探究地鐵建設(shè)中的環(huán)境巖土工程問題

孫程頤+王永強

摘 要：伴隨社會經(jīng)濟發(fā)展，城市化進程加快，大城市建設(shè)理念也隨之發(fā)展起來，部分城市正逐漸向地下空間進行拓展，將地下空間的開發(fā)與利用作為城市建設(shè)的重要組成部分，以此來改善人口與環(huán)境之間存在的矛盾問題，踐行可持續(xù)發(fā)展。地鐵屬于地下空間利用的重要項目，且取得良好社會效益，因此受到廣泛關(guān)注。本文通過工程概況介紹，總結(jié)基坑開挖、盾構(gòu)施工相關(guān)的環(huán)境巖土工程問題。

關(guān)鍵詞：地鐵；基坑開挖；盾構(gòu)施工；環(huán)境巖土工程

伴隨城市地鐵的深入開展，建設(shè)過程中除保證施工安全之外，還應(yīng)確保環(huán)境巖土工程安全，由于地鐵沿線通常會涉及到城市主干道、商業(yè)區(qū)等不同規(guī)模和形式的建筑，因此對其建設(shè)中環(huán)境巖土工程相關(guān)問題進行分析是十分有必要的。地鐵建設(shè)涉及到的安全問題與環(huán)境巖土工程息息相關(guān)，所以應(yīng)引起重視。

1 工程概況

某城市地鐵1號線建設(shè)從2006年11月正式施工，橫向貫穿城市整個城區(qū)，長度共計22.79千米，路線全部屬于地下線，地鐵整個路線共設(shè)置了17個區(qū)間、20個車站。線路建設(shè)位置位于東部山區(qū)與平原相接處，呈東高西低走勢，城區(qū)內(nèi)地形相對平坦，扇狀平原影響地勢。本工程中區(qū)間隧道深埋為2-15米、車站深埋5.9-14.7米。工程沿線經(jīng)過區(qū)域地下水存在埋藏深、變幅小等特點，有明顯的季節(jié)性變化。以二環(huán)路地下水埋深度為準，其內(nèi)為3.92米，其外為3.41米。地下水流向與工程呈大角度相交。

2 基坑開挖相關(guān)環(huán)境巖土工程問題

2.1 基坑圍護結(jié)構(gòu)變形問題

在地鐵建設(shè)過程中涉及到基坑開挖，因圍護結(jié)構(gòu)的土壓力主要來自于水平方向，并且在基坑方向上會出現(xiàn)水平位移，在此作用下基坑外部地表出現(xiàn)變形，且變形程度隨開挖深度增加而增加，若基坑周邊存在不均勻超載的作用，也會使土體出現(xiàn)一定程度的側(cè)向位移，且超載作用增加，其位移幅度也隨之增加，持續(xù)性地開挖過程也會增加樁體側(cè)向位移。

2.2 基坑坑底隆起變形問題

一般情況下，基坑坑底隆起是在連續(xù)墻背面土壓作用下軟弱粘性土發(fā)生的滑動性破壞，如果涉及到上土層、下土層透水性有較大差異的砂性土，則其基地處土質(zhì)僅有較低的透水性，浮力比土層重量大，也可以導(dǎo)致基底隆起。在本工程中，砂性土為主要地層土體，因此在地鐵建設(shè)過程中應(yīng)注意坑底隆起變形問題。

基坑坑底出現(xiàn)隆起變形的原因包括以下內(nèi)容：第一，由于挖除坑內(nèi)土體之外，釋放了坑底土自重所帶的應(yīng)力，使其向上回彈，進而導(dǎo)致土體蠕變和松弛，產(chǎn)生了基底隆起現(xiàn)象。第二，坑外卸載，在多種因素影響下圍護結(jié)構(gòu)出現(xiàn)向內(nèi)位移，坑底土體則會受到基坑方向上的擠壓，進而產(chǎn)生坑底隆起問題。第三，施工管理不充分，在開挖好基坑之后未及時施工，在降雨等因素影響下導(dǎo)致作業(yè)面出現(xiàn)大面積積水問題，土體在吸收水分之后發(fā)生膨脹，進而產(chǎn)生坑底隆起問題。

