作者：任立志,白伟,李围,段景川
出版社：中国铁道出版社有限公司
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地铁场段出入线超大断面隧道群施工关键技术试读：
前言
在城市地铁建设中，因车辆段与停车场占地大而需远离地铁线路设置，导致场段出入线隧道与区间相互交叉，且断面种类多。由中国水利水电第七工程局有限公司承建的深圳地铁7号线7302标包括三站三区间及两条场段出入线隧道工程，正线全长5371双延米，地下区间及出入线洞长13280单延米，车站总长768m。采用矿山法施工的隧道总长10260m，占7号线矿山法隧道总长度的70％，6条隧道在这里互连缠绕，分分合合，形成形式复杂、四通八达的隧道洞群，具有隧道线路长、工作面多、断面结构复杂、穿越地层地质变化多、穿越广深高速公路和北环大道等城市主要干道等特点。总共有77种断面，22单洞小断面33m ，单洞断面282m 。有浅埋隧道埋深仅6m，有大断面偏压隧道与地面距离薄处仅150cm，有单洞隧道两隧洞间距小到30cm，有隧道相互跨越，有单洞变双洞，有双洞变单洞，有双洞变三洞再变双洞等，在国内地铁隧道领域尚属首次，施工安全风险高。开设了21个开挖工作面，分别采用了全断面法、台阶法、CD法、CRD法、中洞法等施工方法。经过700多个日夜不间断施工，矿山法隧道贯通误差均在10mm内，比规范要求贯通精度提高了50％。施工过程无任何伤亡事故，也没有对城市地下地上复杂环境造成不利影响，工程合格率100％。2
本书针对超大断面浅埋（埋深11.6m、断面102.23m ）、小间距（开挖断面宽13.4m、高10.091m、净距4.0m）、浅埋偏压（高差15m、2开挖断面200m ）和非对称连拱（大断面跨度为15.10m、高11.2m，小断面跨度为12.63m、高9.57m）隧道施工难点，采用数值模拟方法、现场监测与工艺试验，进行了超大断面浅埋、小间距、偏压和非对称连拱隧道施工技术研究，解决了地铁场段出入线超大断面隧道群矿山法施工关键技术难题，为我国今后地铁车辆段和停车场出入线隧道群多种断面的施工提供技术支撑。
研究成果“地铁出入线超大断面隧道群施工关键技术”获得中国铁道学会铁道科技奖三等奖和中国电力建设集团科学技术奖一等奖，矿山法隧道超长管棚定向施工工法获批中国电力建设集团工法。
本书第1章～第3章和结论由任立志撰写，第4章由白伟撰写，第5章由李围撰写，第6章由段景川撰写，全书由李围统稿。
本书在撰写过程中，参阅了许多专家学者发表的论文，在此向他们表示真诚的谢意！
本书在整理过程中，得到了朱慧坤和张梦恒的帮助。中国铁道出版社的傅希刚、陈小刚和曹艳芳等编辑对本书的修改和完善提出了大量宝贵意见和建议。在此向他们一并表示感谢！
由于时间仓促，加之作者水平有限，书中如有不妥之处，恳请同行专家及读者给予批评和指正。作者2018年5月出版说明
截至2017年，我国城市轨道交通开通运营线路总长度达3862km（118条），开通城市29个，其中步入网络化运营的城市共有13个，客运量达176.8亿乘次，全国共有9个城市网络日均进站量超过100万人次，共有运营员工20.8万人，平均每公里线路54人。
我国城市轨道交通占公共交通比例还很小（见表1），与国际化大都市差距大，轨道交通发展潜力还很大。例如，尽管上海运营里程突破了680km，为世界上轨道交通运营里程最多的城市，但其轨道交通占公共交通比例仅刚过50％，其中多条线路已经超负荷运营，上下班时间拥挤不堪。而深圳已经完成了三期建设运营，轨道交通仅占公共交通的三分之一还不到。表1 世界各国大都市轨道交通占公共交通的比例
当前，我国轨道交通还处于高速发展期，特别是由于我国幅员辽阔，各区域地质差异较大，导致地铁的施工难易也不相同，因此，需要解决不同城市地质环境条件下地铁施工技术问题。
我国城市地质条件主要有：以上海、杭州等为代表的深厚软土层，以西安为代表的黄土地层，以成都为代表的砂卵石和漂石地层，以深圳、广州为代表的不同风化花岗岩组成的混合地层，以重庆、青岛为代表的岩石地层，以贵阳为代表的岩溶地层。其中，深圳混合地层主要为第四系全新统人工堆积层、海积层、海冲积层、冲洪积层、洪积层、上统更新坡积层、残积层震旦系混合岩和花岗片麻岩、震旦系混合岩和花岗片麻、燕山期花岗岩和加里东期混合花岗岩，地下水位位于地面以下0.7～12.1m。混合地层地铁施工难度最大，其主要地质问题如下：
1.车站
范围内岩面高，基岩侵入车站范围内最大厚度达14m，地下连续墙入岩最大深度为17.5m，强度最高达132MPa，大倾角陡坡硬岩（45°）分布广泛。基坑控制爆破困难，成槽困难。
2.盾构区间隧道
穿越地段基岩面起伏大、变化剧烈，硬岩、上软下硬、富水砂层、孤石、掘进中存在盾构机姿态难以控制、坍塌、涌水，地面沉降难以控制从而造成地面建筑物开裂损坏、盾构机易被卡住等。
3.矿山法区间隧道
