彭东祥 张文海 孟盼望

摘  要：面对工程建设、环境与安全之间的平衡要求，大都市圈中地下隧道的矿山法施工，一直是工程建设的挑战，并无一劳永逸的解决方案。多洞同期矿山法施工，结构复杂且互相影响，工期紧张，安全及环境要求高，需要深入分析工程地质及水文地质条件、场地地基、不良地质作用、周边环境等，不断总结类似工程案例，以明确风险，优化施工技术方案。以珠三角在狭窄场地中三洞六线为对象，结合该区域地质条件及环境进行施工条件分析，提出有针对性的施工建议，以助类似工程的总结与提高。

关键词：珠三角;三洞六线隧道;工程地质;水文地质;爆破施工

中图分类号：U451.2 文献标志码：A         文章编号：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

珠三角是我国经济极为发达和活跃的区域，发达的地下交通网是社会发展极为关键的设施，有时甚至多条轨道线路紧邻布置。广州市轨道交通十八号线工程横沥站-番禺广场站区间，就是这种情况。该处布置了三洞六线隧道，成为广州轨道交通的一处重点工程。

隧道爆破施工技术在矿山资源开采、交通运输等都有大量涉及。我国在山区隧道建设中，如西南、西北山地分布的地区，爆破技术需求多，施工技术不断积累提高，隧道施工技术方面越发完善。但对于城市隧道而言，为进一步加强隧道施工技术及施工中的安全性要求，在隧道施工前必须进行技术勘查，结合勘查资料及现有的施工技术手段对施工做出充分的准备。

本文针对多条隧道同期施工的特色，突出该工程的工程地质条件、水文地质条件及相关环境条件，进行了相对完整的技术分析，以及进行的隧道爆破施工，可以对相关隧道施工作业提供一个方案参考，及其在施工过程中应注意的问题、相互配合协调在工程中的作用。

1 工程概况

广州市轨道交通十八号线工程横沥站-番禺广场站区间处于珠江三角洲冲积平原（滨海沉积区），地形较平坦，相对高差较小，沿线地面高程一般为6.12～8.18。隧道大部分下穿中风化花岗岩，少量位于微风化花岗岩岩层，采用矿山法施工较为经济有效。

十八號线工程横番区间为矿山法隧道，位于番禺广场站南端，18号线左线、右线，22号线左线、右线，陇枕出场线、入场线共6条线路并行，线路大致呈南北走向，最小线间距6m，线路平面最小曲线半径为600m，线路最大纵坡4.6‰。

本区间隧道中设置了3个单洞双线隧道，自西向东依次为：西侧隧道为18号线左线及陇枕入场线隧道;中间隧道为22号线左线及右线隧道;东侧隧道为18号线右线及陇枕出场线隧道。本区间矿山法隧道拱顶覆土23.2～26.2m，隧道开挖面主要位于中风化～微风化花岗岩中。在7#盾构井东侧设置1#施工横通道，利用1#施工横通道进入东侧隧道掘进。在6#盾构井西侧设置2#施工横通道，利用2#施工横通道进入中间和西侧隧道掘进（图1）。

（1）西侧隧道为18号线左线及陇枕入场线隧道，隧道起始于横番区间7#盾构井，往北下穿东兴路后沿广场东路敷设到达番禺广场站南端。18号线左线起终点里程为ZDK34+210.113～ZDK34+469.400，全长259.287m，陇枕入场线起终点里程为SSK0+021.000～SSK0+281.680，全长260.68m。本隧道为单洞双线隧道，因两条线路的线间距为渐变值，隧道开挖时以陇枕入场线作为掘进断面的法向方向，隧道开挖长度按陇枕入场线的里程计量。

