)階法分段、分部開挖，減少單次開挖跨度，拱部采用超前小導(dǎo)管(錨桿)進(jìn)行超前支護(hù)，初支可采用錨噴及格柵鋼架，對(duì)滲水明顯部分采用洞內(nèi)注漿法封堵地下水。

Ⅴ級(jí)圍巖段洞室圍巖穩(wěn)定性差，建議采用臺(tái)階法分段、分部開挖，初支可采用超前小導(dǎo)管+格柵鋼架，結(jié)合洞內(nèi)帷幕注漿加固堵水，開挖可采用臺(tái)階法；局部地段節(jié)理密集發(fā)育，地下水量較為豐富，易發(fā)生突水突泥，施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)排水和支撐防護(hù)，及時(shí)襯砌。

在洞室開挖過程中，由于圍巖較差，如支護(hù)不及時(shí)，有發(fā)生較大坍塌的可能；由于巖體在水動(dòng)力作用下，可加速其坍塌速度，在構(gòu)造破碎帶穿越洞身段以及下穿大學(xué)路暗渠段，應(yīng)考慮超前支護(hù)及注漿堵水措施，及時(shí)對(duì)掌子面進(jìn)行初噴封閉。從保護(hù)圍巖少受擾動(dòng)的前提條件出發(fā)，盡量采用小能量光面爆破開挖，基礎(chǔ)施工前應(yīng)進(jìn)行人工清槽，將已松動(dòng)的巖塊全部清除。

4.2 TBM區(qū)間施工建議

本區(qū)間圍巖分級(jí)為Ⅲ級(jí)的區(qū)段，隧道整體穩(wěn)定性較好，隧道洞身范圍內(nèi)微風(fēng)化巖層的飽和單軸抗壓強(qiáng)度平均值 63.40 MPa，耐磨性指數(shù)平均值3.36，耐磨性等級(jí)為強(qiáng)；TBM掘進(jìn)機(jī)在Ⅲ級(jí)圍巖區(qū)段的微風(fēng)化巖層中掘進(jìn)時(shí)，刀具磨損可能將非常嚴(yán)重，需經(jīng)常更換刀具[12]。

受青島山斷裂及其派生斷裂的影響，發(fā)育有塊狀碎裂巖，該層點(diǎn)荷載換算的抗壓強(qiáng)度平均值約 25.10 MPa，耐磨性指數(shù)平均值1.91，耐磨性等級(jí)為低；在受斷裂影響顯著、塊狀碎裂巖發(fā)育的區(qū)段，圍巖整體均勻性差，自穩(wěn)能力較弱，圍巖等級(jí)為Ⅳ級(jí)。TBM機(jī)經(jīng)過Ⅳ級(jí)圍巖地層時(shí)，應(yīng)盡可能快速通過，同時(shí)可考慮配備超前注漿設(shè)備，對(duì)軟弱破碎圍巖進(jìn)行洞內(nèi)注漿加固處理后再掘進(jìn)，減少機(jī)體被抱死的可能性；掘進(jìn)過程中嚴(yán)格控制掘進(jìn)速度、刀盤轉(zhuǎn)速、推進(jìn)力等參數(shù)。出現(xiàn)異常情況立即停機(jī)檢查，并及時(shí)跟進(jìn)管片襯砌。

本區(qū)間TBM機(jī)掘進(jìn)時(shí)轉(zhuǎn)彎半徑較小，若處理不當(dāng)，存在卡機(jī)的可能，在掘進(jìn)施工時(shí)應(yīng)選用合適的方式方法以確保掘進(jìn)工作的順利進(jìn)行，避免卡機(jī)等事故的發(fā)生。

4.3 斜井暗挖段及明挖工程施工建議

斜井XDK0+257.7～ XDK0+267.1段圍巖分級(jí)為Ⅴ級(jí)。洞身開挖圍巖拱頂以上強(qiáng)風(fēng)化花崗巖厚度較薄，上覆中細(xì)砂層，巖體結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度較差，對(duì)拱頂開挖與支護(hù)不利。綜合考慮地下水及施工震動(dòng)、地面荷載等不利因素，建議采用臺(tái)階法開挖，初支可采用超前小導(dǎo)管+格柵鋼架，結(jié)合洞內(nèi)帷幕注漿加固堵水。XDK0+267.1～ XDK0+310.0段圍巖分級(jí)為Ⅵ級(jí)。該段位于明暗挖分界處前約 35 m處，拱頂為第①層中細(xì)砂，為主要含水層，地下水量豐富，圍巖穩(wěn)定性差，對(duì)拱頂開挖與支護(hù)非常不利，開挖時(shí)若處理不當(dāng)極易發(fā)生坍塌。施工難度及風(fēng)險(xiǎn)較大，建議采用管棚超前支護(hù)，嚴(yán)格控制開挖進(jìn)尺和斷面，采用臺(tái)階法開挖并結(jié)合格柵鋼架及錨噴的形式進(jìn)行支護(hù)。嚴(yán)格控制施工爆破藥量，盡量減少對(duì)拱頂圍巖的擾動(dòng)。

本區(qū)段明挖工程主要集中于人民會(huì)堂站工點(diǎn)，涉及TBM機(jī)吊出豎井、車站出入口、風(fēng)亭。明挖基坑側(cè)壁安全等級(jí)為一級(jí)，揭露第四系厚度約 15 m。由于放坡空間有限，建議采用樁錨支護(hù)方式開挖，開挖過程中應(yīng)分段開挖，邊挖邊支。止水方式采用高壓旋噴樁作為止水帷幕，止水帷幕應(yīng)進(jìn)入基巖一定深度。

5 結(jié) 語(yǔ)

青島地鐵M4號(hào)線除穿越前海濱海地段外，其沿線區(qū)域的地質(zhì)條件基本涵蓋了青島地區(qū)常見的地形地貌及地層情況，具有典型代表意義。建議對(duì)該線路的勘察設(shè)計(jì)工作成果進(jìn)行深入分析與總結(jié)，并有針對(duì)性地開展一些課題研究工作，為青島市后續(xù)地鐵線路勘察、設(shè)計(jì)和施工工作的順利開展提供可靠的支持。

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Engineering Geology Characteristics and Analysis of Construction Safety Factors for Coastal Area of Qingdao Metro Line M4

Ji Dong1，2，Wei Jiaxin1，2，He Song1，2，Shao Cheng1，2，Sun Xi1，2

(1.Qingdao Geotechnical Investigation and Surveying Research Institute，Qingdao 266032，China； 2.Geotechnical Engineering Technology Center of Qingdao，Qingdao 266032，China)

Mileage CK0+000.0～CK0+889.1(m) section of Qingdao metro line M4 is located in coastal zone，which cross historical landscape tourism area and hot school district. Owing to its special geographical location close to coastline and complex engineering geology and environment conditions，subway construction including subsurface excavation method，mine tunneling method and TBM method are confronted with hidden danger.On basis of geotechnical engineering investigation work results，geological structure，engineering geology and hydrogeology are studied. According to influencing factors of tunnel construction safety，the probable geotechnical problems during construction period are pointed out. Specific suggestion for design and construction are proposed based on different construction methods and rock mass levels. Achieved results can be served as a reference for investigation，design and construction of future metro lines in Qingdao area.

Qingdao subway；coastal area；Engineering geological characteristics；construction safety

1672-8262(2017)03-158-05

P642

A

2017—01—07

冀東(1987—)，男，博士，工程師，主要從事巖石力學(xué)與工程、巖土工程勘察技術(shù)的研究與生產(chǎn)工作。