位于全强风化花岗岩中，顶部主要为砂质黏性土、素填土、中砂、粗砂等富水软土层，施工失水极易引起隧道变形、地面塌方等风险。再加上在深圳主城区修建地铁地上地下环境条件复杂，例如三期重大工程7号线穿越深圳主城区，全线正下穿既有建筑物20余栋，5次下穿河流和湖泊，1次上穿高速铁路，2次下穿既有铁路，4次下穿已运营地铁线，8次下穿（或侧穿）既有桥梁，在华强北商圈核心地段与7号线同步实施华强北地下空间工程。
本套丛书结合我国目前正在大力修建的城市地铁重大工程，及时总结施工中研究形成的新技术并出版，为同城后期地铁工程的建设提供技术支撑和其他城市类似工程提供技术参考有其重要意义。
因此，中国铁道出版社与地铁建设相关单位合作，出版《轨道交通建造关键技术研究丛书》，期待为我国地铁工程新技术的进步贡献一份力量。丛书策划：李围、傅希刚2018年1月1日第1章绪论1.1研究背景
深圳地铁7号线7302标由中国电建水电七局承建，包含深云～安托山区间、深云车辆段出入线、安托山停车场出入线以及与2号线的联络线隧道群，总长10260m，矿山法隧道特点：（1）超大断面浅埋隧道，最小埋深11.6m、毛洞开挖达102.23m 2 。（2）超大断面小间距隧道，最大开挖断面宽13.4m、高10.091m，两隧道净距近为4.0m，Ⅳ级围岩、埋深为15～16.5m。（3）超大断面浅埋偏压隧道，最小埋深不足2.5m，且隧道左右边壁埋深相差超过15m，属于严重偏压，同时该段为单洞三线隧道，2开挖断面超过200m 。（4）超大断面非对称连拱隧道，大断面跨度为15.10m、高11.2m，小断面跨度为12.63m、高9.57m；长30m、埋深13～15m。
本工程地形地质条件复杂多变，隧道断面大、形式多样；其中隧道断面形式多达77种，仅超大断面达21种；单洞三线隧道最大开挖22断面为200m ，连拱隧道最大开挖断面为424m ，在国内地铁隧道领域尚属首次，施工安全风险高。
因此，依托深圳地铁7号线场段出入线工程，开展地铁场段出入线超大断面隧道群施工关键技术研究具有重要意义。1.2主要研究内容与方法
本书主要基于深圳轨道交通7号线的施工项目，对复杂地质条件下地铁超大断面隧道施工技术进行详细的研究，主要是对超大断面浅埋隧道、超大断面小间距隧道、超大断面浅埋偏压隧道、超大断面非对称连拱隧道的研究。针对这四种类型的超大断面隧道，本书详细的对每一种隧道的工程概况进行介绍，并且对他们的施工技术进行研究。研究的内容主要为隧道的施工工艺流程、隧道开挖中的爆破及初期支护、施工数值模拟及分析、监控量测及地面沉降分析。其中施工数值模拟运用FLAC3D数值模拟软件建立三维地质模型并进行力学分析。监控量测的数据运用Excel软件进行画图，使数据更加直观便于分析。
本书采用了基于工程类比和理论分析，提出了不同条件下的超大断面隧道开挖的施工方案和支护措施，在施工中顺利实施，隧道围岩稳定、变形量不大，未发生地表塌陷等事故，确保了施工安全和地表安全，验证了研究成果的正确性，总结出有效的施工方案，对今后类似工程可提出明确指导。
针对不同条件下的超大断面隧道，采用有限元法对暗挖施工方法的各工序进行了数值模拟分析，分析各工序围岩受力和变形的重点部位，预判变形处允许范围，综合考虑施工便利性、投资等多种因素，确定合理施工方案。研究攻克了施工中的关键技术难题，掌握地铁施工成套核心技术，编制系列工法、技术文献等，形成成套的可以用于指导类似工程施工的技术性文献，做好技术储备等基础性工作。1.3研究现状1.3.1 国内研究现状
我国的大断面隧道建设相对国外较晚，从20世纪90年代开始我国修建大断面隧道，目前大断面隧道主要集中在铁路、公路隧道方面。[1]
颜卫东、孙晓阳，等 以南京牛首山文化旅游区七宝莲道为背景。该地区隧道是典型的超浅埋超大断面隧道，为矿渣堆填区，区内岩堆体松散且位于进山主干道下，易受施工及外部动荷载扰动。为确保施工安全，对地层采取袖阀管分层注浆加固的改良方式及采用早期强度高、刚度大的初期支护，控制围岩早期变形。陈林杰，梁波，王[2]国喜 以重庆地铁6号线五路口地铁车站为依托工程，运用数值计算并结合现场监测成果等手段，开展浅埋暗挖超大断面地铁车站隧道开挖方法的研究。结合五路口车站工程的地质条件和断面特点，提出开挖浅埋暗挖超大断面地铁车站隧道的新方法：台阶临时支撑+部分双侧壁法，该方法在国内首次被引入地铁轨道工程施工中。同时还结合具体工程实际情况，对施工过程进行动态模拟，确定了施工开挖方法，同时依据动态监控量测结果对施工参数进行优化调整，达到提高施工安全水平、加快施工进度和降低工程成本的目的。李讯、何川，等 [3] 通过数值模拟和现场监控相结合的方式，以广州地铁2号线公园前站—纪念堂站区间隧道工程为背景，研究了地铁区间过渡段浅埋超大断面隧道的破坏形态、开挖工法、施工参数及支护体系力学特性。研究结果表明：应以中风化和微风化岩层的交界处产生向两侧以泰沙基破裂角扩展的破裂面作为荷载设计的依据；不同开挖工序的地表沉降有较大区别，拱部中导洞最后施工对控制地表下沉最有利；管棚直径对地表沉降影响不大，减少管棚环向间距对控制地表沉降更为有效；临时横撑是施工期重要的支护结构，1次拆除长度不宜超过6m。[4]
