Value Engineering0引言青岛地处胶东半岛西南部，沉积相为海相沉积。
自中生代燕山晚期以来，区域性构造活动强烈，发生大规模、区域性酸性岩浆侵入，形成稳固的花岗岩岩基。
在漫长的地壳抬升、风化、剥蚀、夷平作用的反复改造下，使燕山晚期稳固的花岗岩体，以岩基形式分布于地表或地下一定深度内，并在长期风化作用下形成了一定厚度的风化带，其上沉积了厚度不一的第四纪松散堆积物，而第四系沉积层为Ⅴ级软土，强风化花岗岩为Ⅴ级软岩，而中风化岩层按强度可分为Ⅲ~Ⅳ级硬岩，所以，青岛地区“上软下硬”的地质特点鲜明，为典型的“土岩组合”地层，经统计，上层覆土厚5~8m ，强风化岩层厚8~13m ，中风化岩层顶面埋深约13~20m 。
而青岛地铁暗挖车站为满足运营和功能性的要求，并合理利用地层性质，车站拱顶通常位于强风化岩层中，拱脚通常位于中风化岩层中，青岛暗挖车站与地层相对位置关系如图1所示。
青岛地铁暗挖车站具有穿越土岩交界面，覆土薄（在5.1m~15.63m 之间），跨度大，覆跨比小（在0.26~0.65之间）的特点。
暗挖车站施工中，上层覆土性质和埋置深度共同影响地表沉降影响范围，隧道上方沉降槽宽度主要取决于最接近隧道拱顶的土层的状况。
而围岩性质则对洞内收敛变形影响较大，所以土岩组合地层中围岩时空效应特点鲜明。
爆破振动为土岩复合地层中暗挖车站特有的开挖形式，在山体隧道中应用广泛，但在城市暗挖工程中应用不多，而且从实测数据中可以很好的反映出爆破振动的影响。
土岩组合地层对地铁暗挖的建设的影响主要有以下几个方面：①“上软”部分对车站拱顶和地表的变形影响较大，影响范围和作用时间受上部围岩的影响大；②“下硬”部分使得支护手段多样，安全性较高，应合理利用围岩性质进行暗挖车站设计和采取不同的断面开挖方式；③应考虑爆破特殊施工方式的影响，考虑爆破震动对围岩稳定性的影响。
1基于围岩分级的暗挖车站施工时空效应分析1.1围岩分级标准围岩的分级基本上由岩石的坚硬程度和岩体的完整程度两个因素决定，另外，还要兼顾地下水状态、初始应力等因素。
目前按《铁路隧道设计规范》（TB10003-2005）中的规定执行。
大跨暗挖车站开挖过程，围岩质量是地层变形和影响周边环境的主要因素之一，同时围岩质量也是确定辅助工法的基础，如中山公园站，其原勘察报告中拱盖拱脚下底纵梁基底基本位于中风化岩层，局部位于微风化岩层，但监测过程中，发现各量测项目的变化趋势与理论计算及经验预测均有较大出入，且开挖过程发现实际围岩质量较差，级别较低，进行补充勘察后认为，车站纵梁位于强风化岩下亚带，已不再是硬质的中微风化岩，承载力和稳定性均满足不了设计要求。
由此可见，围岩级别是暗挖车站的地层变形的主要影响因素。
1.2不同级别围岩的时空效应分析目前青岛地铁暗探车站隧道所处地层基本为Ⅲ~Ⅴ级围岩，其中江西路站和清江路站围岩级别较差，江西路站开挖范围内存在一条派生断裂，断裂范围内主要为碎裂岩，岩体破碎，是整个岩体的薄弱带，而且由于其破碎特点造成地下水的渗透性较大，可能会形成地下水的排水通道，开挖过程中尤其需要注意加强支护和支护措施，保证围岩稳定。
而清江路站车站顶围岩级别为Ⅵ级和Ⅴ级，但埋深较浅为6.3~8.3m ，且在实际开挖过程中发现围岩中存在大量裂缝、夹泥带和滑移面，围岩完整性较差。
围岩级别较好的车站有延安三路站和君峰路站，延安三路站和君峰路站车站隧道基本处于中～微风化岩层中，地表和洞内变形明显较小。
以下分别选取Ⅲ、Ⅵ和Ⅴ级围岩车站的典型断面进行地表最大累计沉降对比，以分别说明不同级别围岩的时空效应。
以上车站的地表沉降和拱顶沉降累计最大值统计如表1所示。
——————————————————————作者简介：张建祥（1973-），男，四川大邑人，现担任青岛地铁3号线设计咨询副总咨询师，青岛地铁2号线初期工程土建结构副总体。
基于埋深及围岩等级的暗挖工程施工围岩时空效应研究A Study on Surrounding Rock Time-space Effect in Underground Excavation Process Based on the BuriedDepth and Surrounding Rock Level张建祥①ZHANG Jian-xiang ；张奉春②ZHANG Feng-chun（①中铁二院，成都610000；②青岛市地下铁道公司，青岛266100）（①China Railway Eryuan Engineering Group Co.Ltd.，Chengdu 610000，China ；②Qingdao Underground Railway Company ，Qingdao 266100，China ）摘要：本文以青岛地铁一期工程暗挖车站为背景，阐述了土岩结合地层下，浅埋暗挖工程在施工过程中基于埋深及围岩等级，围岩的变形规律及时空效应。
