國義慶

文章簡要介紹了大斷面地鐵暗挖車站復(fù)雜地質(zhì)條件下采用的關(guān)鍵技術(shù)和創(chuàng)新點，針對暗挖車站在圍巖較差、覆巖較淺及地面眾多建構(gòu)筑物施工中碰到的各種問題進行了研究。所研究工藝的應(yīng)用提高了圍巖力穩(wěn)定性，降低了圍巖滲透能力，保障了施工安全，為現(xiàn)場施工提供了便利，節(jié)約了工期，為同類工程設(shè)計施工提供了經(jīng)驗和借鑒作用，在城市爆破施工中具有良好的推廣前景。

一、工程概況

青島地鐵4號線人民會堂站為淺埋暗挖車站（埋深約15m），地處青島市市南區(qū)沿海周邊，屬旅游區(qū)，人員密集且車流量較大，周邊建構(gòu)筑物多。

車站主體主要位于微風(fēng)化花崗巖中，局部拱部位于強風(fēng)化和中風(fēng)化花崗巖中，局部拱部距離強風(fēng)化下壓巖僅為2.6m。車站開挖跨度大，開挖跨度約23.8m，風(fēng)險較高，為確保施工安全，需對隧道開挖影響區(qū)域進行超前加固。且車站周邊多文保建筑，需嚴格控制爆破振速。

二、關(guān)鍵技術(shù)及創(chuàng)新點

1.關(guān)鍵技術(shù)

（1）斷裂帶巖層注漿加固施工工藝的應(yīng)用

人民會堂站以第四系不發(fā)育以填土為主，厚度小于2m，局部基巖呈半裸露狀，以花崗巖為主，花崗巖較發(fā)育，局部節(jié)理發(fā)育，造成圍巖自穩(wěn)性較差。受F1及F2斷層破碎帶影響，拱部及側(cè)壁如處理不妥易發(fā)生垮塌，爆破震動過大時同樣易發(fā)生坍塌。

①斷裂帶巖層治理分析

車站開挖跨度大，覆巖厚度小，覆巖以上地層為富水砂層，圍巖穩(wěn)定能力差，開挖存在拱部及側(cè)壁塌方風(fēng)險。車站穿越圍巖復(fù)雜，注漿加固效果要求高。

②治理思路和目標

通過全斷面帷幕注漿進行超前加固，重點加固拱部影響區(qū)域，綜合分析水文地質(zhì)資料、監(jiān)測資料等信息，動態(tài)確定注漿加固區(qū)域范圍及關(guān)鍵注漿參數(shù)，最終在拱部和兩側(cè)形成以劈裂漿脈為主的注漿加固圈，確保隧道圍巖穩(wěn)定性，保證隧道施工安全。

通過采用地表+洞內(nèi)注漿的加固方案，采用超前預(yù)注漿對砂層及斷層破碎帶進行加固，提高了圍巖力學(xué)性能，降低地層滲透性，確保了隧道開挖過程中的安全與穩(wěn)定。采用洞內(nèi)+地表注漿的加固方案，大大提高了施工效率，有效的規(guī)避了因車站上部覆巖較薄、砂層穩(wěn)定性差，引起洞內(nèi)涌水潰沙、塌方的施工風(fēng)險。

（2）地鐵暗挖車站控制爆破技術(shù)的應(yīng)用

施工中穿越的地層大部分以硬巖為主，而且車站埋深相對較淺（16～25m），沿線多是繁華的居民區(qū)和商業(yè)區(qū)，且多文保建筑，鉆爆施工時，會產(chǎn)生一系列次生效應(yīng)?？刂票萍夹g(shù)的應(yīng)用與傳統(tǒng)的爆破技術(shù)相比，極大的提高了工效，并通過雙楔形掏槽的制約，使得爆破振速得以控制，既避免了因爆破振速超標而造成的建構(gòu)筑物沉降造成的沉降，又保證了施工進度，減小了炸藥用量，并改善了洞內(nèi)施工環(huán)境。