石宵爽、曾祥国，等 结合重庆花土岗隧道实际工程，对该大断面小净距隧道开挖过程进行了数值模拟分析，建立了不同开挖间距的隧道模型，通过对比分析围岩变形、应力及地表沉降，得出先行洞超前开挖30m是可行的，此外还指出了小净距隧道施工过程中应重点[5]监控和关注的位置。杜菊红 在其博士论文中依托平年隧道，对小间距隧道施工特性进行了研究，包括利用室内相似模型试验获得了对小净距隧道围岩应力与变形分布、双线相互影响与力学机理的认识；利用有限元软件分析了不同影响因素下小间距隧道的力学特性等。龚[6]建伍 在2010年对某山区高速公路双洞隧道（长450m，最大开挖跨度16.7m，中夹岩柱最小厚度6m）进行了施工过程中的围岩变形监测。通过监测数据分析了该大跨小净距隧道施工中的变形特点和规律，为支护合理施作时机和衬砌参数的优化研究做了铺垫。[7]
陈莹、林从谋，等 以国内罕见的大跨度超大断面浅埋偏压隧道——前欧隧道为工程背景，通过现场试验获得围岩变形数据，运用速率上限截断方法及小波理论对数据进行处理，并运用ANSYS对[8]开挖过程进行二维模拟，获得了一些变形规律。王维富、梅竹 为探索台阶法在超大断面浅埋偏压隧道施工中的可行性，以蒙华铁路石岩岭隧道为研究对象，对台阶法和传统分部开挖法进行比选，提出三台阶临时仰拱+竖向支撑的开挖工法，并采用MIDAS有限元软件建立地层—结构模型，对施工各阶段隧道—围岩体系的应变—应力进行模拟分析，以判断开挖过程的结构风险。对台阶法施工过程中出现的拱顶沉降大、初期支护出现裂缝、爆破对软硬不均地段的影响和地表土体开裂等问题进行分析并提出相应的对策。[9]
高峰，周谊一，胡学兵 针对厦门市东坪山地下立交工程的重点与难点问题进行专项计算分析，采用荷载—结构法对Ⅳ级围岩地下立交分岔处非对称连拱隧道的承载能力与正常使用极限状态进行验[10]算，并给出配筋设计。何珺，张成平，等 针对砂卵石地层特性配制了围岩相似材料，利用自主研发的大型平面模型试验台架，对不同荷载条件下非对称连拱隧道的受力特性进行了深入研究，重点分析了衬砌外表面压力和结构内力的分布及变化特点，总结了隧道裂缝的发展规律和结构破坏过程。试验结果表明：非对称连拱隧道大洞衬砌外表面压力显著大于小洞，但两者分布规律相似，最大值均位于拱顶，其次为内侧拱肩，外侧拱腰处最小；左右洞室受力不对称导致隧道中墙存在明显偏压；注浆加固圈可以有效降低衬砌外表面压力，改善结[11]构受力条件，提高结构稳定性。聂善文，张端良，樊帅，等 根据某高速公路非对称连拱隧道衬砌结构形式，针对地表平、地表顺倾斜和地表逆倾斜等地表倾斜情况建立了相应的有限元分析模型，选取围岩稳定性、衬砌安全性和偏压情况等反映隧道稳定性的性能指标，采用数值模拟方法综合分析了不同地表倾斜情况下不同开挖方案对隧道稳定性的影响。结果表明，地表倾斜状况显著影响非对称连拱隧道围岩和衬砌的受力和变形情况，非对称连拱隧道地表平时应采用先大洞后小洞的开挖方案，地表倾斜时必须综合考虑地表倾斜情况和大小洞的跨度差异，才能合理确定开挖方案。1.3.2 国外研究现状
隧道洞口段往往埋深浅、地质条件差，开挖易发生隧道坍塌、边仰坡失稳等工程事故，特别是在软弱围岩中建设的大断面隧道洞口更容易发生事故，因此，选择合适的施工方法进行洞口段开挖显得尤为重要。在国外，日本、德国等一些西方发达国家在这方面研究起步较早。1981年，德国最早创造出了CD法，并在慕尼黑地铁施工中成功应用，同时在大跨度隧道创造出了双侧壁导坑法；1984年，日本将德国的CD法首次在真米公路隧道施工中成功应用；1995年，德国采用了环形开挖留核心土法在恩格贝格山岭公路隧道施工中。日本采用了双侧壁坑导法、CD法、CRD法等多种施工方法并多次应用在东名[12]高速公路隧道改造加宽工程中。 [13]
W Wittke 用有限元法和现场监测手段对某浅埋大断面隧道的施工过程进行了研究，项目的阶段包括了勘探和试验、设计、稳定性分析和施工到施工后监测，最后认为中隔墙法能够有效控制沉降。[14]YKKotenkov，等 对某大断面水电站地下隧洞进行现场监测，研究了锚杆支护的作用效果。例行监测隧道和DVA驾驶施工期间工作情况的行为，证实可以通过轻质衬砌增加伸展量达400m和520m，并且由于减少了材料和劳动力的开支，可以节省大量资金。Chehade F H，[15]Shahrour I 利用数值模拟的方法对小净距隧道双线的空间相对布置位置和施工过程进行了参数分析。由于隧道的相对位置和施工程序影响衬砌的土体运动和内力，研究这些因素对隧道设计的影响是非常有意义的。