地鐵建設巖土問題綜述

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在今年福建省“兩會”上，泉州城市軌道交通的建設被寫入了《福建省政府工作報告》，泉州軌道交通線網規劃遠景由6條線組成，一期工程建設考慮1號線和2號線，1號線北起福廈高速鐵路泉州站，南至石獅市區，為南北向骨架；2號線西起市區臨漳門，東至漳泉肖鐵路洛陽站，這兩條線共同形成“十”字放射式形態的骨架線網]。考慮到現階段軌道交通的技術發展水平、建設費用、技術成熟性以及建設城市環境的保護，泉州軌道交通老城區段將走地鐵，其隧道占位高度在6m左右，地下車站深度和隧道埋深約為14～17m。近年來，隨著我國地鐵工程的大量開工建設，在保證工程自身施工安全的同時，對工程涉及的巖土工程問題也越來越重視。孫鈞院士以上海地鐵為例，總結了當前城市地下工程活動的環境巖土工程問題，歸納了2O多處最突出的問題和困難。福州大學簡文彬博士對福州地鐵建設中的巖土問題進行了分析和研究]，徐巖等對沈陽地鐵一號線建設過程中涉及的環境巖土問題進行了分析]。由于泉州平原工程地質條件的復雜性以及地下鐵路工程的特殊性，在泉州地鐵建設過程中將遇到眾多的巖土工程問題。

l泉州巖土工程地質條件

1．1地形地貌

一期工程地鐵段僅僅涉及豐澤區和鯉城區，屬泉州平原的一部分，區內地形平坦。

1．2構造與地震

泉州市位于閩東火山斷拗帶和閩東南濱海斷隆帶中段，斷裂十分發育，以北北東向、北東東向及北西向斷裂規模最大.泉州市地處我國東南沿海地震帶上，歷史上(公元1640年)發生過8．1級大震，地震頻發的臺灣省與泉州市僅一水之隔，臺灣的強震經常影響到泉州市。根據《中國地震烈度區劃圖(1990)》，鯉城區、豐澤區地震基本烈度為7度。

1．3巖土層分布特征

泉州市地層較發育，除志留系、泥盆系、中三疊統、下第三系及更新統缺失外，自元古界至第四系均有出露。根據對泉州地區巖土采樣的分析研究，地層結構及其巖土特性大致歸納如下(見圖1、圖2)：

(1)軟弱土類系天然含水量高，孔隙比大，壓縮性高，靈敏度高，軟塑～流塑的淤泥、淤泥質土，揭露厚度一般為3～15m，埋深1～5m。淤泥的天然含水量多為50~80，最大達89。淤泥的天然快剪粘聚力c一般為3．O～13．OkPa，內摩擦角一般為2．5～9．0。；淤泥的十字板不排水抗剪強度Cu平均值為15kPa，最大值達24kPa。地基承載力特征值約為50～75kPa。靈敏度一般為4～6，屬很靈敏性土，統計范圍內最大值可達16～22，屬中等易流性土。

(2)粘性土多為粘土或粉質粘土，灰色為主，多呈可塑～硬塑狀態，中壓縮性，揭露厚度lm~Sm，埋深1m～10m，地基承載力特征值約為140kPa~2OOkPa。

(3)殘積土殘積土在福建閩南地區廣泛分布，具有孔隙比大，承載力較高，但結構性強，受擾動后強度降幅大，遇水軟化快、易崩解等特點。可分為殘積礫質粘性土和殘積砂質粘性土，淺灰～灰黃色，可塑～硬塑狀，飽和，具中等壓縮性，母巖為花崗巖，原巖結構特征較清晰。常見標貫擊數為8～3O擊，揭露厚度1～8m，地基承載力特征值約為200~220kPa。

(4)砂質土主要有中砂、中粗砂、礫砂，多分布于晉江、洛陽江兩側，揭露厚度1～5m，埋深10425ITI，呈灰色、灰色，含少量泥質，飽和，松散～中密，地基承載力特征值約為120kPa~200kPa。

(5)砂礫卵石層深埋于泉州平原下部、晉江兩側，揭露厚度一般2～5m，埋深12~25m，其下臥層多為風化花崗巖。砂、礫、卵石的相對含量和粒徑變化很大，分選性差，大小混雜。砂以中粗砂為主，卵粒徑一般2~5cm，大者達lOcm以上，呈次棱角～渾圓狀，含少量泥質，稍密～中密，地基承載力特征值約為300~450kPa。

(6)基巖包括燕山期的二長花崗巖、細粒花崗巖、上侏羅統南園組凝灰巖、凝灰熔巖等，構成平原區的沉積。

1．4地下水狀況

泉州溫暖潮濕，雨量充沛，瀕臨泉州灣，有洛陽江和晉江穿過，為地下水的補給、徑流提供了豐富的水源。根據地下水的埋藏條件、含水層特征及補給、排泄條件，本地區的地下水可分為三種類型。