2.創(chuàng)新點

（1）斷裂帶巖層注漿加固施工工藝針對深孔注漿過程中深部區(qū)域加固效果差的難題，采用深部定域控制注漿工藝，將漿液輸送到深部注漿薄弱位置，控制漿液擴散半徑，提高深層部位圍巖的加固效果。

（2）控制爆破技術(shù)是通過雙楔形掏槽，能有效控制爆破沖擊波強度，將爆破振速控制在安全范圍以內(nèi)，做到有效保護周邊建構(gòu)筑物的效果；能夠有效控制圍巖穩(wěn)定，不產(chǎn)生新裂隙，防止?jié)B水現(xiàn)象發(fā)生。

三、施工技術(shù)研究

1.斷裂帶巖層注漿加固施工工藝

（1）概況

本站存在兩處斷層、一處節(jié)理，F(xiàn)1斷層為張性斷層（122m），F(xiàn)2斷層為壓扭性斷層破碎帶（35.3m），地下水腐蝕為中等腐蝕，化學(xué)腐蝕為V-C。

（2）注漿加固施工工藝概述

本站“地表+洞內(nèi)”注漿加固方案是通過對隧道開挖影響區(qū)域進行超前加固，重點加固隧道拱頂影響區(qū)域，綜合分析水文地質(zhì)資料、監(jiān)測資料等多元信息，動態(tài)確定注漿加固區(qū)域范圍及關(guān)鍵注漿參數(shù)，最終在隧道拱頂和兩側(cè)形成以劈裂漿脈為主的注漿加固圈，確保隧道圍巖穩(wěn)定性，保證隧道安全開挖。

地表采用袖閥管注漿，洞內(nèi)通過超前注漿補充地表未加固區(qū)域，加固隧道開挖面正上方開挖影響區(qū)域。

F1斷層范圍洞內(nèi)全斷面帷幕注漿：受F1斷裂帶影響區(qū)域，共122m加固段，注15m，挖12m，預(yù)留3m止?jié){墻。超前全斷面帷幕注漿加固，重點加固拱頂區(qū)域，拱頂砂層與破碎帶區(qū)域設(shè)置5m加固圈厚度，側(cè)墻和仰拱域設(shè)置3m加固圈厚度。

F2斷層范圍洞內(nèi)半斷面帷幕注漿：受F2斷裂帶影響，共35m加固段，注15m，挖12m，預(yù)留3m止?jié){墻。拱頂破碎帶區(qū)域設(shè)置3m加固圈厚度。

（3）配套注漿施工工藝

①誘導(dǎo)劈裂注漿控制工藝。當(dāng)?shù)乇砺∑鹬颠^大，但注漿效果不理想時，為了解決注漿量、注漿效果和地表隆起之間的矛盾，可采用鉆孔誘導(dǎo)劈裂加固注漿工藝，人為創(chuàng)造漿液擴散空間，誘導(dǎo)注漿劈裂，在保證注漿量的同時，減少地表變形。

②前進式分段注漿工藝。為防止地層漿液擴散不均勻，提高圍巖整體加固效果，同時考慮到加固段圍巖為富水軟弱地層，一次成孔注漿易造成塌孔卡鉆以及漿液達不到預(yù)期擴散加固范圍，所以采用前進式分段注漿工藝，即由淺入深，逐段加固，逐層推進。

③深部定域控制注漿工藝。深部定域控制注漿工藝結(jié)合速凝類漿液粘度變化特點，針對圍巖不同深度段的注漿加固要求，通過定域注漿管可實現(xiàn)漿液在初凝時間內(nèi)進入深部薄弱區(qū)，該工藝可以控制深部注漿漿液擴散范圍、擴散距離及漿液凝膠時間，達到較好的擴散加固效果。

2.控制爆破技術(shù)應(yīng)用

（1）車站風(fēng)險源概況

車站斜井XDK0+365.140～XDK0+294.410里程段為Ⅱ級圍巖，該處上穿3號線人匯區(qū)間（垂直距離8.4m）要求爆破振速控制在0.5cm/s以內(nèi)，下穿朱樹屏故居（埋深21m）要求爆破振速控制在0.3cm/s以內(nèi)，風(fēng)險等級高，開挖難度大。