针对这一问题，其进行了参数研究，研究了这两个因素对隧道施工引起的土体沉降和内力的影响。先后给出了隧道水平、垂直、倾斜三种构型的数值模型，并进行了分析。结果表明，施工程序影响土体的沉降和内力，上部隧道的施工首先产生较大的沉降和弯矩，垂直排列隧道的土体沉降最大，水平排列隧道的沉降最小。A [16]Paternesi 依托某小净距浅埋隧道工程对支护参数进行了优化。R [16]Tiwari，等 在2016年利用三维非线性有限元法对并行隧道爆破相互影响进行了研究，认为隧道支护和围岩的变形和破坏程度主要受装药量和双洞净距影响。其研究了在隧道内爆炸荷载作用下钢筋混凝土（RC）衬砌地下双隧道的三维非线性有限元分析，利用有限元软件ABAQUS/Eulerian Lagrangian显式耦合有限元分析工具对爆炸载荷进行了数值模拟。第2章依托工程概况2.1场段出入线隧道群概况
安托山停车场出入线矿山法隧道左右线刚开始为分离式隧道，右线从正线竖井出来后沿西向北走一段，右拐下穿北环大道后进去安托山公司采石场里面的停车场出入线1号竖井，左线从安托山站前明挖基坑出来后下穿北环大道进入塘朗山后左拐，在塘朗山由东向西拐一大弯后再下穿北环大道进入安托山公司采石场里面的停车场出入线1号竖井。在1号竖井出来后左右线合并为单洞隧道，隧道沿安托山山脚右拐到达安托山停车场。暗挖区间起止里程右线为ADK0+231.316～ADK0+764.500、ADK0+775.000～ADK1+176.000、ADK1+184.000～ADK1+550.494，左线为左ADK0+187.247～左ADK1+201.199（长链范围内里程）、左ADK1+212.226（长链范围内里程）～左ADK1+550.494，右线全长1300.678m，左线全长1789.421m。
深云车辆段出入线左本区间地下水位较高，隧道洞室大部分位于地下水位以下。左线线长2390m，右线长2148m，于深安竖井、安托山站前明挖段及左SDK1+897斜井处分别开打暗挖工作面。区间隧道采用单线单洞、双线单洞及三线单洞形式，线路最大曲线半径为1000m，最小曲线半径为205m。上覆地层以软弱松散的残积层为主。根据所取地下水的水质分析报告综合评价，本线路地段的地下水对钢筋混凝土结构及对钢筋混凝土结构中钢筋均具微腐蚀性。
场段出入线隧道群线路图示意于图2.1中。图2.1 场段出入线隧道群线路图2.2工程地质概况（1）第四系全新统人工堆积层12345
按填土填料成分不同分为① 、① 、① 、① 、① 五个亚层，地表为水泥路面及垫层。1
① 素填土：褐红色、黄褐色、灰褐色，可塑～坚硬，主要成分为黏性土，由花岗岩残积土回填而成，混砂砾，局部夹碎石，碎石粒径20～110mm，结构松散。呈透镜体状，主要分布于右线SDK1+295～SDK1+630段、左线SDK0-010.6～SDK0+100、SDK0+150～SDK0+440、SDK1+510～SDK1+860段，厚0.80～24.50m，层顶高程38.48～157.61m，层底高程34.39～150.35m，层底埋深0.80～24.50m。实测标准贯入击数为7～37击，平均18.5击。2
① 素填土：灰褐色、黄褐色，主要成分为填砂，含约20％的黏性土，呈胶结状，密实，稍湿～饱和，表层为混凝土及砂垫层。呈透镜体状，主要分布于右线SDK0+050～SDK0+270段、左线SDK0+150～SDK0+180段、SDK0+240～SDK0+300段，厚2～6.3m，层顶高程53.16～47.00m，层底高程44.76～46.96m，层底埋深2～6.3m。3
① 素填土：灰褐色、红褐色、青灰色、灰白色，主要成分为花岗岩碎石，一般粒径20～80mm，充填少量黏性土、砂砾，中密，稍湿。呈透镜体状，主要分布于左线SDK0+025～SDK0+080段、SDK1+820处、右线SDK1+590处，厚3.7～4.8m，层顶高程42.79～121.91m，层顶埋深0～5.8m，层底高程39.09～117.11m，层底埋深3.7～10.6m。4
① 素填土：肉红色、浅肉红色，主要成分为花岗岩块石，一般粒径200～450mm，充填少量黏性土、砂砾，松散，很湿～饱和。呈透镜体状，主要分布于SDK0+162～SDK0+165段，厚0～1.5m，层顶高程46.91～99.69m，层顶埋深1.80～4.00m，层底高程45.91～98.19m，层底埋深3.30～5.00m。5
① 杂填土：青灰色、杂色，成分为黏性土、碎石、建筑垃圾、生活垃圾等，松散，稍湿。呈透镜体状，主要分布于右线SDK0+000～SDK0+120段，厚13.20～15.60m，层顶高程50.07～50.11m，层底高程34.51～36.87m，层底埋深13.20～15.60m。实测标准贯入击数（单值）为5击。（2）第四系全新统冲洪积层5
