第三系泥质粉砂岩富水地层三台阶一次仰拱成型非爆破施工技术

杨涛

中铁交通投资集团有限公司 广西南宁 530023

1 工程概况

1.1 设计概况

青秀山站是南宁轨道交通3 号线从北到南的第17 个站，站位位于凤岭南路与青山路交叉口东侧约180m。根据地形显示，地面高程从104．58m 到119．00m，地势起伏较大，总体上南高北低，中高东西低。青秀山站为地下四层（局部五层）明暗挖结合分离岛式站台车站，车站横跨凤岭南路，在凤岭南路北侧的金汇如意坊广场设置明挖活塞风井，南侧青秀山公园内设置地下四层（局部五层）明挖站厅，站台层采用暗挖法，明挖站厅通过从底板斜向下的扶梯斜通道与站台层横通道中部相通，两条扶梯斜通道夹在平行站台层隧道中间，相邻区间均在1 号风亭组位置盾构吊出。站位北侧为八角楼（4 层）及金汇如意坊（仿古建筑）等低层餐饮商业建筑，西侧为秀山花园小区（8 层），南侧为青秀山风景区（5A 级风景区）。车站起点里程YDK20+045．200,终点里程为YDK20+229．900，埋深60m，总长184．7m，其中明挖站厅起点里程YDK20+136．500,终点里程为YDK20+218．900，明挖结构总长为82．4m，标准段总宽41．8m。

暗挖施工范围为：连接新增竖井与正线隧道的横通道、站台层隧道、横通道、连接站厅基坑与站台层隧道的竖向通道及扶梯斜通道，洞身结构为初期喷锚格栅拱架支护、中设防水层、钢筋混凝土二次衬砌；辅助措施有：超前大管棚、超前注浆小导管、注浆等。

1.2 工程地质和水文地质概况

（1）工程地质。

暗挖隧道主要处于第三系⑦2-3 地层，北端头局部处在⑦3-3 地层，局部夹杂着⑦1-3 的泥岩，综合围岩等级为V 级。

粉砂岩、泥质粉砂岩⑦2-3（E）：青灰色，粉砂质结构，成岩程度较深，呈半岩半土状，局部含泥质，厚层状构造。该层普遍分布于车站。层厚0．70 ～46．80m，平均层厚12．30m。进行标贯试验6 次，击数75 ～150 击，平均108．33 击，修正击数平均89．32 击。天然状态下单轴抗压强度为0．79 ～3．79MPa，标准值为2．12MPa。

粉（细）砂岩⑦3-3（E）：青灰色，粉砂质结构，已固结成岩石状的半成岩，岩质较硬，厚层状构造。本次勘察有28 个钻孔揭露该层，主要在青秀山区域钻孔揭露，该层埋深较大，揭露深度平均在64m 左右，与泥质粉砂岩⑦3-2 相似，多以透镜体状分布于⑦2-3 中。层厚1．20 ～17．30m，平均层厚5．36m。天然状态下单轴抗压强度为1．78 ～18．25MPa，标准值4．35MPa。其 中YDK20+125．953 ～YDK20+170．20 段 揭 露 该 层，MCZ3-QXS-01、MCZ3-QXS-07 钻孔于洞身段附近都有揭露该层，厚度5．6 ～15．4m 不等。

泥岩、粉砂质泥岩⑦1-3（E）：青灰色，泥质结构，局部粉砂质结构，厚层状构造，成岩程度较深，呈半岩半土状，风干开裂，遇水易软化，局部含有深灰色、灰黑色薄层泥煤层或炭质泥岩。该层普遍分布于车站范围内。层厚0．70 ～24．70m，平均层厚7．16m。进行标贯试验24 次，击数50 ～188 击，平均91．30 击，修正击数平均79．24 击。天然状态下单轴抗压强度为0．59 ～7．25MPa，标准值为2．85MPa。自由膨胀率28．14%～43．63%，平均值35．88%，属A2 类膨胀土。相对膨胀率1．71%～2．47%，平均2．09%，胀缩总率3．96%～3．97%，平均3．96%，属中等胀缩土。其中MCZ2-DB2、MCZ3-QXS-06 钻孔于洞身段附近都有揭露该层的透镜体，厚度1．8 ～2．0m 不等。

（2）水文地质。本车站工程影响范围内的地下水主要为上层滞水、第四系松散岩类孔隙水、碎屑岩类孔隙裂隙水。

根据详勘报告测得的地下水位埋深为1．00 ～7．80m，水位高程98．10 ～117．50m，平均埋深3．90m，平均高程109．70m。受地势高低起伏影响，水位埋深差异大。根据详勘报告抽水试验成果，承压水稳定水位按高程89．22m 考虑。

