地鐵車(chē)站巖石地層非爆破條件下施工技術(shù)研究

席超

摘 要：隨著社會(huì)的發(fā)展，城市地鐵在巖層中施工，受周邊建構(gòu)筑物及敏感區(qū)域影響，不宜采用爆破法施工。本文針對(duì)非爆破條件下各項(xiàng)施工技術(shù)進(jìn)行研究分析，為非爆破條件下技術(shù)實(shí)施提供有力基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：地鐵車(chē)站；巖石；非爆破；施工技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U231.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）06-0099-01

隨著社會(huì)的發(fā)展，一線城市地鐵配套化施工已成為城市發(fā)展不可或缺的部分，各大城市地鐵建設(shè)逐年增長(zhǎng)。重慶、深圳、廣州、青島等城市地層多屬于巖石地層，一般情況下，暗挖車(chē)站施工均采用鉆爆法施工。但受周邊環(huán)境或敏感區(qū)域，爆破要求非常之高，施工難度大，施工安全及信訪隱患大，遂采用機(jī)械化非爆破施工已成為城市巖石隧道發(fā)展的必然趨勢(shì)。

本文結(jié)合青島地鐵某線路地鐵車(chē)站施工，針對(duì)敏感區(qū)域非爆破施工，對(duì)各類(lèi)非爆破施工方法進(jìn)行比對(duì)，為日后實(shí)際實(shí)施提供理論基礎(chǔ)。

1 工程概況及工程地質(zhì)

1.1 工程概況

青島地鐵某線路車(chē)站，為三線換乘車(chē)站，原初步設(shè)計(jì)為明挖法施工，受周邊拆遷影響，變更為暗挖工法施工，車(chē)站主體結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。

1.2 地質(zhì)水文情況

7、8號(hào)線車(chē)站為暗挖兩層車(chē)站，采用拱蓋法施工。拱頂埋深約13米，與8號(hào)線站臺(tái)采用暗挖通道進(jìn)行聯(lián)通，車(chē)站基坑開(kāi)挖范圍內(nèi)揭露的土體主要為第①層素填、第強(qiáng)風(fēng)化粗?；◢弾r、第中等風(fēng)化粗?；◢弾r、第微風(fēng)化粗?；◢弾r。車(chē)站主體基本位于微風(fēng)化花崗巖內(nèi)，飽和抗壓強(qiáng)度約60MPa。

地下水類(lèi)型主要為潛水。抗浮水位線位于地下4m。常水位線約地下6m。

1.3 周邊環(huán)境

閆家山站整體處于棚戶區(qū)改造區(qū)域，涉及閆家山村和香里村兩個(gè)村莊，房屋均為60、70年代建設(shè)低矮磚房，無(wú)基礎(chǔ)，基本均為危房，爆破施工對(duì)房屋影響較大。

沿周口路敷設(shè)直徑1200、直徑700主供水干管，沿鄭州路敷設(shè)直徑800供水管，兩根直徑300天然氣管，管線均較為老舊。

2 非爆破條件下施工技術(shù)研究

根據(jù)車(chē)站的實(shí)際情況，提供幾種非爆破開(kāi)挖施工技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)分析研究。

2.1 方案一：懸臂掘進(jìn)機(jī)

根據(jù)該工程隧道斷面尺寸和巖石力學(xué)指標(biāo)，并綜合分析施工經(jīng)濟(jì)性，推薦掘進(jìn)機(jī)型號(hào)為EBZ260A，見(jiàn)圖2所示。根據(jù)EBZ260A掘進(jìn)機(jī)的定位截割范圍，可采用上下大臺(tái)階、左右小臺(tái)階、分層多臺(tái)階施工。缺點(diǎn)：粉塵大，文明施工差；強(qiáng)度高于60Mpa時(shí)效率低；節(jié)齒消耗大；行走速度慢，6m/min，需要隧道能錯(cuò)車(chē)。

2.2 方案二：鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔+楔形劈裂機(jī)（潛孔鉆機(jī)+愚公斧）

