珠三角某地下隧道礦山法施工技術條件分析

彭東祥 張文海 孟盼望

摘 ?要：面對工程建設、環境與安全之間的平衡要求，大都市圈中地下隧道的礦山法施工，一直是工程建設的挑戰，并無一勞永逸的解決方案。多洞同期礦山法施工，結構復雜且互相影響，工期緊張，安全及環境要求高，需要深入分析工程地質及水文地質條件、場地地基、不良地質作用、周邊環境等，不斷總結類似工程案例，以明確風險，優化施工技術方案。以珠三角在狹窄場地中三洞六線為對象，結合該區域地質條件及環境進行施工條件分析，提出有針對性的施工建議，以助類似工程的總結與提高。

關鍵詞：珠三角;三洞六線隧道;工程地質;水文地質;爆破施工

中圖分類號：U451.2 文獻標志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）28-0125-04

Abstract： In the face of the balance between engineering construction， environment and safety， the mining method of underground tunnel construction in metropolitan area has always been a challenge to engineering construction， and there is no solution once and for all. The construction of multi-hole simultaneous mining method has complex structure and mutual influence， tight construction period， high safety and environmental requirements， so it is necessary to deeply analyze engineering geological and hydrogeological conditions， site foundation， bad geological action， surrounding environment， etc.， and constantly summarize similar engineering cases， in order to identify risks and optimize construction technical schemes. This takes the three tunnels and six lines in the narrow site of the Zhujiang Delta as the object， and combined with the regional geological conditions and environment， the construction conditions are analyzed， and the targeted construction suggestions are put forward to help the summary and improvement of similar projects.

Keywords： Zhujiang Delta; three tunnels and six lines; engineering geology; hydrogeology; blasting construction

引言

珠三角是我國經濟極為發達和活躍的區域，發達的地下交通網是社會發展極為關鍵的設施，有時甚至多條軌道線路緊鄰布置。廣州市軌道交通十八號線工程橫瀝站-番禺廣場站區間，就是這種情況。該處布置了三洞六線隧道，成為廣州軌道交通的一處重點工程。

隧道爆破施工技術在礦山資源開采、交通運輸等都有大量涉及。我國在山區隧道建設中，如西南、西北山地分布的地區，爆破技術需求多，施工技術不斷積累提高，隧道施工技術方面越發完善。但對于城市隧道而言，為進一步加強隧道施工技術及施工中的安全性要求，在隧道施工前必須進行技術勘查，結合勘查資料及現有的施工技術手段對施工做出充分的準備。

本文針對多條隧道同期施工的特色，突出該工程的工程地質條件、水文地質條件及相關環境條件，進行了相對完整的技術分析，以及進行的隧道爆破施工，可以對相關隧道施工作業提供一個方案參考，及其在施工過程中應注意的問題、相互配合協調在工程中的作用。

1 工程概況

廣州市軌道交通十八號線工程橫瀝站-番禺廣場站區間處于珠江三角洲沖積平原（濱海沉積區），地形較平坦，相對高差較小，沿線地面高程一般為6.12～8.18。隧道大部分下穿中風化花崗巖，少量位于微風化花崗巖巖層，采用礦山法施工較為經濟有效。

十八號線工程橫番區間為礦山法隧道，位于番禺廣場站南端，18號線左線、右線，22號線左線、右線，隴枕出場線、入場線共6條線路并行，線路大致呈南北走向，最小線間距6m，線路平面最小曲線半徑為600m，線路最大縱坡4.6‰。

本區間隧道中設置了3個單洞雙線隧道，自西向東依次為：西側隧道為18號線左線及隴枕入場線隧道;中間隧道為22號線左線及右線隧道;東側隧道為18號線右線及隴枕出場線隧道。本區間礦山法隧道拱頂覆土23.2～26.2m，隧道開挖面主要位于中風化～微風化花崗巖中。在7#盾構井東側設置1#施工橫通道，利用1#施工橫通道進入東側隧道掘進。在6#盾構井西側設置2#施工橫通道，利用2#施工橫通道進入中間和西側隧道掘進（圖1）。

