第三系泥質粉砂巖富水地層三臺階一次仰拱成型非爆破施工技術

楊濤

中鐵交通投資集團有限公司 廣西南寧 530023

1 工程概況

1.1 設計概況

青秀山站是南寧軌道交通3 號線從北到南的第17 個站，站位位于鳳嶺南路與青山路交叉口東側約180m。根據地形顯示，地面高程從104．58m 到119．00m，地勢起伏較大，總體上南高北低，中高東西低。青秀山站為地下四層（局部五層）明暗挖結合分離島式站臺車站，車站橫跨鳳嶺南路，在鳳嶺南路北側的金匯如意坊廣場設置明挖活塞風井，南側青秀山公園內設置地下四層（局部五層）明挖站廳，站臺層采用暗挖法，明挖站廳通過從底板斜向下的扶梯斜通道與站臺層橫通道中部相通，兩條扶梯斜通道夾在平行站臺層隧道中間，相鄰區間均在1 號風亭組位置盾構吊出。站位北側為八角樓（4 層）及金匯如意坊（仿古建筑）等低層餐飲商業建筑，西側為秀山花園小區（8 層），南側為青秀山風景區（5A 級風景區）。車站起點里程YDK20+045．200,終點里程為YDK20+229．900，埋深60m，總長184．7m，其中明挖站廳起點里程YDK20+136．500,終點里程為YDK20+218．900，明挖結構總長為82．4m，標準段總寬41．8m。

暗挖施工范圍為：連接新增豎井與正線隧道的橫通道、站臺層隧道、橫通道、連接站廳基坑與站臺層隧道的豎向通道及扶梯斜通道，洞身結構為初期噴錨格柵拱架支護、中設防水層、鋼筋混凝土二次襯砌；輔助措施有：超前大管棚、超前注漿小導管、注漿等。

1.2 工程地質和水文地質概況

（1）工程地質。

暗挖隧道主要處于第三系⑦2-3 地層，北端頭局部處在⑦3-3 地層，局部夾雜著⑦1-3 的泥巖，綜合圍巖等級為V 級。

粉砂巖、泥質粉砂巖⑦2-3（E）：青灰色，粉砂質結構，成巖程度較深，呈半巖半土狀，局部含泥質，厚層狀構造。該層普遍分布于車站。層厚0．70 ～46．80m，平均層厚12．30m。進行標貫試驗6 次，擊數75 ～150 擊，平均108．33 擊，修正擊數平均89．32 擊。天然狀態下單軸抗壓強度為0．79 ～3．79MPa，標準值為2．12MPa。

粉（細）砂巖⑦3-3（E）：青灰色，粉砂質結構，已固結成巖石狀的半成巖，巖質較硬，厚層狀構造。本次勘察有28 個鉆孔揭露該層，主要在青秀山區域鉆孔揭露，該層埋深較大，揭露深度平均在64m 左右，與泥質粉砂巖⑦3-2 相似，多以透鏡體狀分布于⑦2-3 中。層厚1．20 ～17．30m，平均層厚5．36m。天然狀態下單軸抗壓強度為1．78 ～18．25MPa，標準值4．35MPa。其 中YDK20+125．953 ～YDK20+170．20 段 揭 露 該 層，MCZ3-QXS-01、MCZ3-QXS-07 鉆孔于洞身段附近都有揭露該層，厚度5．6 ～15．4m 不等。

泥巖、粉砂質泥巖⑦1-3（E）：青灰色，泥質結構，局部粉砂質結構，厚層狀構造，成巖程度較深，呈半巖半土狀，風干開裂，遇水易軟化，局部含有深灰色、灰黑色薄層泥煤層或炭質泥巖。該層普遍分布于車站范圍內。層厚0．70 ～24．70m，平均層厚7．16m。進行標貫試驗24 次，擊數50 ～188 擊，平均91．30 擊，修正擊數平均79．24 擊。天然狀態下單軸抗壓強度為0．59 ～7．25MPa，標準值為2．85MPa。自由膨脹率28．14%～43．63%，平均值35．88%，屬A2 類膨脹土。相對膨脹率1．71%～2．47%，平均2．09%，脹縮總率3．96%～3．97%，平均3．96%，屬中等脹縮土。其中MCZ2-DB2、MCZ3-QXS-06 鉆孔于洞身段附近都有揭露該層的透鏡體，厚度1．8 ～2．0m 不等。

（2）水文地質。本車站工程影響范圍內的地下水主要為上層滯水、第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水。