④ 粉质黏土：灰色，可塑，含少量粉细砂。在MGZ3-TSA-2号孔附近呈透镜体状分布。层厚1.60m，层顶高程34.98m。实测标准贯入击数（单值）为10击。el（3）残积层（Q ）
由花岗岩风化残积形成，按照其大于2mm颗粒含量（％）可分12为⑦ 砾质黏性土和⑦ 砂质黏性土2个亚层。1
⑦ 砾质黏性土：红褐色、褐黄色、黄色，夹灰白色斑点，可塑～坚硬，由花岗岩风化残积形成。呈透镜体状，主要分布于左线SDK0-010.6～SDK0+040、SDK0+070～SDK0+180、SDK0+210～SDK0+250、SDK0+410～SDK1+520、SDK0+900～SDK2+380段，右线SDK0+010～SDK0+250、SDK0+300～SDK0+550、SDK0+600～SDK1+260、SDK1+650～SDK2+150段，厚1.50～10.60m，层顶高程33.38～257.07m，层顶埋深0～15.60m，层底高程31.48～249.07m，层底埋深3～18.00m。实测标准贯入击数为12～29击，平均19.5击，修正击数为10.1～24.1击，修正后平均17.1击。2
⑦ 砂质黏性土：褐红、褐黄、灰白色，可塑～硬塑。由细粒花岗岩风化残积形成。层厚0～6.20m，层顶高程-14.11～-11.32m，层顶埋深16.10～18.60m。该层共进行标准贯入试验4次，实测击数13～30击，平均23.5击，修正击数9.4～20.5击，平均16.3击。（4）燕山期花岗岩
灰白、肉红、黄褐色，中～粗粒结构，块状构造，主要矿物成分1为石英、长石及暗色矿物。本次钻探揭露按风化程度可分为⑧ 全风234化花岗岩、⑧ 强风化花岗岩、⑧ 中等风化花岗岩和⑧ 微风化花岗岩4个亚层，分述如下：1
⑧ 全风化花岗岩：岩体呈土状、砂土状，除石英及少量长石外，其余矿物已风化成黏土。呈透镜体状，主要分布于右线SDK0+000～SDK0+580、SDK0+800～SDK0+900段，左线SDK0-010.6～SDK0+160、SDK0+230～SDK0+300、SDK1+000～SDK1+200，厚0～11.90m，层顶高程32.11～151.50m，层顶埋深0～18.00m，层底高程29.51～146.20m，层底埋深1.70～20.90m。实测标准贯入击数为32～57击，平均46.4击，修正击数为22.6～47.5击，平均37.4击。⑧ 2 强风化花岗岩：岩体呈密实砂土状，局部夹碎块，碎块手可掰断。主要分布于右线SDK0+000～SDK0+240、SDK0+630～SDK0+660、SDK0+850～SDK1+030、SDK1+558～SDK2+140、SDK0+850～SDK1+030段，左线SDK0+000～SDK0+180、SDK0+560～SDK0+870、SDK1+770～SDK2+350，最大揭露厚度16.3m，层顶高程27.48～233.15m，层顶埋深0～18.75m。实测标准贯入击数为52～90击，平均72.5击，修正击数为33.8～64.5击，平均57.4击。3
⑧ 中等风化花岗岩：岩体呈碎块状、块状，节理裂隙发育。场地普遍分布，最大揭露厚度14.8m，层顶高程22.49～228.05m，层顶埋深0.80～25.10m。本场地中等风化花岗岩为较硬岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。4
⑧ 微风化花岗岩：岩体呈块状、大块状，节理裂隙局部发育。场地普遍分布，最大揭露厚度181.70m，层顶高程19.99～227.25m，r层顶埋深4.50～32.80m。岩石饱和单轴抗压强度标准值f =68.5MPa，为坚硬岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ级。3（5）加里东期混合花岗岩（Mγ ）
青灰色，细粒变晶结构，块状构造，主要成分为石英、长石、云34母。本次钻探揭露按风化程度可分为⑨ 中等风化混合花岗岩、⑨ 微风化混合花岗岩2个亚层，分述如下：3
⑨ 中等风化混合花岗岩：岩体呈碎块状、块状，节理裂隙较发育。主要分布于主要分布于左线SDK1+034.9处，最大揭露厚度26.6m，层顶高程63.50m，层顶埋深117.4m。岩石饱和单轴抗压强度r平均值f =18.2MPa，为较软岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。4
⑨ 微风化混合花岗岩：岩体呈块状、大块状，节理裂隙发育。呈透镜体状，主要分布于主要分布于左线SDK1+432.1、右线SDK1+193.7处，厚13.6m，层顶埋深173.20m，层顶高程59.95m，层r底埋深186.80m，层底高程46.35m。岩石饱和单轴抗压强度单值f =73.0MPa，为坚硬岩，岩体较完整，岩体基本质量等级为Ⅱ级。（6）震旦系花岗片麻岩（Z）