（1）西側隧道為18號線左線及隴枕入場線隧道，隧道起始于橫番區間7#盾構井，往北下穿東興路后沿廣場東路敷設到達番禺廣場站南端。18號線左線起終點里程為ZDK34+210.113～ZDK34+469.400，全長259.287m，隴枕入場線起終點里程為SSK0+021.000～SSK0+281.680，全長260.68m。本隧道為單洞雙線隧道，因兩條線路的線間距為漸變值，隧道開挖時以隴枕入場線作為掘進斷面的法向方向，隧道開挖長度按隴枕入場線的里程計量。

（2）中間隧道為22號線左線及右線隧道，隧道起始于位于橫番區間7#盾構井，往北下穿東興路后沿廣場東路敷設到達番禺廣場站南端。22號線左線起終點里程為ZDK34+206.893～ZDK34+469.400，全長262.508m，22號線右線起終點里程為YDK34+205.543～YDK34+469.400，全長263.857m。本隧道為單洞雙線隧道，因兩條線路的線間距為漸變值，隧道開挖時以22號線左線作為掘進斷面的法向方向，隧道開挖長度按22號線左線的里程計量。

（3）東側隧道為18號線右線及隴枕出場線隧道，隧道起點位于18號線右線盾構隧道和隴枕出場線盾構隧道的北端，往北下穿羅家涌及東興路后沿廣場東路敷設，經過橫番區間6#盾構井后繼續往北到達番禺廣場站南端。18號線右線起終點里程為YDK34+146.358～YDK34+469.400，全長323.042m，隴枕出場線起終點里程為SSK0+021.000～SSK0+343.355，全長322.355m。本隧道為單洞雙線隧道，因兩條線路的線間距為漸變值，隧道開挖時以隴枕出場線作為掘進斷面的法向方向，隧道開挖長度按隴枕出場線的里程計量。

2 工程地質與水文地質分析

2.1 巖土分層特性

橫番區間從下至上主要是花崗巖質、淤泥質、素填土組成具體劃分為8帶、層，其地質的復雜性和該區豐富的水文相關（圖2）。

（1）人工填土層

人工填土：雜填土呈棕黃色，磚紅色等雜色，主要成分為黏性土、砂土及磚塊、碎石、砼塊等建筑垃圾，局部地段雜填土上部為混凝土路面。土層呈欠壓實～稍壓實，濕，為近代人工填土，未完成自重固結。素填土呈棕黃色，主要由黏性土、有機質等組成，為近代人工填土，欠壓實，濕，未完成自重固結。

（2）海陸交互相層

淤泥質土：灰黑色，流塑，主要由黏粒、粉粒組成，土質均勻，黏滑，含有機質，夾有較多淤泥，局部含砂粒，為高壓縮性土。

淤泥質中粗砂：深灰色、灰黑色，飽和，松散～中密，級配良好，成分為石英顆粒，含較多黏粒、礫砂、圓礫等，局部夾薄層淤泥。

（3）沖積-洪積土層

可塑狀粉質黏土：黃褐色，可塑，黏性好，土質不均，含較多石英砂粒，韌性干強度高，壓縮性中等。

（4）殘積土層

可塑狀礫（砂）質黏性土層：褐黃、灰白、灰綠等色，可塑，土質較均勻，主要由粉粘粒及砂粒組成，含較多石英，干強度韌性低，遇水易軟化崩解，壓縮性中等。

硬塑-堅硬狀礫（砂）質黏性土層：褐黃、灰白、灰綠等色，硬塑-堅硬，土質較均勻，主要由粉粘粒及砂粒組成，含較多石英，干強度韌性低，遇水易軟化崩解，壓縮性中等。

（5）巖石全風化帶

花崗巖全風化層：巖芯呈褐紅色、褐黃色，原巖結構基本破壞，但尚可辨認，巖芯完全風化呈堅硬土狀，土芯遇水易軟化崩解，壓縮性中等-低。該層在本場地廣泛分布。

（6）巖石強風化帶

花崗巖強風化層：巖芯呈紫紅夾褐黃色、肉紅色，原巖風化強烈，裂隙很發育，巖芯呈半巖半土狀或巖塊狀，巖質極軟-軟，巖塊用手捏易碎，遇水易軟化崩解，壓縮性低。該層在本場地局部分布，該層巖石為極軟巖～軟巖，巖體極破碎。

