地鐵建設(shè)中的環(huán)境巖土工程問題分析

賈運強

摘要：地鐵工程是一項建設(shè)規(guī)模大、工期長、投資多、社會效益倍受關(guān)注的工程。廈門軌道交通1號線一期工程穿越地層眾多，多發(fā)育軟弱土及砂層。沿線地上穿越多個商業(yè)繁華區(qū)，地下管線密集，安全要求高，施工引起的環(huán)境巖土工程問題是地鐵建設(shè)風(fēng)險的重要組成部分。本文立足于廈門軌道交通1號線一期工程，結(jié)合明挖法、盾構(gòu)法、施工降水等主要施工工法和手段，分析了軟弱土及砂層中與地鐵施工相關(guān)的支護結(jié)構(gòu)變形、位移，流沙、管涌，因土體變形和沉降引起的地面、管線和相鄰建筑物的沉降和破壞，以及與施工降水相關(guān)的土體固結(jié)和地下水環(huán)境的變化等環(huán)境巖土工程問題。

關(guān)鍵詞：軟弱土及砂層；軌道交通；環(huán)境巖土工程問題

1.工程概況

1.1基本概況

廈門市軌道交通前期總體規(guī)劃6條，中心放射骨干線1、2、3號線，環(huán)海灣線5號線，輔助線1號線支線、4、6號線，線網(wǎng)總長246.2km。1號線為南北骨架線，構(gòu)建本島與集美片區(qū)快速跨海連接通道，并服務(wù)于島內(nèi)外火車站。線路南起于本島核心商業(yè)區(qū)中山路，北止于廈門火車北站。

1.2工程地質(zhì)概況

廈門市軌道交通1號線一期工程總體呈南北走向。沿線穿越濱海海積區(qū)、沖洪積階地區(qū)、殘積臺地區(qū)、圓緩低丘等地貌單元。巖土層分布可以參見下表：

2.常見的環(huán)境巖土工程問題

2.1深、大基坑開挖引起的環(huán)境巖土工程問題

基坑開挖，大量卸荷，坑邊土體難免發(fā)生水平向和豎直向的位移。由于地土層的沉降和變形使地表及其周邊建筑物產(chǎn)生沉降、開裂和傾斜，地下管線發(fā)生側(cè)移、沉降和開裂。

2.2盾構(gòu)掘進引起的環(huán)境巖土工程問題

盾構(gòu)掘進時擾動了地層，造成地層損失，引起地面變形。1號線一期工程盾構(gòu)多穿越地下管網(wǎng)交叉密集區(qū)、建筑物密集區(qū)，局部緊貼城市立交橋和臨近深大基坑掘進施工。盾構(gòu)掘進可能損壞地下管網(wǎng)管線、影響上部建筑的使用及安全、給立交橋及深大基坑及自身的施工帶來安全隱患。

2.3打樁引起的環(huán)境巖土工程問題

由于樁打入土體時排開同體積土，引起樁周土體隆起，樁周土體受到強烈擠壓擾動，土體結(jié)構(gòu)被破壞。打樁擠土對周圍環(huán)境及工程本身造成影響，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：其一，使臨近建筑物或地下管網(wǎng)管線受到損害；其二，使已打入樁上抬、撓曲或折斷；其三，在邊坡或邊坡附近打樁時，樁位常向坡面位移，更嚴重的會導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)；其四，打樁與基坑開挖的相互影響：打樁去附近開挖基坑時，由于側(cè)卸載，常造成臨近基坑圍護體系移動；基坑本身大量卸載，由于樁打入地下，儲存著很大的擠土應(yīng)力釋放，工程樁本身會發(fā)生位移；樁周土被擾動以及基坑開挖時應(yīng)力釋放，基坑邊坡容易失穩(wěn)。

2.4對地下水環(huán)境的影響

地下工程建設(shè)必然對水環(huán)境產(chǎn)生負面影響，降水抽水及止水隔水必然引起地下水流場的變化；疏排水與地下建筑，減少地下巖土層的儲蓄量，降低地下水的調(diào)蓄能力；止水帷幕將會使得迎水面地下水位抬升和背水面地下水位下降；地下水位的變化，將影響建筑地基承載力，產(chǎn)生地面沉降。