2.3 墻外土體固結(jié)沉降問題

在基坑圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)普遍存在不均勻超載問題，因此可導(dǎo)致土體豎向固結(jié)，進而出現(xiàn)地表下沉現(xiàn)象，且其沉降量隨著超載量增加而增加。利用施工降水達到干燥作業(yè)面的效果，使土體工程性質(zhì)得到有效改善，特別需要注意的是，不論是坑內(nèi)降水，還是抗外降水，均應(yīng)對其有效應(yīng)力進行增加，以降低其孔隙水壓力，達到固結(jié)沉降土體的目的。由于相比于坑內(nèi)降水，坑外降水的影響范圍比較廣、沉降量比較大，因此在允許的條件下，應(yīng)優(yōu)先選擇坑內(nèi)降水，使固結(jié)沉降量減少。

2.4 管涌與流沙問題

在基坑施工中，管涌與流沙問題的產(chǎn)生主要是因降水引起坑內(nèi)、坑外水頭差，在動水壓力影響下出現(xiàn)滲流破壞現(xiàn)象，此類問題通常在砂性地層中多見。如果基坑之下屬于疏松砂土土層，且在滲流作用下動水坡度超出砂土動水坡度極限時，則會降低土體穩(wěn)定性，使土層懸浮。另外在滲流水壓力的影響下，土體失去平衡，并從基底土中逐漸流出。如果施工中有嚴重的流沙問題則會引起地面下沉和基坑塌陷。

管涌問題則是在滲透水流將土層中小顆粒土帶走之后，滲流口處出現(xiàn)空洞，并逐漸發(fā)展成為水流管道，在已經(jīng)形成的管道中被帶走的泥沙和滲流涌出。管涌現(xiàn)象嚴重則會松動施工土層，增加土體空隙，使土體強度降低，坑壁將失去穩(wěn)定性。

2.5 其他問題

除上述問題之外，在地鐵建設(shè)中還應(yīng)注意以下問題：第一，由于降水導(dǎo)致的砂土流失、地下連續(xù)墻存在砂土流失問題等引起地層損失，進而導(dǎo)致沉降。第二，施工過程中，由于挖面長時間暴露在外、一次性開挖過大面積且未及時支護而導(dǎo)致的土體流失和滑落問題。

3 盾構(gòu)施工相關(guān)環(huán)境巖土工程問題

在地鐵建設(shè)中，與盾構(gòu)施工相關(guān)的環(huán)境巖土工程問題，包括盾構(gòu)需要于市區(qū)內(nèi)穿群樁，同時盾構(gòu)需要從交叉密集的地下管網(wǎng)中穿越，同一地鐵區(qū)間內(nèi)上行線和下行線盾構(gòu)需要對向或同時掘進。在掘進過程中，盾構(gòu)機使附近土體初始應(yīng)力發(fā)生改變，土體原本的平衡狀態(tài)被打破，使得各類管線出現(xiàn)沉降問題，同時土層發(fā)生下沉現(xiàn)象，若沉降和下沉的幅度過大則容易導(dǎo)致管線出現(xiàn)變形情況，甚至出現(xiàn)斷裂問題，尤其是施工段給排水管線本身已經(jīng)老化腐蝕，其對變形的抵抗能力相對較弱，一旦出現(xiàn)管線破裂問題，則工作面會有大量水進入，容易引起土體的大范圍垮塌，進而影響著施工范圍內(nèi)人員安全和建筑安全等，若未引起注意則將導(dǎo)致嚴重后果。另外，盾構(gòu)施工給土體造成剪切力和擠壓，縮小了土體空隙，土體在外力作用下更加密實，這很容易引起地表下沉，盾構(gòu)前方土體在擠壓作用下會出現(xiàn)局部隆起現(xiàn)象。還需要注意的使，在進出工作井過程中，盾構(gòu)需要經(jīng)常性地降水，以增加土層有效應(yīng)力，壓密土層。因周圍土體持續(xù)供給，有供水壓力產(chǎn)生，進一步增加了土體內(nèi)應(yīng)力，進而出現(xiàn)主固結(jié)沉降現(xiàn)象。

4 結(jié)語

地鐵作為城市交通狀況得以改善的有效方式，在建設(shè)過程中應(yīng)注意考慮環(huán)境巖土工程問題，以盡量降低環(huán)境對工程建設(shè)的影響，保證建設(shè)質(zhì)量和效率，充分發(fā)揮地鐵的社會效益。

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