地鐵車站巖石地層非爆破條件下施工技術研究

席超

摘 要：隨著社會的發展，城市地鐵在巖層中施工，受周邊建構筑物及敏感區域影響，不宜采用爆破法施工。本文針對非爆破條件下各項施工技術進行研究分析，為非爆破條件下技術實施提供有力基礎。

關鍵詞：地鐵車站；巖石；非爆破；施工技術

中圖分類號：U231.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）06-0099-01

隨著社會的發展，一線城市地鐵配套化施工已成為城市發展不可或缺的部分，各大城市地鐵建設逐年增長。重慶、深圳、廣州、青島等城市地層多屬于巖石地層，一般情況下，暗挖車站施工均采用鉆爆法施工。但受周邊環境或敏感區域，爆破要求非常之高，施工難度大，施工安全及信訪隱患大，遂采用機械化非爆破施工已成為城市巖石隧道發展的必然趨勢。

本文結合青島地鐵某線路地鐵車站施工，針對敏感區域非爆破施工，對各類非爆破施工方法進行比對，為日后實際實施提供理論基礎。

1 工程概況及工程地質

1.1 工程概況

青島地鐵某線路車站，為三線換乘車站，原初步設計為明挖法施工，受周邊拆遷影響，變更為暗挖工法施工，車站主體結構形式如圖1所示。

1.2 地質水文情況

7、8號線車站為暗挖兩層車站，采用拱蓋法施工。拱頂埋深約13米，與8號線站臺采用暗挖通道進行聯通，車站基坑開挖范圍內揭露的土體主要為第①層素填、第強風化粗粒花崗巖、第中等風化粗粒花崗巖、第微風化粗粒花崗巖。車站主體基本位于微風化花崗巖內，飽和抗壓強度約60MPa。

地下水類型主要為潛水。抗浮水位線位于地下4m。常水位線約地下6m。

1.3 周邊環境

閆家山站整體處于棚戶區改造區域，涉及閆家山村和香里村兩個村莊，房屋均為60、70年代建設低矮磚房，無基礎，基本均為危房，爆破施工對房屋影響較大。

沿周口路敷設直徑1200、直徑700主供水干管，沿鄭州路敷設直徑800供水管，兩根直徑300天然氣管，管線均較為老舊。

2 非爆破條件下施工技術研究

根據車站的實際情況，提供幾種非爆破開挖施工技術進行系統分析研究。

2.1 方案一：懸臂掘進機

根據該工程隧道斷面尺寸和巖石力學指標，并綜合分析施工經濟性，推薦掘進機型號為EBZ260A，見圖2所示。根據EBZ260A掘進機的定位截割范圍，可采用上下大臺階、左右小臺階、分層多臺階施工。缺點：粉塵大，文明施工差；強度高于60Mpa時效率低；節齒消耗大；行走速度慢，6m/min，需要隧道能錯車。

2.2 方案二：鑿巖臺車鉆孔+楔形劈裂機（潛孔鉆機+愚公斧）

采用鑿巖臺車鉆孔割巖，楔形劈裂機劈裂破巖。其工作原理為：利用鑿巖臺車在巖石上鉆孔，在圓孔上，插入巖石劈裂機的楔形塊組件，當啟動液壓泵站，液壓泵站工作產生高壓，驅動巖石劈裂機楔形塊組的中間楔塊向前運動，將反向楔塊兩邊撐開，產生巨大劈裂力（達500～600t），此劈裂力由巖石內部向外，破壞巖石內部結構，（此力是拉應力，巖石的拉應力遠遠小于抗壓應力，只有其抗壓應力的10%左右），見圖3所示。缺點：三臂鑿巖臺車適應打鉆高度為7m～12.4m，楔形劈裂機國內暫未實現，中鐵裝備正在研發，產品可三個月出來。

2.3 方案三：非爆破掘進臺車

在參考人工使用水磨鉆機施工的基礎上，研發的非爆破掘進臺車，鉆孔直徑為500mm，單次最大鉆孔深度2.3m，一般60MPa左右的圍巖鉆進效率1.7m/min。在花崗巖100MPa時，鉆進效率0.9m/min。建議采用上下層分次施工，上層施工完成后再施工下層。同層分左右側間隔施工，錯開5～7m。

2.4 方案四：簡易TBM

采用新造的簡易敞開式TBM，直徑約8m（可調整），一個斷面挖8個導洞，先挖上部，再挖下部，挖完采用懸臂掘進機擴挖。T采用國產軸承，主電機等，造價約5000萬元。缺點：掘進后不支護，若隧道圍巖差，有施工風險；若支護，后期破除效率及成本增加；需設置設備接收井，目前車站場地無條件；或采用其他手段，提前施工拆機洞，需要擴挖，采用設備擴挖無作業面，難度大。

2.5 方案四：上部頂管+下部爆破

車站采用小頂管在隧道拱頂一圈頂進，兩個車站隧道斷面，拱頂一圈頂進完成預計總里程達5.2km，采用4m的鋼管作為頂管，拱頂頂進完成后，將所有頂管焊接或搭接成整體，利用頂進完成的鋼管作為預支護。下部采用爆破施工，已完的頂管可對下部爆破施工起到減震和隔震的效果。由于上部的預支護已做好，下部爆破可采用比較快速的臺階法或其他分部等工法進行開挖。

3 結語

根據本文上述描述及實際施工調研，圍巖在強度60Mpa以下時，懸臂掘進機性價比最高，成效較為理想。但目前國內地鐵車站巖石地層非爆破施工技術尚不成熟，在圍巖完整性好、強度高的地層，尚無較好施工工藝，非爆技術研究還需要有很長的路去走，需要施工單位與機械設計單位緊密溝通，以解決城市地鐵車站及隧道非爆條件下施工。

參考文獻

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