（2）中间隧道为22号线左线及右线隧道，隧道起始于位于横番区间7#盾构井，往北下穿东兴路后沿广场东路敷设到达番禺广场站南端。22号线左线起终点里程为ZDK34+206.893～ZDK34+469.400，全长262.508m，22号线右线起终点里程为YDK34+205.543～YDK34+469.400，全长263.857m。本隧道为单洞双线隧道，因两条线路的线间距为渐变值，隧道开挖时以22号线左线作为掘进断面的法向方向，隧道开挖长度按22号线左线的里程计量。

（3）东侧隧道为18号线右线及陇枕出场线隧道，隧道起点位于18号线右线盾构隧道和陇枕出场线盾构隧道的北端，往北下穿罗家涌及东兴路后沿广场东路敷设，经过横番区间6#盾构井后继续往北到达番禺广场站南端。18号线右线起终点里程为YDK34+146.358～YDK34+469.400，全长323.042m，陇枕出场线起终点里程为SSK0+021.000～SSK0+343.355，全长322.355m。本隧道为单洞双线隧道，因两条线路的线间距为渐变值，隧道开挖时以陇枕出场线作为掘进断面的法向方向，隧道开挖长度按陇枕出场线的里程计量。

2 工程地质与水文地质分析

2.1 岩土分层特性

横番区间从下至上主要是花岗岩质、淤泥质、素填土组成具体划分为8带、层，其地质的复杂性和该区丰富的水文相关（图2）。

（1）人工填土层

人工填土：杂填土呈棕黄色，砖红色等杂色，主要成分为黏性土、砂土及砖块、碎石、砼块等建筑垃圾，局部地段杂填土上部为混凝土路面。土层呈欠压实～稍压实，湿，为近代人工填土，未完成自重固结。素填土呈棕黄色，主要由黏性土、有机质等组成，为近代人工填土，欠压实，湿，未完成自重固结。

（2）海陆交互相层

淤泥质土：灰黑色，流塑，主要由黏粒、粉粒组成，土质均匀，黏滑，含有机质，夹有较多淤泥，局部含砂粒，为高压缩性土。

淤泥质中粗砂：深灰色、灰黑色，饱和，松散～中密，级配良好，成分为石英颗粒，含较多黏粒、砾砂、圆砾等，局部夹薄层淤泥。

（3）冲积-洪积土层

可塑状粉质黏土：黄褐色，可塑，黏性好，土质不均，含较多石英砂粒，韧性干强度高，压缩性中等。

（4）残积土层

可塑状砾（砂）质黏性土层：褐黄、灰白、灰绿等色，可塑，土质较均匀，主要由粉粘粒及砂粒组成，含较多石英，干强度韧性低，遇水易软化崩解，压缩性中等。

硬塑-坚硬状砾（砂）质黏性土层：褐黄、灰白、灰绿等色，硬塑-坚硬，土质较均匀，主要由粉粘粒及砂粒组成，含较多石英，干强度韧性低，遇水易软化崩解，压缩性中等。

（5）岩石全风化带

花岗岩全风化层：岩芯呈褐红色、褐黄色，原岩结构基本破坏，但尚可辨认，岩芯完全风化呈坚硬土状，土芯遇水易软化崩解，压缩性中等-低。该层在本场地广泛分布。

（6）岩石强风化带

花岗岩强风化层：岩芯呈紫红夹褐黄色、肉红色，原岩风化强烈，裂隙很发育，岩芯呈半岩半土状或岩块状，岩质极软-软，岩块用手捏易碎，遇水易软化崩解，压缩性低。该层在本场地局部分布，该层岩石为极软岩～软岩，岩体极破碎。

（7）岩石中风化带

花岗岩中风化层：岩芯呈肉红色、青灰色，粗晶结构，块状构造，成分主要为石英、长石、角闪石、黑云母，裂隙较发育，局部由于机械破碎造成岩芯较破碎，岩芯呈短柱、碎块状，岩质稍硬，RQD约为6～53%。该层在本场地均有分布。本层饱和状态岩石抗压强度范围值为16.5～48.3MPa，为较软岩～较硬岩，为较破碎岩体。