（7）巖石中風化帶

花崗巖中風化層：巖芯呈肉紅色、青灰色，粗晶結構，塊狀構造，成分主要為石英、長石、角閃石、黑云母，裂隙較發育，局部由于機械破碎造成巖芯較破碎，巖芯呈短柱、碎塊狀，巖質稍硬，RQD約為6～53%。該層在本場地均有分布。本層飽和狀態巖石抗壓強度范圍值為16.5～48.3MPa，為較軟巖～較硬巖，為較破碎巖體。

安山巖中風化層：巖芯呈青灰色，深綠色，安山結構、少斑結構，塊狀構造，裂隙較發育，巖芯呈碎塊狀，局部由于機械破碎造成，巖質稍硬，RQD約為17～34%。該層在本場地零星分布。本層巖芯較破碎，未采取樣品，為較軟巖，較破碎巖體。

（8）巖石微風化帶

花崗巖微風化層<9H>，巖芯呈肉紅色、青灰色，粗晶結構，塊狀構造，成分主要為石英、長石、角閃石、黑云母，裂隙稍發育，巖體較完整，巖芯多呈長短柱，少量呈碎塊狀，局部由于機械破碎造成巖芯較破碎，巖質堅硬，RQD約為52～78%。該層在本場地分布較為廣泛，本層飽和狀態巖石抗壓強度范圍值為42.0～62.4MPa，為較硬巖～堅硬巖，為較完整巖體。

2.2 水文地質條件

（1）地表水

場地地表水比較發育，羅家涌位于本場地范圍內，河涌寬約18m，深約2.5m，河涌水味稍臭，河涌底無防滲處理，場地距離市橋水道約0.5km，羅家涌與市橋水道相通，本隧道下穿羅家涌時，應考慮地表水的下滲影響。

（2）地下水

地下水按賦存方式劃分為第四系松散層孔隙水和基巖裂隙水。

第四系松散層孔隙水主要賦存于海陸交互相淤泥質中粗砂中，其含水性能與砂的形狀、大小、顆粒級配及黏粒含量等有密切關系。透水性一般為中等透水層。第四系其它土層中的人工填土透水性一般，而淤泥質土及沖洪積層透水性最弱。綜合判斷，除局部地段為潛水，本場地第四系松散層孔隙水主要為承壓水。人工填土中主要為上層滯水。第四系含水層與基巖含水層間水力聯系弱。

基巖裂隙水主要賦存于花崗巖強風化帶及中等風化帶中，地下水的賦存不均一。地下水的賦存不均一，在裂隙（斷裂）發育地段，水量較豐富，具承壓性。根據地區經驗，滲透系數一般為0.4～1.0m/d。基巖風化裂隙水為承壓水，承壓水水頭標高為-5.27m，多個含水層之間存在一定的水力聯系。

（3）地下水位

本場地位于海陸交互相沖積平原地貌，地下水水位埋藏淺，鉆孔初見水位埋深0.70～2.80m（高程1.43～7.22m），穩定水位埋深1.40～5.98m（高程1.63～3.20m）。地下水位的變化與地下水的賦存、補給及排泄關系密切，每年5～10月為雨季，大氣降雨充沛，水位會明顯上升，而在冬季因降水減少，地下水位隨之下降，水位年變化幅度為1.0～1.5m。

2.3 場地與地基評價

（1）地震地質災害

東莞盆地在NE、EW向構造的復合控制下，EW、NW和NE向三組斷層均較發育。距離本場地比較近的主要為新會-市橋斷裂帶，其中F139斷裂位于場地的南端，距離場地均約60m。本次勘察未揭露到明顯的斷裂痕跡。

（2）砂土液化評價

本場地范圍內有13個孔不液化、3個孔存在輕微液化、10個孔鉆孔存在中等液化，4個孔存在嚴重液化，場地綜合液化等級為中等。本區間隧道埋藏較深，位于中微風化基巖內，可不考慮液化砂層對地鐵主體結構的影響。

（3）軟土震陷評價

本場地軟土層包括第四系海陸交互相淤泥質土。淤泥質土具有含水量高，壓縮性高，孔隙比大，壓縮性高，抗剪強度低，靈敏度高的特點。由于淤泥質土含水量高，強度低，易發生變形導致隧道失穩，地面沉降和軟土震陷。本場地軟土剪切波速均大于90m/s，可不考慮軟土震陷的影響。