(1)松散巖類孔隙水含水層為第四紀的海積、海陸交互堆積和沖洪積而成的松散堆積層，由砂層和砂礫卵石層組成，有的地段上覆粘性土層，局部地段具承壓性。地下水埋藏較淺，含水量不穩定。補給方式以垂向為主，主要為大氣降水，側向補給情況變化較大。

(2)風化殼孔隙裂隙水含水層為花崗巖類風化帶。地表殘積層、坡積層普遍發育，風化殼厚度變化較大。在垂向上，上部的殘積層、坡積層主要為粘性土，粘粒含量大，滲透性差，降水大部分流失，滲入地下有限，僅含少量孑L隙水；下部的強風化帶、中等風化帶風化裂隙發育，構成網狀裂隙，是主要含水段。主要分布區補給來源以大氣降水為主。

(3)基巖裂隙水地下水賦存、運動于花崗巖類的風化裂隙和構造破碎帶中，主要分布區靠大氣降水補給，徑流途徑短，水循環交替作用強烈，排泄條件好，多沿斷裂破碎帶以泉的形式排泄。

2主要巖土工程問題

從泉州市軌道交通線網規劃來看，地鐵段主要穿越淤泥層和粘土層和飽和砂層。比如新華北路至客運中心段地層巖性較復雜，新華北路段隧道主要穿越淤泥與粘土層，其中西湖街附近淤泥層厚約12m，隧道要沿淤泥底部穿過。市政府、打錫街、九一街、豐澤街段要穿越砂夾淤泥、粉細砂及粉質粘土層；田安路、泉秀街段要穿越砂夾淤泥、粉質粘土、淤泥質土、砂、淤泥等巖土層；江濱北路至客運中心段要穿過砂夾淤泥層[8]。從地鐵隧道穿越的地層情況和泉州市區的現狀來分析。可能遇到以下幾個方面的問題。

2．1工程勘察

地鐵隧道的設計施工需要巖土工程勘察提供的參數多。包括場地的穩定性與適宜性，既有建筑物的基礎資料，地層分布規律，地基強度參數，邊坡穩定參數以及變形分析方面的參數，工法設計施工方面的參數，還有抗震設防和地下水分析方面的參數等。同時地鐵段沿線交通繁忙，建筑物眾多，地下管線交錯縱橫。另外，泉州沒有在鬧市區進行地下鐵路勘察工作的經驗。這給勘察單位帶來了前所未有的挑戰和提高鍛煉的機會。

2．2地下水

承壓水將會是地鐵開挖遇到的主要問題，泉州地區承壓水水頭一般在地表下2～5m左右。隧道掘進范圍內軟粘土、淤泥為不透水性地層，但隧道部分基底為卵石層和含砂層，該層為承壓含水層，其富水性、透水性強。在隧道掘進過程中，砂土、卵石在水頭差的作用下易產生流砂、管涌、突涌等現象。地下水問題在地下車站基坑開挖中顯得尤為突出，由于車站基坑開挖深度大，必須考慮下部承壓水的影響，避免產生基坑突涌問題。同時由于開挖斷面大部分為淤泥、淤泥質土等軟土以及砂層，如對地下水處理不當，會出現基坑邊坡失穩、流砂、支護結構失穩等問題。鬧市區大量大型基坑的施工也會對地下水的時空分布造成一定影響，從而引發一些次生災害。

2．3特殊土問題

泉州平原分布著大量的淤泥、淤泥質軟土，該類土強度低、流變時效明顯易產生較大的變形。如不作處理，軟土地基的次固結和流變沉降將持續幾十年，或易導致地基失穩與土體結構強度破壞。同時軟土存在較高的靈敏度特性，在施工動力作用下極易造成土體結構破壞，使強度降低。花崗巖殘積土也在泉州地區廣泛分布。殘積土在天然狀態下，強度較高，尤其是最下層的殘積土。但該類土具有很強的結構性及擾動性，極易因擾動而破壞其結構性，使其結構強度損失。軟化特性易使殘積土隨著含水量的增加，其強度迅速下降、壓縮性增大，同時還有明顯的崩解性。

2．4深大基坑開挖施工可能引起的工程問題

地下車站開挖范圍內，周邊建筑密集，地下管線眾多，交通擁堵，可供施工用地少。同時地下車站埋深大，基坑深，巖土條件復雜，地下水豐富。基坑開挖易引起流砂、突涌、坍塌、地表沉降、地下水位下降、周邊建筑物變形等問題。大方量的土方開挖和運輸會對市區的交通帶來不小的壓力，同時，泥土運輸車對市區環境的影響也不容忽視。

2．5施工帶來的環境問題

施工會引起周圍土體應力場發生變化、基底土體回彈、降水引起土層再固結而產生地面沉降等，這些因素均會對周圍環境產生影響。隧道施工采用礦山法、明挖法或者盾構法都會對周圍環境帶來影響。樁基的施工、爆破、強夯以及基坑的開挖、基坑支護結構的施工等將對周圍環境產生很大的噪聲和振動。夜間施工將會對附近居民的休息造成影響。