采用鑿巖臺(tái)車(chē)鉆孔割巖，楔形劈裂機(jī)劈裂破巖。其工作原理為：利用鑿巖臺(tái)車(chē)在巖石上鉆孔，在圓孔上，插入巖石劈裂機(jī)的楔形塊組件，當(dāng)啟動(dòng)液壓泵站，液壓泵站工作產(chǎn)生高壓，驅(qū)動(dòng)巖石劈裂機(jī)楔形塊組的中間楔塊向前運(yùn)動(dòng)，將反向楔塊兩邊撐開(kāi)，產(chǎn)生巨大劈裂力（達(dá)500～600t），此劈裂力由巖石內(nèi)部向外，破壞巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)，（此力是拉應(yīng)力，巖石的拉應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于抗壓應(yīng)力，只有其抗壓應(yīng)力的10%左右），見(jiàn)圖3所示。缺點(diǎn)：三臂鑿巖臺(tái)車(chē)適應(yīng)打鉆高度為7m～12.4m，楔形劈裂機(jī)國(guó)內(nèi)暫未實(shí)現(xiàn)，中鐵裝備正在研發(fā)，產(chǎn)品可三個(gè)月出來(lái)。

2.3 方案三：非爆破掘進(jìn)臺(tái)車(chē)

在參考人工使用水磨鉆機(jī)施工的基礎(chǔ)上，研發(fā)的非爆破掘進(jìn)臺(tái)車(chē)，鉆孔直徑為500mm，單次最大鉆孔深度2.3m，一般60MPa左右的圍巖鉆進(jìn)效率1.7m/min。在花崗巖100MPa時(shí)，鉆進(jìn)效率0.9m/min。建議采用上下層分次施工，上層施工完成后再施工下層。同層分左右側(cè)間隔施工，錯(cuò)開(kāi)5～7m。

2.4 方案四：簡(jiǎn)易TBM

采用新造的簡(jiǎn)易敞開(kāi)式TBM，直徑約8m（可調(diào)整），一個(gè)斷面挖8個(gè)導(dǎo)洞，先挖上部，再挖下部，挖完采用懸臂掘進(jìn)機(jī)擴(kuò)挖。T采用國(guó)產(chǎn)軸承，主電機(jī)等，造價(jià)約5000萬(wàn)元。缺點(diǎn)：掘進(jìn)后不支護(hù)，若隧道圍巖差，有施工風(fēng)險(xiǎn)；若支護(hù)，后期破除效率及成本增加；需設(shè)置設(shè)備接收井，目前車(chē)站場(chǎng)地?zé)o條件；或采用其他手段，提前施工拆機(jī)洞，需要擴(kuò)挖，采用設(shè)備擴(kuò)挖無(wú)作業(yè)面，難度大。

2.5 方案四：上部頂管+下部爆破

車(chē)站采用小頂管在隧道拱頂一圈頂進(jìn)，兩個(gè)車(chē)站隧道斷面，拱頂一圈頂進(jìn)完成預(yù)計(jì)總里程達(dá)5.2km，采用4m的鋼管作為頂管，拱頂頂進(jìn)完成后，將所有頂管焊接或搭接成整體，利用頂進(jìn)完成的鋼管作為預(yù)支護(hù)。下部采用爆破施工，已完的頂管可對(duì)下部爆破施工起到減震和隔震的效果。由于上部的預(yù)支護(hù)已做好，下部爆破可采用比較快速的臺(tái)階法或其他分部等工法進(jìn)行開(kāi)挖。

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)本文上述描述及實(shí)際施工調(diào)研，圍巖在強(qiáng)度60Mpa以下時(shí)，懸臂掘進(jìn)機(jī)性價(jià)比最高，成效較為理想。但目前國(guó)內(nèi)地鐵車(chē)站巖石地層非爆破施工技術(shù)尚不成熟，在圍巖完整性好、強(qiáng)度高的地層，尚無(wú)較好施工工藝，非爆技術(shù)研究還需要有很長(zhǎng)的路去走，需要施工單位與機(jī)械設(shè)計(jì)單位緊密溝通，以解決城市地鐵車(chē)站及隧道非爆條件下施工。

參考文獻(xiàn)

[1]謝達(dá)文.城市淺埋及超淺埋隧道非爆技術(shù)設(shè)備選型與配套研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2013，（01）：40-45.

[2]漆泰岳，李斌.懸臂掘進(jìn)機(jī)在復(fù)雜斷面地鐵隧道中的應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)，2011，（04）：32-38.

[3]李振國(guó).EBZ-240型懸臂式掘進(jìn)機(jī)的研制[J].煤礦機(jī)械，2011，（12）：147-149.