綜上所述，砂土液化對隧道結構影響小，可不考慮軟土震陷，可綜合判定場地穩定性較好。

2.4 不良地質作用

（1）地面沉降

場地內填土廣泛分布，大部分地段淺部土體分布淤泥質土、淤泥質中粗砂等軟弱土，物理力學性質差～較差，具有強度較低、壓縮性較高等特點。在礦山法施工時，如果過度降水或圍巖加固處理不當、施工擾動、地面超載等都可能導致地面沉降。

（2）隧道坍塌

根據本場地勘察資料，礦山法隧道圍巖主要為中、微風化花崗巖，開挖過程中除局部可能發生小型崩塌外，整體具有一定時間良好的自穩性。當如果圍巖暴漏時間過長或遇到大量地下水突涌時，可能引發圍巖失穩，造成隧道崩塌。

3 施工技術條件分析

（1）在隧道施工過程中，會引起地層損失，實際工程中土層排水固結也會產生地表沉降分離問題[1]。通過對周邊建筑物布置監測點實施嚴格監控，以及通過對水文地質賦存情況的了解，使得施工導致的地表沉降問題可以得到及時的控制。

（2）地表強降雨、地層巖溶發育、灌入式雨水下滲這些原因綜合導致的隧道外水壓力過高是病害發生的直接原因[2]，廣州橫番區屬于雨水豐富但主要集中在表層，本次施工時進行的在對水文地質分析時，通過判定地下水對施工基本無影響，但為隧道工程建設案例提供了預防思路。

（3）巖土體特別是基巖在長期的擠壓與地質運動中形成了高密度的塊體且多半層理面廣泛發育。工程建設中會遇到大量層理巖石，研究其力學特性對工程的設計、施工及穩定性預測有著重要意義，但多半只是進行單一巖土體的力學性質分析[3，4]。層理面在層理巖石的力學性質中占主控地位，但在隧道施工中巖土體組成復雜，單一巖土分析難以滿足力學性質要求。對地下基巖整體的分布的了解與分析更能促進對巖土體穩定性的判定。

（4）在進行施工爆破時對場地工程地質、水文地質、場地地基、周邊環境等一些進行一個系統的了解和分析，有利于在施工過程中的協調組織管理。對于突發問題及可能發生的工程問題有一個認知防治能力。

（5）對于施工過程中存在的問題難點一般因不同工程而議，對與此工程暗挖區間存在的問題總結如下：

a.礦山法暗挖區域周邊環境較好，但爆破過程中需要嚴格控制單段藥量，防止爆破振動對周邊環境造成影響。

b.本項目涉及到危險性較大的爆破作業，風險較大，施工發生安全生產事故的事例也較多，存在爆破傷害事故爆破開采是本項目的重點。

c.本項目為隧道暗挖法，同時總包單位施工工藝復雜，開挖、清渣與支護工作交替進行，流水施工，容易互相影響。

4 結束語

地下隧道三洞六線同期施工，是一項重大技術挑戰，需要精心組織，科學規劃，嚴密實施。本文在結合資料進行地質條件分析、工程方案分析的基礎上，借鑒類似工程經驗，提出了如下建議：

（1）有序、科學的組織好整個工程的施工，確保施工資源的可靠保障，在保證質量、安全等基本要求的前提下，通過科學管理和技術進步，最大限度地節約資源并減少對環境負面影響的施工活動，發現問題及時整改，多方合力一起建設綠色工程。

（2）對于施工技術條件分析可以更好掌握施工場地相關情況，對于諸多影響因素應盡可能避免。特別是當水文條件復雜時，及時跟蹤監測地表周邊沉降問題。在施工中無論是工程地質、水文地質、場地地基、周邊環境以及組織管理等，都不是單獨存在的，存在系統的相互影響關系，定性定量的數字、智能化對工程施工是一種進步。

（3）巖土體穩定性分析雖然能在施工中起到較好的作用，但現實施工中巖土體的組成是很復雜的。不同地區的地層巖性總是差異很大，只能在不同的工程施工中進行總結使得巖土理論與實踐不斷提高，在進行施工中應廣泛的進行案例分析與總結。

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