安山岩中风化层：岩芯呈青灰色，深绿色，安山结构、少斑结构，块状构造，裂隙较发育，岩芯呈碎块状，局部由于机械破碎造成，岩质稍硬，RQD约为17～34%。该层在本场地零星分布。本层岩芯较破碎，未采取样品，为较软岩，较破碎岩体。

（8）岩石微风化带

花岗岩微风化层<9H>，岩芯呈肉红色、青灰色，粗晶结构，块状构造，成分主要为石英、长石、角闪石、黑云母，裂隙稍发育，岩体较完整，岩芯多呈长短柱，少量呈碎块状，局部由于机械破碎造成岩芯较破碎，岩质坚硬，RQD约为52～78%。该层在本场地分布较为广泛，本层饱和状态岩石抗压强度范围值为42.0～62.4MPa，为较硬岩～坚硬岩，为较完整岩体。

2.2 水文地质条件

（1）地表水

场地地表水比较发育，罗家涌位于本场地范围内，河涌宽约18m，深约2.5m，河涌水味稍臭，河涌底无防渗处理，场地距离市桥水道约0.5km，罗家涌与市桥水道相通，本隧道下穿罗家涌时，应考虑地表水的下渗影响。

（2）地下水

地下水按賦存方式划分为第四系松散层孔隙水和基岩裂隙水。

第四系松散层孔隙水主要赋存于海陆交互相淤泥质中粗砂中，其含水性能与砂的形状、大小、颗粒级配及黏粒含量等有密切关系。透水性一般为中等透水层。第四系其它土层中的人工填土透水性一般，而淤泥质土及冲洪积层透水性最弱。综合判断，除局部地段为潜水，本场地第四系松散层孔隙水主要为承压水。人工填土中主要为上层滞水。第四系含水层与基岩含水层间水力联系弱。

基岩裂隙水主要赋存于花岗岩强风化带及中等风化带中，地下水的赋存不均一。地下水的赋存不均一，在裂隙（断裂）发育地段，水量较丰富，具承压性。根据地区经验，渗透系数一般为0.4～1.0m/d。基岩风化裂隙水为承压水，承压水水头标高为-5.27m，多个含水层之间存在一定的水力联系。

（3）地下水位

本场地位于海陆交互相冲积平原地貌，地下水水位埋藏浅，钻孔初见水位埋深0.70～2.80m（高程1.43～7.22m），稳定水位埋深1.40～5.98m（高程1.63～3.20m）。地下水位的变化与地下水的赋存、补给及排泄关系密切，每年5～10月为雨季，大气降雨充沛，水位会明显上升，而在冬季因降水减少，地下水位随之下降，水位年变化幅度为1.0～1.5m。

2.3 场地与地基评价

（1）地震地质灾害

东莞盆地在NE、EW向构造的复合控制下，EW、NW和NE向三组断层均较发育。距离本场地比较近的主要为新会-市桥断裂带，其中F139断裂位于场地的南端，距离场地均约60m。本次勘察未揭露到明显的断裂痕迹。

（2）砂土液化评价

本场地范围内有13个孔不液化、3个孔存在轻微液化、10个孔钻孔存在中等液化，4个孔存在严重液化，场地综合液化等级为中等。本区间隧道埋藏较深，位于中微风化基岩内，可不考虑液化砂层对地铁主体结构的影响。

（3）软土震陷评价

本场地软土层包括第四系海陆交互相淤泥质土。淤泥质土具有含水量高，压缩性高，孔隙比大，压缩性高，抗剪强度低，灵敏度高的特点。由于淤泥质土含水量高，强度低，易发生变形导致隧道失稳，地面沉降和软土震陷。本场地软土剪切波速均大于90m/s，可不考虑软土震陷的影响。