2 施工方法、工艺及要求

青秀山站暗挖隧道施工，先对地下岩层进行降水，保证水位在隧道底50cm 以下。在传统三台阶一次仰拱成型的基础上，采用高频炮锤加铣挖机的机械开挖方法，减少人工开挖工作量，提高开挖效率，保证施工人员安全。

2.1 超深管井降水试验

隧道最大覆土54．5m，静止水深32m，穿越第三系的泥质粉砂岩半成岩岩层，对隧道施工在有水的情况下对隧道施工是最大的不利因素，在该地层在含水的条件下隧道开挖难度及安全风险是不可控的。

抽水试验阶段，积极主动邀请业界资深专家对青秀山站抽水试验及降水设计方案进行专家论证。根据该地区长期水位观测经验，地下水水位呈周期性变化，通过本次群井抽水试验，查明了本地区承压含水层的水文地质参数，最终确定了本站的降水井施工方案。

2.2 三台阶法施工

青秀山站站台层暗挖隧道为Ⅴ级围岩，正线断面为A、B、C、D、E 五种断面，断面面积从77．56m2～125．34m2，初期支护采用C25 喷射混凝土加格栅钢架，二次衬砌采用模筑钢筋混凝土或支架模板钢筋混凝土，初支与二衬之间设全包柔性防水层。原设计开挖工法为CD 工法，后根据现场降水效果好、掌子面前方岩层整体稳定性好、隧道作业空间条件对设备工装的工效影响严重及开挖支护施工快速封闭成环的需要等因素，变更为三台阶施工工法，进行非爆破开挖，机械结合人工修边的方式，严格按照“管超前、严注浆、短开挖、强支护、勤量测、快封闭”的原则组织施工。

（1）施工工艺流程。先开挖上台阶断面，待开挖至一定长度后再开挖中下台阶断面，三台阶断面同时并进的施工方法。施工工艺流程图见图4。

（2）开挖方法及作用流程。三台阶开挖时，上台阶开挖进尺每循环原则上不超过1 榀拱架间距，围岩情况稳定情况下可适当放大，每循环进尺不超过2 榀拱架及1 米；中台阶开挖进尺每循环原则上不超过2 榀拱架间距，围岩情况稳定情况下可适当放大，每循环进尺不超过3 榀拱架及1．5 米；下台阶开挖进尺每循环不得超过3 米及6 榀拱架。

（1）第1部：开挖①部后及时架设格栅拱架进行上台阶Ⅱ部喷、网系统支护，并复喷砼至设计厚度，形成较稳定的承载拱。

（2）第2 部：在滞后①部3 ～5m 后开挖③部，并进行中台阶Ⅳ部喷、网系统支护，在滞后③部2m 后开挖⑤部，并进行下台阶Ⅵ部喷、网系统支护。

（3）第3、4 部：及时施作仰拱砼、填充混凝土，及早封闭成环。

（4）第5 部：进行围岩量测数据的动态反馈，出现预警，及时分析原因，采取必要的加固处理措施，直至变形数据收敛。

3 监控量测

3.1 监测项目及测点布置

根据设计要求，三台阶法隧道施工主要监测项目及测点布置原则如下：

详见表1。

表1 隧道监控量测设计表

表2 隧道监控频率设计表

3.2 监测频率

注：（1）B-矿山法开挖隧道的开挖宽度，L-开挖面至监测点或监测断面的水平距离（m）；（2）监测数据趋于稳定后，监测频率宜为1 次/15d；（3）矿山法隧道断面变化以及当监测数据达到预警标准时，应提高监测频率；

3.3 监控项目控制值

详见表3。

4 结束语

青秀山站站台层暗挖隧道处于第三系泥质粉砂岩富水地层，原设计CD 工法施工，空间小，设备使用空间不足5m，各分部施工机械设备将会受到较大的空间限制，施工时间不可控，进度指标10m/月，各部工序的持续时间长导致作业不连续，特别是横通道进入右线的拱架转换后，CD 工法的中隔墙将对后续施工造成非常大的干扰和影响。本文通过提前对地层进行降水，保证隧道无水开挖。根据市政环境下的隧道施工条件，本隧道采用高频破碎锤加铣挖机的三台阶一次仰拱成型非爆破施工方法，可以实现25m/月进度指标，可大大提高了施工工效并节约了现场时间，取得了良好的经济和社会效益。