Abstract:The ducoment takes the mined underground metro station of Qingdao subway project as the background,and expounds the deformation law and time-space effect of surrounding rock in a particular geological conditions of soil and rock composition stratum during the construction process of the shallow underground excavation station based on the buried depth and surrounding rock level.关键词：土岩结合；浅埋暗挖；时空效应Key words:soil and rock composition ；shallow underground excavation ；time-space effect 中图分类号：U231+.3文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）30-0049-03·49·价值工程由各暗挖车站不同围岩级别的地表最大累计沉降曲线图和数据对比表可知，对于青岛地铁一期的暗挖车站来说，Ⅴ级围岩的地表最大累计沉降在-15.0mm~-56.4mm之间，拱顶沉降值小于-18.6mm；Ⅵ级围岩的地表最大累计沉降在-14.9mm~-25.7mm之间；Ⅲ级围岩的地表最大累计沉降在-7.8mm~-13.3mm之间，拱顶沉降值小于-10.0mm。
2基于埋深的暗挖车站施工围岩时空效应分析2.1暗挖车站埋置深度与围岩稳定性的关系暗挖车站地表变形受上部岩层性质和埋置深度共同控制，而青岛7座暗挖车站的拱顶大部分位于强风化岩层以下，埋置深度越深，所处的围岩性质越好。
暗挖车站的埋置深度与围岩的稳定性主要有以下几种关系：①车站埋深增加会增大地面沉降槽的影响范围，但是实际上在埋深逐渐增加的过程中，地表沉降最大值的减少速率是快于埋深增加速率的，埋深的增加可以有效的减少工程开挖对地面的影响；②车站埋深增加，所处的围岩性质变好，在初期支护达到最终强度之前，围岩的变形速率较小，才能有效的利用初支，从而起到减小收敛与拱顶变形的效果。
选取清江路站（拱顶埋深6.3m～8.3m）、江西路站（拱顶埋深8.90m～10.5m）、中山公园站（拱顶埋深10m～12m）三个车站的数据进行对比。
三个车站所选监测断面的埋深、导洞洞泾、车站跨度、覆跨比、岩跨比如表2所示。
2.2车站埋深对地表沉降时空效应的影响分析比较前期沉降微小变形阶段的历时、快速沉降阶段历时和缓慢沉降阶段的历时，以分析埋深对累计沉降的影响。
总结埋深与沉降阶段划分及影响时间的关系见表3。
由中山公园站和清江路站的对比可知，埋深增加。
可以有效减小沉降并减小沉降历时。
江西路站快速沉降期历时最长，这与除与埋深有关，还与支护时间、周边环境等因素有关。
综合分析图2与图3，得到埋深与影响范围/洞径（L/ D）的关系，如表4。
2.3车站埋深对地表横向沉降规律的影响分析（图4、表5）车站埋深增加会增大地面沉降槽的影响范围，但这是与支护能否即时起到良好支护效果相对而言的，同时还受上覆土层性质的影响。
2.4车站埋深对围岩收敛的影响（图5、表6）埋深与收敛变形的关系也受到支护效果的作用，深度增加，围岩性质变好，可以有效的减小收敛变形。
清江路站与中山公园站收敛变形都为向洞内收，而江西路站则为向洞外扩，这与采取的断面形式有很大的关系。
3结论3.1大跨暗挖车站开挖过程，围岩质量是地层变形和影响周边环境的主要因素之一，其它主要变形因素包括埋深、工法和辅助施工措施等，所以在各暗挖车站为超浅埋、施工工法基本一致的情况下分析围岩级别对车站主体的影响仍具有一定的指导意义。
对于青岛地铁一期的暗挖车站来说，Ⅴ级围岩的地表最大累计沉降在-15.0mm~ -56.4mm之间，拱顶沉降值小于-18.6mm；Ⅵ级围岩的地表最大累计沉降在-14.9mm~-25.7mm之间；Ⅲ级围岩的地表最大累计沉降在-7.8mm~-13.3mm之间，拱顶沉降值小于-10.0mm，差别特征明显。
3.2理论上，车站埋深增加会增大地面沉降槽的影响范围，同时减小地表沉降量。
实际中，车站埋深增加，所处表1Ⅲ、Ⅵ和Ⅴ级围岩车站的最大累计沉降数据列表车站测点所处地层围岩级别地表最大累计沉降量（mm）拱顶最大累计沉降量（mm）中山公园站延安三路站ⅤⅢ-15.0-7.8-18.6-4.8江西路站ⅤⅥ-56.4-25.7-18.3/清江路站万年泉路站君峰路站ⅤⅥⅢ-18.0-14.9-13.3/-10.0-6.8表2车站监测断面的工程特性车站名称埋深（m）覆岩厚度（m）导洞洞泾（m）车站跨度（m）覆跨比岩跨比清江路站8 3.2720 1.140.46江西路站103721 1.430.43中山公园站12 4.2 6.519.2 1.850.65表3埋深与沉降阶段划分及影响时间的关系车站名称微小变形期/d快速变形期/d缓慢变形期/d清江路站（8m）江西路站（10m）中山公园站（12m）0~1010~2510~2010~7025~10020~50>70>100>50表4埋深与影响范围/洞径（L/D）的关系车站名称前方后方影响范围/洞径清江路站（8m）江西路站（10m）中山公园站（12m）-1.8-2-2662-1.8~6-2~6-2~2表5埋深对沉降槽的影响车站名称最大沉降量（mm）最大沉降位置（m）横断面影响范围（m）清江路站（8m）江西路站（10m）中山公园站（12m）-13-43-19-101040~50>40<40表6埋深与收敛变形阶段划分及影响时间的关系车站名称急剧变形期/d缓慢变形期/d基本稳定期/d清江路站（8m）江西路站（10m）中山公园站（12m）0~300~150~1530~4515~2515~25>45>25>25·50·Value Engineering0引言现在是信息技术时代，各种新技术层出不穷，现代化进程，矿山企业生产能力在逐年增长，与此同时很多的旧设备已经不能满足当前的需求，要更新换代那些性能、功能和精确度比较高的设备。