综上所述，砂土液化对隧道结构影响小，可不考虑软土震陷，可综合判定场地稳定性较好。

2.4 不良地质作用

（1）地面沉降

场地内填土广泛分布，大部分地段浅部土体分布淤泥质土、淤泥质中粗砂等软弱土，物理力学性质差～较差，具有强度较低、压缩性较高等特点。在矿山法施工时，如果过度降水或围岩加固处理不当、施工扰动、地面超载等都可能导致地面沉降。

（2）隧道坍塌

根据本场地勘察资料，矿山法隧道围岩主要为中、微风化花岗岩，开挖过程中除局部可能发生小型崩塌外，整体具有一定时间良好的自稳性。当如果围岩暴漏时间过长或遇到大量地下水突涌时，可能引发围岩失稳，造成隧道崩塌。

3 施工技术条件分析

（1）在隧道施工过程中，会引起地层损失，实际工程中土层排水固结也会产生地表沉降分离问题[1]。通过对周边建筑物布置监测点实施严格监控，以及通过对水文地质赋存情况的了解，使得施工导致的地表沉降问题可以得到及时的控制。

（2）地表强降雨、地层岩溶发育、灌入式雨水下渗这些原因综合导致的隧道外水压力过高是病害发生的直接原因[2]，广州横番区属于雨水丰富但主要集中在表层，本次施工时进行的在对水文地质分析时，通过判定地下水对施工基本无影响，但为隧道工程建设案例提供了预防思路。

（3）岩土体特别是基岩在长期的挤压与地质运动中形成了高密度的块体且多半层理面广泛发育。工程建设中会遇到大量层理岩石，研究其力学特性对工程的设计、施工及稳定性预测有着重要意义，但多半只是进行单一岩土体的力学性质分析[3，4]。层理面在层理岩石的力学性质中占主控地位，但在隧道施工中岩土体组成复杂，单一岩土分析难以满足力学性质要求。对地下基岩整体的分布的了解与分析更能促进对岩土体稳定性的判定。

（4）在进行施工爆破时对场地工程地质、水文地质、场地地基、周边环境等一些进行一个系统的了解和分析，有利于在施工过程中的协调组织管理。对于突发问题及可能发生的工程问题有一个认知防治能力。

（5）对于施工过程中存在的问题难点一般因不同工程而议，对与此工程暗挖区间存在的问题总结如下：

a.矿山法暗挖区域周边环境较好，但爆破过程中需要严格控制单段药量，防止爆破振动对周边环境造成影响。

b.本项目涉及到危险性较大的爆破作业，风险较大，施工发生安全生产事故的事例也较多，存在爆破伤害事故爆破开采是本项目的重点。

c.本项目为隧道暗挖法，同时总包单位施工工艺复杂，开挖、清渣与支护工作交替进行，流水施工，容易互相影响。

4 结束语

地下隧道三洞六线同期施工，是一项重大技术挑战，需要精心组织，科学规划，严密实施。本文在结合资料进行地质条件分析、工程方案分析的基础上，借鉴类似工程经验，提出了如下建议：

（1）有序、科学的组织好整个工程的施工，确保施工资源的可靠保障，在保证质量、安全等基本要求的前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源并减少对环境负面影响的施工活动，发现问题及时整改，多方合力一起建设绿色工程。

（2）对于施工技术条件分析可以更好掌握施工场地相关情况，对于诸多影响因素应尽可能避免。特别是当水文条件复杂时，及时跟踪监测地表周边沉降问题。在施工中无论是工程地质、水文地质、场地地基、周边环境以及组织管理等，都不是单独存在的，存在系统的相互影响关系，定性定量的数字、智能化对工程施工是一种进步。

（3）岩土体稳定性分析虽然能在施工中起到较好的作用，但现实施工中岩土体的组成是很复杂的。不同地区的地层岩性总是差异很大，只能在不同的工程施工中进行总结使得岩土理论与实践不断提高，在进行施工中应广泛的进行案例分析与总结。

参考文献：

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