青灰色，细粒变晶结构，片麻状构造，主要成分为石英、长石、云母。本次钻探揭露按风化程度可分为全风化花岗片麻岩、中等风化花岗片麻岩和微风化花岗片麻岩3个亚层，分述如下：全风化花岗片麻岩：岩体呈土状、砂土状，除石英及少量长石外，其余矿物已风化成黏土。呈透镜体状，主要分布于主要分布于左线SDK1+094、右线SDK1+335处，厚4.0m，层顶高程249.07m，层顶埋深8.0m，层底高程245.07m，层底埋深12.0m。中等风化花岗片麻岩：岩体呈碎块状、块状，节理裂隙发育。呈透镜体状，主要分布于主要分布于左线SDK1+094、右线SDK1+335处，厚3.1m，层底高程241.97m。本场地中等风化花岗片麻岩为较硬岩，岩体较破碎，岩体基本质量等级为Ⅳ级。微风化花岗片麻岩：岩体呈块状，节理裂隙较发育。呈透镜体状，主要分布于主要分布于左线SDK1+094、右线SDK1+335处，厚15.7m，层底高程226.27m。2.3不同隧道类型概况
1.超大断面浅埋隧道
深圳地铁7号线深云车辆段出入线右SDK1+725.411～SDK1+790.000为超大断面浅埋隧道，最小埋深11.6m、毛洞开挖达2102.23m 。上覆地层以软弱松散的残积层和强风化花岗岩为主，分别达到4m左右，而完整性较好、强度较高高的微风化花岗岩不到2m。
2.超大断面小间距隧道
深云车辆段出入线SKD1+839.393～SKD2+018.751区间中SKD1+991.700为超大断面小间距隧道，最大开挖断面宽13.4m、高10.091m，两隧道净距近为4.0m，Ⅳ级围岩、埋深为15～16.5m，施工安全风险较大。平面示意图如图2.3-1所示，地质纵断面图如图2.3-2所示。施工特点如下：（1）采用新奥法施工技术指导施工，以合理的开挖顺序及开挖方法、初期支护紧跟、对中夹岩墙加固处理，确保了隧道围岩稳定和施工结构稳定，施工安全可靠。（2）采用监控量测信息技术指导施工，使施工处于受控状态。（3）采用中夹岩墙法施工，具有一定的社会经济效益。（4）可有效地控制地面沉降，对周围环境影响小。图2.3-1 平面示意图图2.3-2 地质纵断面图
3.超大断面浅埋偏压隧道
安托山停车场出入线ADK1+470.494～ADK1+550.494为超大断面浅埋偏压隧道，最小埋深不足2.5m，且隧道左右边壁埋深相差超过15m，属于严重偏压，同时该段为单洞三线隧道，开挖断面超过2200m 。
4.超大断面非对称连拱隧道
深云站～安托山站DK8+273.912～DK8+248.279为超大断面非对称连拱隧道，大断面跨度15.10m、高11.2m，小断面跨度为12.63m、高为9.57m；长30m、埋深13～15m。第3章超大断面浅埋隧道施工技术3.1施工工艺流程及重难点
超大断面浅埋隧道的施工工艺总流程如图3.1所示。图3.1 超大断面浅埋隧道施工工艺总流程图
该区段隧道跨度大、埋深浅、地质条件复杂，开挖过程中出现坍塌、突水等紧急情况的可能性大，地面沉降难以控制，因此在开挖过程中，必须通过控制措施保证地铁隧道结构安全，避免对地面建（构）筑物、地下管线造成破坏或留下安全隐患。其施工难度很大，主要表现在以下几个方面：（1）隧道施工对临近建筑物的影响。地铁隧道开挖施工时必须保证建筑物的安全和正常使用，保证企业的正常运营和居民的正常生活。（2）隧道跨度大，最大断面宽度11.93m，为单洞双线隧道，施工工序多、结构繁琐，受力情况复杂。（3）隧道的地质情况复杂，开挖部分为围岩质量较好的微风化坚硬花岗岩，但上部同等级覆层较薄，超过90％的地层为第四系残积层和强风化花岗岩。（4）隧道开挖部分岩质坚硬，需要采用钻爆法开挖，但爆破对复杂地层扰动大，需要严格控制。
综上所述，大跨度浅埋隧道施工环境苛刻，相邻建筑物对施工要求高，技术难度大。安全、顺利、如期完工，必须研究确定科学的开挖方法，合理安排各工序，控制地面沉降，确保建筑物、管线等不受较大影响，保证居民正常生活。3.2隧道开挖3.2.1 爆破设计
隧道开挖必须尽可能减轻对围岩的振动，充分发挥围岩的自承能力。钻爆作业是保证开挖断面轮廓平整准确、减少超欠挖、降低爆破振动、维护围岩自承能力的关键。采用线形微震爆破新技术和光面爆破技术进行爆破作业，根据围岩情况，及时修正爆破参数，以达到最佳爆破效果，形成整齐准确的开挖断面。
1.施工工艺设计
施工过程中采用多布孔、少装药、弱爆破的线形微震爆破技术和光面爆破技术，爆破炸药采用低爆速、抗水性好的2号岩石乳化炸药，药卷直径按照掏槽眼为ф35mm，辅助眼为ф32mm，光面爆破周边眼为ф25mm，最小抵抗线取60cm，周边眼间距为60cm。炮泥使用2/3砂和1/3黄土制作并使用水炮泥。结起爆网路采用塑料导爆管传爆雷管复式网路。传爆雷管用黑胶布缠好。
