邱康敏

（中鐵二局集團(tuán)有限公司，四川 成都610031）

1 工程概況

青島市地鐵8 號(hào)線位于青島市城陽區(qū)，正線全長61.4 km，設(shè)車站18 座，設(shè)計(jì)時(shí)速120 km，大洋站—青島北站礦山法區(qū)間工程起自大洋站，沿大洋村水泥村道向東敷設(shè)，過華中南路后以半徑800 m 的右轉(zhuǎn)曲線，向東南方向入海；區(qū)間線路以直線形式穿越膠州灣海域，過海后接入青島北站。

大青區(qū)間采用單線雙洞的結(jié)構(gòu)形式，長度約7.8 km，大青區(qū)間西側(cè)過海段總長4 119 m，其中陸域段長1 582 m，海域段長2 537 m。左、右線共有曲線8 處，最小曲線半徑800 m。區(qū)間線路整體呈“V”坡，最大縱坡28‰，最小坡度4.95‰；其中西側(cè)過海段采用礦山法施工，東側(cè)過海段采用盾構(gòu)施工，兩種施工方法在海底完成對(duì)接，附屬結(jié)構(gòu)均采用礦山法施工，詳見圖1。

圖1 大青區(qū)間平面示意圖及過海隧道斜井

2 周圍環(huán)境

膠州灣是山東半島東南沿海的一個(gè)深入內(nèi)陸的半封閉海灣，東西寬27.8 km，南北長33.3 km，岸線長210 km；水深西北淺、東南深，平均水深7 m 左右，最大水深65 m，其中5 m 水深以內(nèi)的面積占總面積的66.44%；膠州灣海底地勢自北向南傾斜，腹大口小，灣口有一條深30～40 m 的深水槽伸入灣內(nèi)，在黃島、團(tuán)島之間轉(zhuǎn)向朝北，轉(zhuǎn)折處形成水深達(dá)64 m 的深水潭，其東南側(cè)受滄口斷層影響形成陡坎，坡度達(dá)11°18′，是灣內(nèi)最深的地區(qū)。

大青區(qū)間海域段穿越膠州灣，膠州灣內(nèi)自東向西有滄口水道、中央水道、大沽河水道、島耳河水道和黃島水道5 條水道向?yàn)晨趨R集，而后通向外海，水道之間為凸起的正地形；膠州灣北部因沉積物的淤積，海床平坦；在水深小于10 m的區(qū)域，形成大片淺水灘地，地形坡度一般較??；灣內(nèi)其他地方地勢較平坦。

3 工程地質(zhì)情況

3.1 地質(zhì)概況

大青區(qū)間位于華北板塊（Ⅰ級(jí)）、膠北地塊（Ⅱ級(jí)）、膠北隆起及坳陷區(qū)（Ⅲ級(jí)）、膠萊坳陷（斷）（Ⅳ級(jí)）、即墨凹陷（Ⅴ級(jí)）內(nèi)，自太古代到元古代以來一直處于長期、緩慢、穩(wěn)定的上升隆起狀態(tài)，缺失華北型地層沉積；線路穿越地層為白堊系青山群形成的火山噴出巖及火山質(zhì)沉積巖為主，主要由第四系全新統(tǒng)人工填土層（Q4ml）、海積層（Q4m）、洪沖積層（Q4al+pl）及上更新統(tǒng)洪沖積層（Q3al+pl）組成；基巖為白堊系青山群流紋巖、安山巖、凝灰?guī)r和王氏群泥質(zhì)砂巖及火山角礫巖等。

3.2 斷層分布情況

大青區(qū)間穿越F5-F10 斷層，其中海域段受F5、F6 兩條斷裂帶影響較大，其特征如下。

F5 基巖破碎帶位于測區(qū)西部冒島東側(cè)，線路右CK41+830～右CK42+200 之間，寬度約370 m，大致呈東北西南走向，地層剖面上顯示存在a、b 兩斷層；受a、b 斷層控制，冒島基巖呈階梯狀向海下潛，西側(cè)b 斷層上斷點(diǎn)埋深9～11 m，基巖面上下錯(cuò)動(dòng)4～5 m，傾向SE，鉆探查明上盤為凝灰?guī)r，下盤為安山巖；東側(cè)a 斷層上斷點(diǎn)埋深約20.5 m，基巖面上下錯(cuò)動(dòng)3～4 m，鉆探查明上下盤均為凝灰?guī)r。