3對策

3．1勘察手段的多樣化

詳細、全面、準確的地質勘察資料對地鐵的建設是極其重要的，在此基礎上才能對線路掘進過程中可能遇到的不利因素進行超前預報。同時地鐵巖土工程勘察兼有鐵路隧道、城市高層建筑和深基坑地質勘察的特點。運用先進的實驗儀器進行室內土工試驗，探索巖土體的物理力學特征，比如運用GDS三軸儀進行軟土試驗研究。為了彌補室內試驗的局限性，還應大量使用原位測試手段，如原位鉆孔剪切試驗、十字板剪切試驗、動力觸探、現場大型直剪、測孔壓等手段，另外，可以使用測剪切波速等物探手段，以獲得準確可靠的測試數據。另外，重視對既有勘察成果、地區經驗的總結和利用。由于沿線有大量在建和已建的工程項目，積累了很多的地質勘查資料。對這些資料充分收集、分析、利用，可提高勘查的精度，同時，能更好的采取有效措施保護周邊的建筑。并可以以此為契機，建立泉州軌道交通沿線的地質資料數據庫，指導將來的工程建設。還要注意勘察施工不要引起環境改變從而妨礙地下隧道后期施工，比如勘察終孑L后封孔不良導致地下水沿鉆孔滲入地下施工作業通道并可能引發施工事故等問題要盡量避免。

3．2基坑支護新技術的引進和使用

地鐵建設將會涌現出大量大型深基坑工程，而泉州現有常用的基坑支護技術還不能完全滿足本項工程中基坑支護的要求。同時，由于在鬧市區施工，施工場地緊鄰周圍大量建筑物，提高基坑支護安全性、嚴格控制支護體和周圍環境的變形非常重要。因此，引進一些在其他城市運用成熟的先進的施工工藝如盾構施工、地下連續墻、SMW工法、TRD工法、LXK工法、LSP工法、ISP工法、多道支撐等，并消化吸收是很有必要的。同時，由于常規的基坑支護手段費用高、周期長，應盡快開發出適合本地區地質條件的巖土新技術。

3．3合理處理施工中的地下水問題

防治發生滲透破壞將伴隨這整個建設工程。總體來說有止水和排水兩大措施。建設過程中以“止、排結合，保證工程安全和不破壞地下水結構”為原則，合理選擇地下水的處理方案。結構防水要遵循“以防為主、剛柔結合、多道設防、因地制宜、綜合治理”以及“防水與結構設計并重和統一考慮”的原則。對于基坑積水、土質稀軟、或承壓水頭大，易坑底隆起等，可采用水泥土攪拌樁等進行坑底加固和底板封閉等措施，防止出現基坑突涌等情況。采用井點降水等措施降低地下水位，同時在必要情況下進行回灌，減小降水對地下水結構的影響，減少周邊建筑沉降或裂縫。采用地下連續墻，水泥土攪拌樁成墻等方式止水，防止周邊地下水進入坑內。在條件成熟的情況下，可以采用水下施工方法。減少施工對地下水的污染，沖鉆孔樁用來護壁的泥漿要經過沉淀，達標后才能排放。施工中為改善土體的強度和剛度采用化學注漿等方法，以及施工中的機械漏油等將會對地下水造成污染，應慎重使用。

3．4信息化施工技術的應用

在施工工程中，要重視施工監測和工程質量監檢測手段的運用以及充分發揮工程監理的作用，做到動態設計、動態施工，隨時發現問題，隨時解決問題。施工過程中主要要對以下幾個方面進行監測。對支護結構的安全進行監測；對工程水文地質、隧道結構、基坑支護體系、相鄰建筑物、地下管線等可能發生的變化進行監測；對工程巖土性質受施工擾動的影響而發生的變化進行監測。由于地鐵工程是復雜的有特殊要求的大型工程，除了在施工中進行監測外，在運營使用期還要繼續進行全壽命監測。

3．5開展軌道交通風險評估與管理

在北京地鐵建設中，已經建立了地鐵建設領域安全風險管理分級和評估體系，以及安全風險的控制標準和監測方案的實施。在泉州地鐵的建設中，也應該效仿這一做法，考慮把工程責任保險與工程風險管理、評估機制有機的結合起來，貫穿于工程項目的建設全過程。把工程質量、工程責任制度與工程風險評估與管理切實結合起來，探索走一條符合泉州地區的工程風險責任新路子。

4結語

泉州地鐵建設是關系到國計民生的一項重大基礎設施建設。對改善泉州的城市交通擁堵情況、促進泉州經濟發展等方面將發揮巨大的作用。泉州地區工程地質水文條件復雜，地鐵工程建設過程中將遇到諸多巖土方面的問題。本文僅對其中幾個比較突出的問題進行了初步的分析和探討，供即將展開的地鐵建設工作參考。