掏槽眼采取3中空眼直筒掏槽眼的布置方式，最小间距20cm，其他炮眼间距为70～100cm。炮眼深度根据开挖循环进尺加深10％～15％，掏槽眼深度较其他炮眼超深10％，线装药系数控制在0.4kg/m以内，多分段，减少单线最大装药量，控制为3.5kg以内，增大相邻段起爆时间间隔，以此控制爆破应力波的叠加、爆破振动速度和振动频率，减弱对围岩的损伤。详细爆破参数见表3.2-1。表3.2-1 详细爆破参数
为了达到良好的破岩和光面爆破效果，实际中周边眼单眼装药量减弱为0.8倍，掏槽眼和底板眼加强装药量至1.2倍，辅助眼为1.0倍。
爆破器材选用：采用塑料导爆管非电毫秒雷管起爆系统，毫秒雷管采用特定的26段等差（50ms）毫秒雷管，引爆采用电雷管。炸药采用2号岩石乳化炸药，选用ф25mm、ф32mm、ф35mm三种规格，其中ф25mm为周边眼专用光爆药卷，ф35mm为掏槽眼专用药卷，ф32mm为辅助眼专用药卷。
隧道开挖采用台阶法开挖，Ⅲ级围岩花岗岩地层，属于硬质岩体，采用线形微震爆破新技术和光面爆破技术进行弱爆破开挖。具体方案如下：（1）上台阶光面爆破设计
采用弱爆破设计，设置斜眼直筒掏槽布置，掏槽眼布置剖面如图3.2-1所示，辅助眼、底板眼以及周边眼均采用直眼掏槽。具体爆破网络如图3.2-2所示。掏槽眼、辅助眼、底板眼、周边眼的装药结构如图3.2-3所示，爆破设计参数见表3.2-2。图3.2-1 掏槽眼布置剖面图（单位：cm）图3.2-2 上台阶开挖爆破炮眼布置图（单位：cm）图3.2-3 炮眼装药结构图（单位：cm）表3.2-2 上台阶开挖爆破参数（2）下台阶光面爆破设计
下台阶爆破采用光面爆破设计，辅助眼采用直眼掏槽，光面爆破周边眼略微向外张开布置，外插角为2°～3°。充分利用上部开挖后形成的大型水平临空面，采用分层爆破方式布置辅助眼，同时采用光面爆破技术，周边眼间距取为60cm。具体爆破网络如图3.2-4所示，各炮眼装药结构如图3.2-5所示，爆破设计参数见表3.2-3。图3.2-4 下台阶开挖爆破炮眼布置图（单位：cm）图3.2-5 炮眼装药结构图（单位：cm）表3.2-3 下台阶开挖爆破参数
根据岩层节理裂隙发育程度、岩性软硬情况，修正眼距，用药量，特别是周边眼；根据爆破后石渣的块度修正参数。石渣块度小，说明辅助眼布置偏密；块度大说明炮眼偏少，用药量过大。根据爆破振速监测，调整单段起爆炸药量及雷管段数；根据开挖面凹凸情况修正钻眼深度，眼底基本上落在同一断面上。
2.施工工艺流程
爆破工艺流程如图3.2-6所示。
3.施工工艺操作要点
爆破作业必须按照爆破设计进行测量、钻眼、装药、堵塞、接线和引爆。（1）测量：每一循环都由测量技术人员在掌子面标出开挖轮廓和炮孔位置，并在洞内拱顶及两侧起拱线处安装三台激光指向仪。钻眼前绘出开挖断面中线、水平线和断面轮廓线控制拱顶、起拱线位置并根据爆破设计标示出炮孔位置，经检查符合设计要求后才可钻眼。（2）钻孔：钻孔用YT28钻机，并按以下要求钻孔：a.按照炮眼布置图正确对孔和钻进；b.掏槽眼比其他眼深20cm，对孔误差不大于3cm，并保持平行；c.掏槽眼眼口间距误差和眼底间距误差不大于5cm；d.周边眼位置在设计断面轮廓线上，其环向误差不大于5cm，眼底不超出开挖面轮廓线10cm，孔深误差小于10cm；e.开挖面凹凸较大时，按实际情况，调整炮眼深度，力求所有炮眼（除掏槽眼外）眼底在同一垂直面上；f.钻眼完毕，按炮眼布置图进行检查，有不符合要求的炮眼重钻，经检查合格后，才能装药起爆。图3.2-6 爆破施工工艺流程图（3）装药：装药前先用高压风将孔中岩土碎屑吹净，并用炮棍检查孔内是否有堵塞物，装药分片分组，严格按爆破参数表及炮孔布置图规定的单孔装药量，雷管段别“对号入座”。爆破网路连接、检查及起爆，按照爆破设计要求执行。（4）堵塞：光面爆破孔孔口堵塞长度不小于20cm，掏槽孔不装药部分全堵满，其余掘进孔堵塞长度大于抵抗线的80％。炮泥使用2/3砂和1/3黄土制作并使用水炮泥。装药和堵塞工作按有关安全规程执行，以确保安全。（5）结起爆网路：采用塑料导爆管传爆雷管复式网路。连线时导爆管不打结不拉细；联结的每簇雷管个数基本相同且不超过20个。传爆雷管用黑胶布缠好。网路联好后由专人检查验收，无误后方可起爆。3.2.2 循环进尺优化
1.施工工艺设计
开挖工序分述如下：（1）进行上台阶开挖，开挖进尺2m，如图3.2-7所示。（2）进行下台阶开挖，开挖进尺2m且滞后上台阶1～1.5倍洞跨，如图3.2-8所示。图3.2-7 上台阶开挖图3.2-8 下台阶开挖
为控制隧道变形、维持其稳定，需要在每一台阶开挖后及时进行挂钢筋网、喷射混凝土等初期支护措施，保证支护快速封闭成环。在需要打设系统锚杆部位进行相应的施工操作。
2.施工工艺流程
隧道具体的开挖过程如图3.2-9所示。