（2）控制爆破技術(shù)原理

控制爆破技術(shù)，主要通過采用孔外延遲分次爆破與水壓爆破相結(jié)合的爆破方式來實現(xiàn)控制爆破，根據(jù)設(shè)計斷面尺寸，對上臺階爆破高度進行合理的劃分，分為2單元2次爆破。

經(jīng)施工期間總結(jié)驗證，上臺階第2單元起爆振速相對容易控制，關(guān)鍵性技術(shù)在于上臺階第1單元掏槽眼的布設(shè)。掏槽眼形式為雙楔形掏槽，雙楔形掏槽通俗的講就是大掏槽眼距中線之間左右各增設(shè)一排小掏槽眼，小掏槽眼長度為大掏槽眼長度的2/3,小掏槽眼距離中線為大掏槽眼距離中線的2/3，小掏槽眼裝藥量為大掏槽眼裝藥量的1/3～1/2。裝藥結(jié)構(gòu)按照水壓爆破裝藥結(jié)構(gòu)形式進行裝填炸藥。

最終通過孔外延遲分段爆破及在水壓爆破兩種效應(yīng)共同作用下，來進行控制爆破。

四、主要科技成果

（1）斷裂帶巖層注漿加固施工工藝，采用“地表+洞內(nèi)”聯(lián)合注漿的施工方法與現(xiàn)有技術(shù)采用單純的全斷面洞內(nèi)帷幕注漿不同，采用地表注漿對隧道拱頂部分巖層進行加固，加固效果更好，同時在地表注漿的過程中不影響開挖面的前期準備工作；地表注漿完成拱頂巖層的加固后，采用帷幕注漿法對洞內(nèi)兩側(cè)導(dǎo)洞巖體進行加固，且在進行地表注漿時還能夠同時進行帷幕注漿，大大提高了施工效率。

（2）控制爆破技術(shù)創(chuàng)造性的采用孔外延遲分次爆破和水壓爆破相結(jié)合的爆破方式，實現(xiàn)了孔外延遲爆破和水壓爆破施工工序的有效整合，極大的提高了工效，并通過雙楔形掏槽的制約，使得爆破振速得以控制，既避免了因爆破振速超標而造成的建構(gòu)筑物沉降造成的沉降，減小了炸藥用量，極大地改善了洞內(nèi)施工環(huán)境。

五、經(jīng)濟效益和社會效益

（1）采用“地表+洞內(nèi)”聯(lián)合注漿的施工工藝，較好平衡了地表工期與洞內(nèi)開挖進尺，大大的提高了施工效率，節(jié)約了工期，確保了施工安全。

（2）采用控制爆破技術(shù)與傳統(tǒng)爆破工藝相比較，在相同開挖面積、炮眼設(shè)置和鉆孔深度的前提下，控制爆破技術(shù)比傳統(tǒng)爆破每個循環(huán)多開挖0.15m，每一方巖石節(jié)省炸藥0.17kg，平均線性超挖減小11%，混凝土消耗量降低10%，通風(fēng)降塵時間縮短了20分鐘。

六、結(jié)語

（1）通過斷裂帶巖層注漿加固施工工藝，對不良地質(zhì)進行加固，提高了圍巖穩(wěn)定性，降低了周邊滲透性，確保了車站開挖過程中的施工安全。并通過上述注漿方法，根據(jù)現(xiàn)場工況調(diào)整注漿參數(shù)，降低了注漿加固對于周邊建構(gòu)筑物的不利影響，確保了臨近建筑物的安全狀態(tài)。

（2）通過控制爆破技術(shù)并結(jié)合已有施工工序，實現(xiàn)了孔外延遲爆破和水壓爆破施工工序的有效整合，極大地提高了工效，并通過雙楔形掏槽的制約，使得爆破振速得以控制，既避免了因爆破振速超標而造成的建構(gòu)筑物沉降造成的沉降，又減小了信訪壓力，為同類工程設(shè)計施工提供了經(jīng)驗和借鑒作用，在城市爆破施工中具有良好的推廣前景。