青島地鐵M4號線濱海地段工程地質特征與施工安全因素分析

冀東，魏嘉新，何松，邵鋮，孫璽

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

青島地鐵M4號線濱海地段工程地質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.青島市勘察測繪研究院 山東 青島 266032； 2.青島巖土工程技術研究中心，山東 青島 266032)

青島地鐵M4號線里程CK0+000.0～CK0+889.1(m)段位于青島前海濱海地段，線路穿越歷史風貌旅游區及熱點學區，周邊環境與工程地質條件十分復雜，隧道結構緊鄰海岸線，涉及明挖法、礦山法、TBM法等多種施工方法，施工安全風險高。在開展詳盡巖土工程勘察工作的基礎上，分析了該地段的地質構造、工程地質與水文地質特征；根據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的巖土工程問題；基于不同工法與隧道圍巖分級特性，提出了針對性的設計與專項施工建議。研究成果對于青島地區后續地鐵線路的勘察、設計以及施工具有一定的指導意義。關鍵詞：青島地鐵；濱海地段；工程地質特征；施工安全

1 引 言

城市軌道交通因其安全、高效、快捷等特點，已逐漸成為解決城市日益嚴重的交通擁堵以及污染問題的首選方案，被提到了城市持續發展的重要地位[1，2]。根據青島市軌道交通線網規劃，全市規劃形成軌道交通線路19條，全長 814.5 km。目前，地鐵建設在青島進入了快速發展的黃金時期，M1、M2、M4、R1、R3等多條線路正處于全面建設階段[3]。

城市地下軌道交通建設是在巖土體內部進行的，無論采用何種開挖方法以及隧道不同的埋深，施工建設不可避免地將擾動地下巖土體，使其失去原有的平衡，導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，必須通過科學嚴謹的巖土工程勘察工作，查明控制軌道交通線路安全的特殊地質的性質、特征、范圍、影響程度及其發展趨勢，對影響地鐵施工安全因素進行專項分析與充分研究，并提出預防措施的意見與建議，具有重要的現實意義[6，7]。

圖1 青島地鐵4號線線路示意圖

青島地鐵M4號線為主城區東西向的骨干線，連接了市南區、市北區、嶗山區，線路總體呈東西走向，從青島城區的中部東西向連接老城區、東部新區以及嶗山區沙子口鎮，如圖1所示。線路全長約 30.66 km，全部為地下線，共設25座車站。根據初步設計階段工程籌劃，項目計劃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，穿越前海歷史風貌旅游區、熱點學區，車站結構及地鐵隧道距海岸線最近距離僅數十米，與工程地質、水文地質條件及周邊環境十分復雜；施工涉及多種不同工法，安全風險大[8]。本文在前期巖土工程勘察工作的基礎上，依據該地段工程地質資料，通過工程地質專項分析與研究，對后續結構設計與施工提出針對性建議。

2 M4號線濱海段概況及地質條件分析

2.1 工程概況

青島地鐵M4號線濱海段是指緊鄰前海海岸線，里程(m)為CK0+000.0～CK0+889.1的區域，線路長度 889.1 m，包括起點～人民會堂站區間、人民會堂站、人民會堂站～青醫附院站區間三個工點。起點～人民會堂站區間采用單洞四線結構形式，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；人民會堂站～青醫附院站區間采用兩條平行的單洞單線結構形式，采用TBM法施工，區間左、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；人民會堂站為地下島式車站，全長 280.6 m，標準段寬 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間，大里程接TBM區間；車站設斜井一座，全長 370 m，斜井入口緊鄰海岸線；斜井入洞口段約 60 m范圍內為明挖段，其余采用礦山法施工。

2.2 工程地質條件

本段線路穿越區域除起點-人民會堂站區間外，整體地形相對較為平坦，由東北向西南緩降，地面標高在 3.68 m～18.81 m。

按照地貌時代-成因-形態，本區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為剝蝕斜坡；剝蝕堆積地貌表現為剝蝕堆積緩坡；侵蝕堆積地表現為侵蝕堆積一級階地。

場區巖土層特征 表1

2.3 地質構造條件[9，10]

受華夏系構造體系控制，青島地區區域性主構造跡線走向為一組呈斜列式展布的NE向斷裂，具有高傾角、總體傾向北西、局部反傾向的特點。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。結構面力學性質以壓性～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動明顯；三條斷裂的平面展布大致具有等間距性，派生構造發育。對M4號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斷裂。