F6 斷層：根據(jù)青島海灣大橋地質(zhì)構(gòu)造、區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造圖和工區(qū)鉆探地質(zhì)巖石類別，推測該段小里程CK40+800 處存在斷裂構(gòu)造，該斷裂左側(cè)為凝灰?guī)r，右側(cè)為安山巖，斷距為2～4 m，寬度約10 m，大致呈東北西南走向，詳見圖2。

圖2 大青區(qū)間斷層分布平面示意圖

4 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及預(yù)加固

4.1 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

大青區(qū)間隧道在通過斷層破碎等不良地質(zhì)地段時(shí)開展以下超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作，詳見圖3。

圖3 大青區(qū)間超前地質(zhì)預(yù)報(bào)

根據(jù)地質(zhì)詳勘資料初步判定斷層破碎帶位置，采用TSP、超前探水等地質(zhì)預(yù)報(bào)系統(tǒng)互相印證，精確確定地層富水條件，斷層、風(fēng)化槽變化范圍、規(guī)模。

距離界面10～15 m 進(jìn)行水平鉆探，精確確定斷層位置，利用水平鉆孔巖芯和含水量等劃定斷層性質(zhì)。

4.2 預(yù)加固

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果，結(jié)合不同地質(zhì)圍巖、圍巖破碎情況、水量及水壓大小的不同，采取全斷面注漿、帷幕注漿、局部注漿措施實(shí)施封堵加固圍巖。大青區(qū)間隧道過斷層破碎帶采用全斷面注漿，詳見圖4，其適用范圍和采用參數(shù)情況如下。

根據(jù)地質(zhì)預(yù)報(bào)判定，區(qū)間隧道過斷層破碎帶為Ⅴ級(jí)圍巖地層，前方圍巖破碎、斷層巖體風(fēng)化嚴(yán)重、存在斷層泥；超前探水孔單孔出水量大于60 L/min，探水孔水壓大于0.65 MPa，因此可采用全斷面注漿。

圖4 過斷層破碎帶全斷面注漿及布孔示意圖

過斷層破碎帶全斷面注漿施工參數(shù)如下：①注漿范圍為隧道開挖線以外5 m，注漿段長度為20 m，一個(gè)注漿段完成后留6 m 暫不開挖，作為下一注漿段的止?jié){巖盤。②每循環(huán)超前預(yù)注漿共設(shè)置70 個(gè)注漿孔，1＃～16?？咨?4 m，17?！?6＃孔深21 m。注漿孔開孔直徑?130，終孔直徑?108。注漿前在止?jié){墻或止?jié){盤內(nèi)埋?100 焊接鋼管作為孔口管，孔口管長2.2 m，孔口外露20 cm。③在海域段注漿終壓采用1.5～3.0 MPa。海底隧道封堵涌水時(shí)注漿終壓，參照公式P=（2～4）MPa＋Po（其中Po為涌水壓力）計(jì)算，并結(jié)合工程經(jīng)驗(yàn)確定。④注漿漿液采用特制硫鋁酸鹽水泥單液漿，W/c=0.6～1.2；并附以超細(xì)水泥漿液補(bǔ)充注漿，W/c=0.6～1.2。漿液水灰比應(yīng)根據(jù)注漿效果及現(xiàn)場實(shí)際情況及時(shí)調(diào)整。⑤注漿速率范圍為5～110 L/min，施工時(shí)可根據(jù)現(xiàn)場情況進(jìn)行調(diào)整。

5 海域段爆破設(shè)計(jì)

