大斷面復雜地質地鐵暗挖車站建造施工技術研究

國義慶

文章簡要介紹了大斷面地鐵暗挖車站復雜地質條件下采用的關鍵技術和創新點，針對暗挖車站在圍巖較差、覆巖較淺及地面眾多建構筑物施工中碰到的各種問題進行了研究。所研究工藝的應用提高了圍巖力穩定性，降低了圍巖滲透能力，保障了施工安全，為現場施工提供了便利，節約了工期，為同類工程設計施工提供了經驗和借鑒作用，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），地處青島市市南區沿海周邊，屬旅游區，人員密集且車流量較大，周邊建構筑物多。

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

二、關鍵技術及創新點

1.關鍵技術

（1）斷裂帶巖層注漿加固施工工藝的應用

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

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，圍巖穩定能力差，開挖存在拱部及側壁塌方風險。車站穿越圍巖復雜，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域，綜合分析水文地質資料、監測資料等信息，動態確定注漿加固區域范圍及關鍵注漿參數，最終在拱部和兩側形成以劈裂漿脈為主的注漿加固圈，確保隧道圍巖穩定性，保證隧道施工安全。

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

（2）地鐵暗挖車站控制爆破技術的應用

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和商業區，且多文保建筑，鉆爆施工時，會產生一系列次生效應。控制爆破技術的應用與傳統的爆破技術相比，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，并改善了洞內施工環境。

2.創新點

（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，做到有效保護周邊建構筑物的效果；能夠有效控制圍巖穩定，不產生新裂隙，防止滲水現象發生。

三、施工技術研究

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、一處節理，F1斷層為張性斷層（122m），F2斷層為壓扭性斷層破碎帶（35.3m），地下水腐蝕為中等腐蝕，化學腐蝕為V-C。

（2）注漿加固施工工藝概述

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

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

F1斷層范圍洞內全斷面帷幕注漿：受F1斷裂帶影響區域，共122m加固段，注15m，挖12m，預留3m止漿墻。超前全斷面帷幕注漿加固，重點加固拱頂區域，拱頂砂層與破碎帶區域設置5m加固圈厚度，側墻和仰拱域設置3m加固圈厚度。

F2斷層范圍洞內半斷面帷幕注漿：受F2斷裂帶影響，共35m加固段，注15m，挖12m，預留3m止漿墻。拱頂破碎帶區域設置3m加固圈厚度。

（3）配套注漿施工工藝

①誘導劈裂注漿控制工藝。當地表隆起值過大，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，可采用鉆孔誘導劈裂加固注漿工藝，人為創造漿液擴散空間，誘導注漿劈裂，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漿液在初凝時間內進入深部薄弱區，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.控制爆破技術應用

（1）車站風險源概況

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

（2）控制爆破技術原理

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

經施工期間總結驗證，上臺階第2單元起爆振速相對容易控制，關鍵性技術在于上臺階第1單元掏槽眼的布設。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。裝藥結構按照水壓爆破裝藥結構形式進行裝填炸藥。

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”聯合注漿的施工方法與現有技術采用單純的全斷面洞內帷幕注漿不同，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兩側導洞巖體進行加固，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）控制爆破技術創造性的采用孔外延遲分次爆破和水壓爆破相結合的爆破方式，實現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筑物沉降造成的沉降，減小了炸藥用量，極大地改善了洞內施工環境。

五、經濟效益和社會效益

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

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

六、結語

（1）通過斷裂帶巖層注漿加固施工工藝，對不良地質進行加固，提高了圍巖穩定性，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，根據現場工況調整注漿參數，降低了注漿加固對于周邊建構筑物的不利影響，確保了臨近建筑物的安全狀態。

（2）通過控制爆破技術并結合已有施工工序，實現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筑物沉降造成的沉降，又減小了信訪壓力，為同類工程設計施工提供了經驗和借鑒作用，在城市爆破施工中具有良好的推廣前景。