影響本場區的主要斷裂為青島山斷裂。該斷裂為左行壓扭性斷層，為滄口斷裂的次級斷裂，該斷裂發育在青島山、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，帶內發育碎裂巖，沿斷裂方向有脈巖侵入。

為進一步查明斷裂破碎帶特征，通過高密度電法對該區段進行了工程物探測量。根據物探測試成果(圖2)，推測本區段受青島山斷裂影響，主要有2條斷裂通過，編號F1(關山斷裂，青島山斷裂東支)、F2(青島山斷裂)。勘察期間針對F1～F2斷裂布置了勘探孔進行驗證，在推斷斷裂帶范圍內鉆探揭露有煌斑巖及構造巖，與物探推斷結果基本吻合。

圖2 高密度電法電阻率反演斷面圖(CK0+300.0～CK0+600.0)

2.4 水文地質條件

場區地下水主要包括第四系孔隙潛水與基巖裂隙水。二者間無穩定的隔水層，具有一定的水力聯系。

基巖裂隙水在場區主要以層狀、帶狀賦存于基巖強風帶、裂隙密集發育帶及構造破碎帶中。由于裂隙發育不均勻，其富水性不均勻。強風化帶透水性較差，富水性貧；節理發育帶及構造破碎帶的裂隙張開性好，導水性較強，富水性中等。穩定水位埋深約 1.35 m～16.00 m，穩定水位標高-6.14 m～10.37 m。

由于擬建人民會堂站位于近海，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。為查明線路主體結構區域與斜井明挖段的地下水與海水的水力聯系，勘察期間分別在上述地段設置了水文觀測孔。

勘察期間于距離海岸線較近的人民會堂站C號出入口位置設長期水位觀測孔一處，于2015年12月18日～2016年1月14日每天中午13點連續觀測水位。經測量水位埋深 3.15 m～3.59 m，水位標高：0.64 m～1.09 m。水位變化與海水潮汐變化基本一致，但水位浮動較小，地下水與海水有一定的水力聯系，但聯系較弱。

斜井明挖段選取兩處勘察鉆孔進行長期水位觀測，高潮和低潮期的部分觀測結果如表2所示：

地下水與潮汐聯動性水位觀測表 表2

經測量，44號孔地下水位與海水潮汐變化具有一定的聯動性，與海水具有一定的水力聯系。推測該地段水位變化除受潮汐、海水倒灌影響外，還受大氣降水、西側暗渠、周邊地下管線及棧橋海景項目施工的影響。

3 影響地鐵隧道施工安全因素

本區段地鐵隧道洞深及斜井通過的圍巖以中～微風化的巖石為主，本地段揭露的主要斷裂為青島山斷裂及其次生斷裂關山斷裂，屬以NE向為主的左行壓扭性斷裂構造，為非全新性活動斷裂。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，局部揭露層帶狀構造巖。場區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貌旅游區，沿線建筑多為旅游景點等老舊建筑，路面交通繁忙。車站、區間主體結構及斜井周邊主要地下構筑物包括棧橋廣場、棧橋海景項目、大學路暗渠及各種地下管線。棧橋廣場為地下三層建筑，埋深約 20 m，擬建人民會堂站2號風亭組緊鄰棧橋廣場地下室北側；棧橋海景項目附帶4層地下室，埋深約 25 m，擬建斜井距離其北側邊界最近處僅 7 m；大學路暗渠寬約 10.7 m，高 1.6 m，埋深約 0.5 m～1.0 m，為漿砌片石結構，暗渠底板為 50 cm片石，車站斜井明挖段西側緊鄰該暗渠。

綜上所述，本區段地鐵隧道圍巖穩定性差～很差，周邊地上地下環境復雜，施工安全風險高。

(3)混業經營管理混亂。傳統金融企業實行的是分業經營，然而互聯網金融企業利用互聯網和大數據技術，將銀行、保險、證券等跨行業的金融產品融合，實現混業經營。互聯網金融理財平臺相應轉型成為了跨行業的綜合性理財平臺。然而許多互聯網金融理財平臺內部協調管理水平較低，導致平臺內部各部門容易相互惡性競爭，降低了平臺的整體效益，增加了的平臺的互聯網金融風險。

4 設計與專項施工建議

4.1 人民會堂站主體開挖與支護建議

根據設計資料，人民會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。設計時應根據不同圍巖分級段采取必要的支護措施[11]。