3.常見的環(huán)境巖土工程問題的防治對策

3.1基坑開挖防治對策

為減小基坑開挖對周圍環(huán)境的影響，首先選擇合理的支護體系及防滲措施，通過設(shè)計解決墻體彈性變位、基坑卸荷回彈、塑性隆起、降水不當引起的管涌及墻外土層固結(jié)沉降問題；第二是注意挖土施工各工序的密切配合，從施工技術(shù)、經(jīng)驗和管理上對井點或深井降水帶走土砂、墻段接頭處土砂漏失、槽壁開挖地層向槽內(nèi)變形則加以控制，使之降低到最小的允許限度；第三要建立監(jiān)測系統(tǒng)，及時發(fā)現(xiàn)問題并采取加強措施?？煽紤]采用剛度比較大的地下連續(xù)結(jié)構(gòu)、分層分段開挖并設(shè)置支撐、基底土加固、坑外注漿加固、增加圍護結(jié)構(gòu)入土深度、墻外帷幕、縮短基坑施工時間等措施以減小基坑開挖產(chǎn)生的地層位移。

3.2盾構(gòu)施工防治對策

為減小盾構(gòu)施工對地面環(huán)境的影響，首先要做到精心施工，其次要做好必要的環(huán)境保護措施，再次要做好環(huán)境監(jiān)測工作及信息化施工。針對盾構(gòu)掘進施工的環(huán)境巖土問題，應(yīng)主要通過控制盾構(gòu)掘進對土體擾動的變形，可采取以下幾種措施：其一，加強艙壓和排土量控制，對土壓平衡盾構(gòu)而言，控制艙壓使與前方自然水土壓力平衡，控制排土量和掘進速度，以維護開挖面的穩(wěn)定，減少前方土體擠壓（欠挖時）與松動（超挖時），防止前方土體塑性破壞和塌方；其二，控制同步注漿與二次注漿的時間、漿壓和漿量，管片脫出盾尾后，及時注漿充填其間的空隙，以減少地層損失及周邊土體的卸荷變形，在同步注漿之后進行二次注漿，進一步控制地表沉降；其三，加強隧道軸線糾偏控制，保證盾構(gòu)掘進中的軸線定位走向與設(shè)計軸線盡可能一致，減小盾構(gòu)糾偏量，從而緩和盾構(gòu)糾偏對周圍土層的剪切擠壓擾動，也有利于控制盾尾與管片背間的空隙和地層損失；其四，強施工應(yīng)急控制，施工中應(yīng)急采用“三階段注漿控制”方法包括預(yù)注漿、跟蹤注漿和工后注漿；e.加強盾構(gòu)的主要設(shè)計、施工參數(shù)及變形控制參數(shù)與控制；其五，針對盾構(gòu)隧道所鄰近的各被保護對象，分別制定能以安全承受不同種類變形位移和差異沉降的諸技術(shù)參數(shù)。

3.3打樁防治對策

為減少和防止打樁對周圍環(huán)境的影響，根據(jù)不同的情況可采取不同的措施，通?？刹捎玫沫h(huán)境保護措施有其一，采用預(yù)鉆孔取土打樁；其二，合理安排打樁方向；其三，控制打樁速率；其四，設(shè)置排水砂井或塑料排水板；其五，挖溝保護。在采取上述保護措施的同時，在施工過程中必須進行現(xiàn)場監(jiān)測，及時掌握周圍被保護建筑物的反應(yīng)，隨時調(diào)整打樁流程和速率。

3.4對地下水影響的防治對策

地鐵建設(shè)對地下水環(huán)境范圍是局部的，經(jīng)過較長的時間后水環(huán)境會基本恢復(fù)。地鐵的運營對水環(huán)境的影響則是較大范圍的，在時間上有明顯的滯后性及積累效應(yīng)。建設(shè)中應(yīng)盡量采用止隔水措施，慎重選擇降水措施，以避免降水引起的地面沉降。為準確的掌握場區(qū)地下水動態(tài)變化，可建立地下水動態(tài)觀測系統(tǒng)。對沿線的敏感建筑物進行沉降觀測，以便及時的發(fā)現(xiàn)并解決問題。

4.結(jié)語

軌道交通在改善城市交通狀況，加快城市建設(shè)，促進經(jīng)濟發(fā)展等方面都將發(fā)揮巨大作用，同時還要用科學(xué)的觀點和方法，將軌道交通建設(shè)對環(huán)境的影響降到最小，做到科學(xué)設(shè)計、嚴格管理；加強施工和運營期間的監(jiān)測，力求實現(xiàn)信息化施工；保證安全施工，減小施工對地面、建筑物和地下管線的影響，做到防患于未然；盡可能減小軌道交通建設(shè)對城市生態(tài)環(huán)境的影響和破壞。

參考文獻：

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[2]程玉果，郭力群.泉州地鐵建設(shè)的巖土工程問題探討[J].福建建筑，2011，09：66-69.