海域段埋深較淺，受斷裂帶影響大，特別是F5 斷層影響洞段超過370 m，上方是膠州灣海域，爆破施工風(fēng)險(xiǎn)極高，因此結(jié)合海域段海底巖體巖性、構(gòu)造特征有針對(duì)性地進(jìn)行了爆破設(shè)計(jì)，并在施工中不斷驗(yàn)證和改進(jìn)完善。

本次以海域段IV1b 型斷面為例，上臺(tái)階的炸藥單耗選取為1.1 kg/m3，下臺(tái)階的炸藥單耗選取為0.64 kg/m3，開挖進(jìn)尺1.5 m。循環(huán)進(jìn)尺可根據(jù)實(shí)際圍巖地質(zhì)條件合理變更，若圍巖條件突然變差，可適當(dāng)縮小循環(huán)進(jìn)尺；若圍巖條件足夠好，可適當(dāng)增加循環(huán)進(jìn)尺，詳見圖5、圖6。

圖5 海域段Ⅳ級(jí)圍巖爆破設(shè)計(jì)圖

圖6 海域段Ⅳ級(jí)圍巖爆破效果圖

6 安全質(zhì)量保障措施

鑒于暗挖區(qū)間所處的特殊環(huán)境條件，直接的保護(hù)措施難以實(shí)施，主要通過控制施工過程所產(chǎn)生的巖體擾動(dòng)和沉降變形來實(shí)現(xiàn)，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)和周邊環(huán)境狀況，通過采取以下措施可以對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效管控。

6.1 管理措施

建立與政府相關(guān)部門及相關(guān)單位的溝通協(xié)調(diào)和聯(lián)動(dòng)機(jī)制。編制暗挖隧道的專項(xiàng)施工方案，嚴(yán)格履行審查批準(zhǔn)程序。建立并實(shí)施領(lǐng)導(dǎo)帶班制度。編制專項(xiàng)應(yīng)急預(yù)案，提前進(jìn)行各項(xiàng)演練并儲(chǔ)備應(yīng)急物資。采用安全質(zhì)量隱患排查系統(tǒng)等應(yīng)用軟件，使各項(xiàng)管理制度、風(fēng)險(xiǎn)管控措施和專項(xiàng)方案能夠得到貫徹和落實(shí)。做好各項(xiàng)方案、預(yù)案的交底工作，并在作業(yè)前向作業(yè)層人員進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管控交底和培訓(xùn)。

6.2 技術(shù)措施

遵循“預(yù)加固、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測、快襯砌”的原則進(jìn)行施工。在進(jìn)行超前鉆探時(shí)，做好孔口管及止水球閥的安裝，其抗水壓能力至少為最大涌水壓力的2倍，以確保鉆探過程中不出現(xiàn)孔口涌突水情況，保證施工安全。要可靠驗(yàn)證圍巖預(yù)加固質(zhì)量，可通過地質(zhì)雷達(dá)和超前鉆孔進(jìn)行驗(yàn)證。爆破采用減震爆破技術(shù)，同時(shí)嚴(yán)格控制循環(huán)進(jìn)尺和每循環(huán)的開挖長度，防止對(duì)圍巖產(chǎn)生大的擾動(dòng)。制定專項(xiàng)監(jiān)測方案，設(shè)置自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)施全過程動(dòng)態(tài)監(jiān)測，隨時(shí)掌握開挖過程中圍巖的動(dòng)態(tài)和支護(hù)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定狀態(tài)，并據(jù)此確定相應(yīng)的施工措施，在完成海域段穿越后，及時(shí)施做二次襯砌，確保施工安全。

7 應(yīng)急管理

7.1 建立應(yīng)急體系

成立以項(xiàng)目經(jīng)理為首的緊急情況應(yīng)對(duì)小組，明確職責(zé)分工，有條不紊地應(yīng)對(duì)突發(fā)情況。

7.2 建立實(shí)施監(jiān)控系統(tǒng)