Ⅲ級圍巖段隧道圍巖穩定性較好，可采用全斷面開挖，但考慮節理裂隙發育地段圍巖穩定性較差，應控制開挖進尺，初期支護采用錨噴掛網支護處理。

Ⅳ級圍巖段洞室開挖受青島山斷裂及其次生關山斷裂的影響，圍巖較破碎、均勻性差，整體地質條件復雜，掘進條件較差。建議采用臺階法分段、分部開挖，減少單次開挖跨度，拱部采用超前小導管(錨桿)進行超前支護，初支可采用錨噴及格柵鋼架，對滲水明顯部分采用洞內注漿法封堵地下水。

Ⅴ級圍巖段洞室圍巖穩定性差，建議采用臺階法分段、分部開挖，初支可采用超前小導管+格柵鋼架，結合洞內帷幕注漿加固堵水，開挖可采用臺階法；局部地段節理密集發育，地下水量較為豐富，易發生突水突泥，施工時應加強排水和支撐防護，及時襯砌。

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

4.2 TBM區間施工建議

本區間圍巖分級為Ⅲ級的區段，隧道整體穩定性較好，隧道洞身范圍內微風化巖層的飽和單軸抗壓強度平均值 63.40 MPa，耐磨性指數平均值3.36，耐磨性等級為強；TBM掘進機在Ⅲ級圍巖區段的微風化巖層中掘進時，刀具磨損可能將非常嚴重，需經常更換刀具[12]。

受青島山斷裂及其派生斷裂的影響，發育有塊狀碎裂巖，該層點荷載換算的抗壓強度平均值約 25.10 MPa，耐磨性指數平均值1.91，耐磨性等級為低；在受斷裂影響顯著、塊狀碎裂巖發育的區段，圍巖整體均勻性差，自穩能力較弱，圍巖等級為Ⅳ級。TBM機經過Ⅳ級圍巖地層時，應盡可能快速通過，同時可考慮配備超前注漿設備，對軟弱破碎圍巖進行洞內注漿加固處理后再掘進，減少機體被抱死的可能性；掘進過程中嚴格控制掘進速度、刀盤轉速、推進力等參數。出現異常情況立即停機檢查，并及時跟進管片襯砌。

本區間TBM機掘進時轉彎半徑較小，若處理不當，存在卡機的可能，在掘進施工時應選用合適的方式方法以確保掘進工作的順利進行，避免卡機等事故的發生。

4.3 斜井暗挖段及明挖工程施工建議

斜井XDK0+257.7～ XDK0+267.1段圍巖分級為Ⅴ級。洞身開挖圍巖拱頂以上強風化花崗巖厚度較薄，上覆中細砂層，巖體結構及強度較差，對拱頂開挖與支護不利。綜合考慮地下水及施工震動、地面荷載等不利因素，建議采用臺階法開挖，初支可采用超前小導管+格柵鋼架，結合洞內帷幕注漿加固堵水。XDK0+267.1～ XDK0+310.0段圍巖分級為Ⅵ級。該段位于明暗挖分界處前約 35 m處，拱頂為第①層中細砂，為主要含水層，地下水量豐富，圍巖穩定性差，對拱頂開挖與支護非常不利，開挖時若處理不當極易發生坍塌。施工難度及風險較大，建議采用管棚超前支護，嚴格控制開挖進尺和斷面，采用臺階法開挖并結合格柵鋼架及錨噴的形式進行支護。嚴格控制施工爆破藥量，盡量減少對拱頂圍巖的擾動。

本區段明挖工程主要集中于人民會堂站工點，涉及TBM機吊出豎井、車站出入口、風亭。明挖基坑側壁安全等級為一級，揭露第四系厚度約 15 m。由于放坡空間有限，建議采用樁錨支護方式開挖，開挖過程中應分段開挖，邊挖邊支。止水方式采用高壓旋噴樁作為止水帷幕，止水帷幕應進入基巖一定深度。

5 結 語

青島地鐵M4號線除穿越前海濱海地段外，其沿線區域的地質條件基本涵蓋了青島地區常見的地形地貌及地層情況，具有典型代表意義。建議對該線路的勘察設計工作成果進行深入分析與總結，并有針對性地開展一些課題研究工作，為青島市后續地鐵線路勘察、設計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，主要從事巖石力學與工程、巖土工程勘察技術的研究與生產工作。