根據詳勘報告測得的地下水位埋深為1．00 ～7．80m，水位高程98．10 ～117．50m，平均埋深3．90m，平均高程109．70m。受地勢高低起伏影響，水位埋深差異大。根據詳勘報告抽水試驗成果，承壓水穩定水位按高程89．22m 考慮。

2 施工方法、工藝及要求

青秀山站暗挖隧道施工，先對地下巖層進行降水，保證水位在隧道底50cm 以下。在傳統三臺階一次仰拱成型的基礎上，采用高頻炮錘加銑挖機的機械開挖方法，減少人工開挖工作量，提高開挖效率，保證施工人員安全。

2.1 超深管井降水試驗

隧道最大覆土54．5m，靜止水深32m，穿越第三系的泥質粉砂巖半成巖巖層，對隧道施工在有水的情況下對隧道施工是最大的不利因素，在該地層在含水的條件下隧道開挖難度及安全風險是不可控的。

抽水試驗階段，積極主動邀請業界資深專家對青秀山站抽水試驗及降水設計方案進行專家論證。根據該地區長期水位觀測經驗，地下水水位呈周期性變化，通過本次群井抽水試驗，查明了本地區承壓含水層的水文地質參數，最終確定了本站的降水井施工方案。

2.2 三臺階法施工

青秀山站站臺層暗挖隧道為Ⅴ級圍巖，正線斷面為A、B、C、D、E 五種斷面，斷面面積從77．56m2～125．34m2，初期支護采用C25 噴射混凝土加格柵鋼架，二次襯砌采用模筑鋼筋混凝土或支架模板鋼筋混凝土，初支與二襯之間設全包柔性防水層。原設計開挖工法為CD 工法，后根據現場降水效果好、掌子面前方巖層整體穩定性好、隧道作業空間條件對設備工裝的工效影響嚴重及開挖支護施工快速封閉成環的需要等因素，變更為三臺階施工工法，進行非爆破開挖，機械結合人工修邊的方式，嚴格按照“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、勤量測、快封閉”的原則組織施工。

（1）施工工藝流程。先開挖上臺階斷面，待開挖至一定長度后再開挖中下臺階斷面，三臺階斷面同時并進的施工方法。施工工藝流程圖見圖4。

（2）開挖方法及作用流程。三臺階開挖時，上臺階開挖進尺每循環原則上不超過1 榀拱架間距，圍巖情況穩定情況下可適當放大，每循環進尺不超過2 榀拱架及1 米；中臺階開挖進尺每循環原則上不超過2 榀拱架間距，圍巖情況穩定情況下可適當放大，每循環進尺不超過3 榀拱架及1．5 米；下臺階開挖進尺每循環不得超過3 米及6 榀拱架。

（1）第1部：開挖①部后及時架設格柵拱架進行上臺階Ⅱ部噴、網系統支護，并復噴砼至設計厚度，形成較穩定的承載拱。

（2）第2 部：在滯后①部3 ～5m 后開挖③部，并進行中臺階Ⅳ部噴、網系統支護，在滯后③部2m 后開挖⑤部，并進行下臺階Ⅵ部噴、網系統支護。

（3）第3、4 部：及時施作仰拱砼、填充混凝土，及早封閉成環。

（4）第5 部：進行圍巖量測數據的動態反饋，出現預警，及時分析原因，采取必要的加固處理措施，直至變形數據收斂。

3 監控量測

3.1 監測項目及測點布置

根據設計要求，三臺階法隧道施工主要監測項目及測點布置原則如下：

詳見表1。

表1 隧道監控量測設計表

表2 隧道監控頻率設計表

3.2 監測頻率

注：（1）B-礦山法開挖隧道的開挖寬度，L-開挖面至監測點或監測斷面的水平距離（m）；（2）監測數據趨于穩定后，監測頻率宜為1 次/15d；（3）礦山法隧道斷面變化以及當監測數據達到預警標準時，應提高監測頻率；

3.3 監控項目控制值

詳見表3。

4 結束語

青秀山站站臺層暗挖隧道處于第三系泥質粉砂巖富水地層，原設計CD 工法施工，空間小，設備使用空間不足5m，各分部施工機械設備將會受到較大的空間限制，施工時間不可控，進度指標10m/月，各部工序的持續時間長導致作業不連續，特別是橫通道進入右線的拱架轉換后，CD 工法的中隔墻將對后續施工造成非常大的干擾和影響。本文通過提前對地層進行降水，保證隧道無水開挖。根據市政環境下的隧道施工條件，本隧道采用高頻破碎錘加銑挖機的三臺階一次仰拱成型非爆破施工方法，可以實現25m/月進度指標，可大大提高了施工工效并節約了現場時間，取得了良好的經濟和社會效益。