在工作面設(shè)置實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，隨時(shí)掌握現(xiàn)場情況，施工現(xiàn)場充分準(zhǔn)備搶險(xiǎn)、救災(zāi)物資和防護(hù)設(shè)備。當(dāng)發(fā)現(xiàn)隧道掌子面及初支裸露面的涌水量增大、局部滲水量增加、涌水水質(zhì)變化帶泥帶壓時(shí)，應(yīng)立即組織人員先期撤離。

7.3 規(guī)劃逃生線路

在施工組織中做好逃生路線、警示裝置設(shè)計(jì)，并對(duì)進(jìn)入洞內(nèi)的人員進(jìn)行定期演練，緊急情況下現(xiàn)場管理人員須立即發(fā)出險(xiǎn)情訊號(hào)，并按逃生路線有序撤離工作面。

7.4 突涌水應(yīng)急處置

海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)突出，一旦圍巖變形較大，極易引發(fā)突水、塌方。為確保掌子面的穩(wěn)定和隧道施工安全，進(jìn)行注漿加固和堵水是非常必要的，在此主要介紹突涌水應(yīng)急處置措施。

主洞在可能出現(xiàn)突發(fā)涌水的張拉性斷層破碎帶及其他不良地質(zhì)地段開挖前設(shè)置防水閘門。選擇地質(zhì)條件較好的地段，一旦掌子面地段發(fā)生不可控制涌水、涌泥險(xiǎn)情，施工人員應(yīng)迅速撤離到安全地段，同時(shí)迅速關(guān)閉閘門。

施工過程中各開挖掌子面均需保證良好的通訊聯(lián)絡(luò)，并有專門的報(bào)警設(shè)施。

施工期間須注意保持防水閘門的靈活性與安全性，并安排專人專班值守。在各通道口及重要部位加設(shè)防水閘門，一旦發(fā)生突泥突水災(zāi)害，遇險(xiǎn)人員應(yīng)利用預(yù)設(shè)的爬梯、臺(tái)架、逃生繩等脫險(xiǎn)；人員撤離后可將防水閘門關(guān)閉，以阻擋災(zāi)害蔓延，防淹門必須達(dá)到自動(dòng)化控制，以保證防淹門順利啟閉。

如果涌水量較大，人員可利用救生圈、救生衣等進(jìn)行逃生，逐步轉(zhuǎn)移到安全地點(diǎn)；當(dāng)被困人員不能及時(shí)脫險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)發(fā)出求救信號(hào)，報(bào)告有關(guān)情況便于營救人員盡快得知自己的位置，便于施救。

在施工中應(yīng)經(jīng)常演練疏散逃生過程，避免緊急情況下出現(xiàn)無序狀態(tài)。應(yīng)急物資儲(chǔ)備如圖7 所示，定位智能安全帽如圖8 所示。

圖7 應(yīng)急物資儲(chǔ)備

圖8 定位智能安全帽

8 結(jié)束語

青島地鐵8 號(hào)線大青區(qū)間是目前國內(nèi)在建最長的海底地鐵隧道，已于2020-06 實(shí)現(xiàn)貫通，其下穿膠州灣，連通了新機(jī)場、紅島、青島北站，是推動(dòng)青島快速發(fā)展的重要地鐵線路，其海域段西側(cè)礦山法段是大青區(qū)間的重要節(jié)點(diǎn)工程，存在埋深淺、受斷裂帶影響大、地質(zhì)條件復(fù)雜和工期緊、難度大、無成熟的經(jīng)驗(yàn)可借鑒等特點(diǎn)。本文從海域段超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、圍巖預(yù)加固、海域段爆破設(shè)計(jì)、安全質(zhì)量保障和應(yīng)急管理五個(gè)主要方面對(duì)過海隧道的施工安全技術(shù)進(jìn)行了深入分析、總結(jié)和研究，總結(jié)出了一套安全、快速、經(jīng)濟(jì)、有效的穿越海底隧道的施工方法，保證了隧道主體結(jié)構(gòu)抗裂性和覆蓋巖層穩(wěn)定，在海底隧道施工方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，為類似工程提供重要借鑒和參考。