3.施工工艺操作要点（1）在隧道开挖的过程中，加强对该隧道的监控，依据实际监测信息随时调整，保证上下两条隧道的稳定。（2）初期支护必须紧随隧道开挖而进行，保证支护结构快速封闭成环，增大支护强度，以控制隧道围岩变形。图3.2-9 隧道开挖施工作业流程图（3）隧道下台阶开挖滞后上台阶1～1.5倍洞跨，不宜相距太近或太远。（4）加强隧道开挖各部的监控量测，一旦出现过大变形必须及时采取相应的应急保护措施。（5）在需要打设系统锚杆的部位按照相应的要求严格执行，进一步加强支护强度。3.2.3 开挖质量控制
施工阶段采取以下措施保证施工质量：（1）及时调整在开挖区段内不同地质条件下的各项爆破参数，以提高爆破效果，保证开挖质量；调整爆破有关参数，不断优化爆破设计，改进施工方法和安全措施；通过试验不断收集、整理试验所得的各项数据资料，以最优的爆破参数指导后续爆破设计，提高爆破开挖的施工进度、经济指标和安全指数。通过控制爆破参数与地质情况相协调的手段，控制超欠挖。超挖和欠挖不应超过隧道开挖轮廓的±20cm。（2）按“新奥法”理论进行隧洞施工，观测和掌握围岩的变形发展情况，选择合理的支护时机和判断支护的实际效果，充分利用岩石自身的承载能力。（3）使用质量优良的测量设备，确保各施工控制点布控准确无误。钻孔孔位应依据测量定出的中线、腰线及开挖轮廓线确定；周边孔在断面轮廓线上开孔，沿轮廓线的调整范围和掏槽孔的孔位偏差不大于5cm，其他炮孔孔位的偏差不大于10cm；炮孔的孔底落在爆破图规定的平面上。（4）优化技术措施，提高作业人员的技能：严格按爆破设计进行钻孔、装药；孔深、孔斜控制在允许范围之内，炮孔经检查合格后，方可装药爆破。炮孔的装药、堵塞和引爆线路的联结，由经考核合格的炮工负责，并严格按爆破图的规定进行。（5）在开挖过程中，注意保护地下混凝土和支护结构不受损坏。在已完成的支护结构附近进行爆破时，其爆破技术和爆破参数应进行专门的设计和试验，并经监理工程师批准。3.3初期支护3.3.1 挂网
1.施工工艺流程
钢筋网施工工艺流程如图3.3-1所示。图3.3-1 钢筋网片施工工艺流程图
2.施工操作要点（1）钢筋网采用HPB300的ф8mm钢筋焊接成200mm×200mm网格，挂网使用的钢筋须经试验检测合格，使用前进行除锈，在洞外钢筋加工厂区制作成钢筋网片，保证环向和纵向钢筋间距均匀，位置准确。（2）人工铺设钢筋网，安装时搭接长度1～2个网格，贴近岩面铺设并与锚杆和钢架焊接牢固。按照设计图纸要求，钢筋网焊接在钢架靠近岩面一侧或内外双层布置，以确保整体结构受力。（3）钢筋网要与锚杆、钢架或其他固定件连接牢固，保证喷射混凝土时不晃动。喷混凝土时，减小喷头至受喷面距离和控制风压，以减少钢筋网振动，降低回弹，钢筋网片要有3～5cm的保护层。3.3.2 施作系统锚杆
1.施工工艺流程
系统锚杆采用ф25mm药卷锚杆，锚杆长L=2.5m，在先行洞隧道拱部165°范围内和后行洞隧道全环按照1.2m×1.2m间距呈梅花形布设。药卷锚杆朝向孔底的一端应削尖，在距锚杆底部10.0m处设止浆环，每3m设对中环一个，对中环采用ф6.5mm圆钢与锚杆杆体焊接。外露端长度50cm，端头用砂轮切割机切平（套丝长度50cm），以便于安装与精扎螺纹钢筋配套的螺母。在锚杆杆体自由段安装进浆管（内径ф15mm PVC管）和回浆管（内径ф8mm硬质塑料管），回浆管应牢固绑扎在杆体上，管口端部距止浆环15cm处。药卷锚杆施工工艺如图3.3-2所示。图3.3-2 药卷锚杆施工工艺图
2.施工操作要点（1）检查锚杆类型、规格、质量及其性能是否与设计相符。根据锚杆类型、规格及围岩情况准备钻孔机具。（2）砂浆锚杆钻孔采用手风钻或凿岩台车钻孔，孔眼间距、深度和布置符合设计参数的要求，其方向垂直于岩层层面。钻孔完成后，用高压风水洗孔。（3）安装前，先将“药卷”在水中浸泡，浸泡时间按说明书确定，不能浸泡过久，保证在初凝前使用完毕。安装时，用锚杆的杆体将药卷匀速地顶入锚杆安装孔，边顶边转动杆体，使药卷在杆体周围均匀密实，但不可过搅。安装好后，用楔块将锚杆固定好。3.3.3 喷射混凝土
1.施工工艺流程
喷混凝土采用湿喷工艺，喷射混凝土施工程序如图3.3-3所示。图3.3-3 湿喷混凝土施工流程图
2.施工操作要点（1）施工前应认真检查风压系统是否稳定，电源供应是否有保障，施工人员是否到位，并在湿喷前先空载运转以检查管路是否畅通及进料口振动筛是否安设妥当；并应测量受喷围岩的基本进本尺寸，保证隧洞外轮廓光顺程度，对欠挖部位应补凿，清除浮石，将受喷面上的污泥、灰尘等清除干净；若存在漏水段，应先查明并做好防水措施，个别比较干燥的部位喷射前应在工作面上喷洒适量水以保持一定湿度来提高开挖面与混凝土的黏结力。（2）供风：
供风是将空压机压缩的空气先在贮气罐储存，经过风管后进入混凝土喷射机，喷射机内的混凝土在压缩空气的推动下被连续的运输到喷头部位后再以较高的速度喷射到受喷面上，喷射过程中骨料与水泥受到反复的冲击和压实而形成密致的混凝土；在送风前应开启计量
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