新建地鐵項(xiàng)目工程水文地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)

改造者：周 鑫

新建地鐵項(xiàng)目工程水文地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)

改造者：周 鑫

本文對(duì)影響天津中心城區(qū)新建地鐵工程及運(yùn)營(yíng)安全的不良地質(zhì)條件、軟土及地下水等工程地質(zhì)和水文地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，并提出了工程各階段相應(yīng)的安全保障措施，以利于有效規(guī)避工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。

天津中心城區(qū)將陸續(xù)啟動(dòng)建設(shè)地鐵7、11號(hào)線等項(xiàng)目，工程地質(zhì)安全風(fēng)險(xiǎn)是新建地鐵項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中需要高度重視的問(wèn)題。

不良地質(zhì)條件對(duì)地鐵工程及運(yùn)營(yíng)的安全風(fēng)險(xiǎn)

區(qū)域性地面沉降對(duì)地鐵工程及運(yùn)營(yíng)的安全風(fēng)險(xiǎn)

天津市引起地面沉降的主要原因是地下水的超量開(kāi)采。位于中心城區(qū)的地鐵7、11號(hào)線等線路工程建設(shè)應(yīng)重視地面沉降的影響。自1923年天津市開(kāi)始開(kāi)發(fā)利用地下水資源，地面沉降相應(yīng)發(fā)生，年沉降量?jī)H幾毫米。新中國(guó)成立后隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，地下水開(kāi)采量逐漸增加，地面沉降越發(fā)嚴(yán)重，1950～1957年沉降速率7～12mm/ a，1958～1966年沉降速率30～46mm/a，沉降中心逐步形成，1967～1985年沉降速率達(dá)80～100mm/a。1986年后開(kāi)始治理沉降，加大了地下水資源的保護(hù)和控采，市區(qū)大部分地區(qū)沉降速率降低到10～15mm/a，沉降減緩明顯。但外環(huán)線附近局部地區(qū)沉降速率仍然較大，局部達(dá)到約30～60mm/a，控沉任務(wù)仍然艱巨。

地鐵線路為線狀延伸的工程，不同的線路區(qū)段其地面沉降值差別較大。過(guò)大的地面沉降將引起地下構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)變形和滲漏；對(duì)高架工程，地面沉降將引起設(shè)計(jì)高程損失或引起縱坡的變化，影響地鐵的運(yùn)營(yíng)安全；對(duì)地面工程，過(guò)大的地面沉降不僅引起高程損失，還可能誘發(fā)內(nèi)澇集水，增加維修養(yǎng)護(hù)成本。因此，在地鐵工程建設(shè)的各階段應(yīng)考慮運(yùn)營(yíng)過(guò)程后地面沉降對(duì)地鐵構(gòu)筑物的長(zhǎng)期影響。根據(jù)國(guó)家工程建設(shè)的有關(guān)規(guī)定，對(duì)重點(diǎn)工程應(yīng)開(kāi)展專項(xiàng)工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估工作。因此對(duì)重點(diǎn)工程設(shè)計(jì)采用的沉降量和災(zāi)害發(fā)育危險(xiǎn)程度應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估報(bào)告結(jié)果確定。

液化層對(duì)地鐵工程及運(yùn)營(yíng)的安全風(fēng)險(xiǎn)

處于地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到地震力短暫時(shí)間作用時(shí)將趨于密實(shí)，孔隙水壓力急劇上升，這種急劇上升的孔隙水壓力來(lái)不及消散，使有效應(yīng)力減小，當(dāng)有效應(yīng)力完全消失時(shí)，土顆粒處于懸浮狀態(tài)。此時(shí)，土體失去抗剪強(qiáng)度而顯示出近于液體的特性，此現(xiàn)象稱為地震液化。

地鐵7、11號(hào)線等線路位于中心城區(qū)，設(shè)計(jì)施工過(guò)程中應(yīng)考慮地震液化的影響。天津市區(qū)的液化層主要為20m深度以上的部分飽和的粉土和粉細(xì)砂層，分布在新近沉積層、第Ⅰ陸相層和第Ⅰ海相層中，深度范圍一般為3～15m，液化層一般厚度為0～3.5m，一般以透鏡體的形式零星分布，液化等級(jí)為輕微-中等。

對(duì)地下結(jié)構(gòu)工程而言，地震液化引起的不均勻沉降造成建筑物上部結(jié)構(gòu)變形，破壞梁板等水平構(gòu)件及其節(jié)點(diǎn)，引起墻體開(kāi)裂。尤其是地震液化層位于結(jié)構(gòu)底板以下時(shí)設(shè)計(jì)施工應(yīng)給予足夠的重視；對(duì)高架工程而言，樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要考慮地震液化層的影響；對(duì)地面工程而言，要考慮基底液化層對(duì)上部結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生過(guò)度下沉或整體傾斜的破壞和影響。

軟土對(duì)地鐵工程及運(yùn)營(yíng)的安全風(fēng)險(xiǎn)

天然孔隙比≥1.0，且天然含水量＞液限的細(xì)粒土稱之軟土，是在靜水或水流緩慢的環(huán)境中沉積，并有微生物的參與，含有較多有機(jī)質(zhì)的疏松軟弱粘性土。

位于中心城區(qū)的地鐵7、11號(hào)線等線路工程建設(shè)應(yīng)重視軟土的影響。天津市區(qū)在新近沉積層、第Ⅰ陸相層及第Ⅰ海相層中分布有淤泥和淤泥質(zhì)土，分布的深度范圍一般在15.0m以上，單層厚度一般0～3m，多以透鏡體的形式零星分布，位于市區(qū)的東南部軟土層的分布相對(duì)規(guī)模較大。

軟土含水量高、透水性低、含有機(jī)質(zhì)、呈流塑狀、高壓縮性、抗剪強(qiáng)度低，以及不均勻性，其工程性質(zhì)很差。對(duì)地下工程而言，軟土的低強(qiáng)度和觸變性極易誘發(fā)地表沉降，對(duì)周邊環(huán)境造成影響；當(dāng)基底以下位于較厚的軟土層時(shí)，不僅是建（構(gòu)）筑物前期沉降值大，工后沉降延續(xù)時(shí)間特別長(zhǎng)，往往對(duì)工程形成緩慢的變形和破壞，因此需要采取換填或加固措施。對(duì)高架工程而言，應(yīng)考慮軟土對(duì)樁基負(fù)摩擦的影響。對(duì)地面路基及過(guò)渡段而言，應(yīng)根據(jù)檢算情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡鼗庸烫幚泶胧?/p>

地下水對(duì)地鐵工程及運(yùn)營(yíng)的安全風(fēng)險(xiǎn)

天津市區(qū)地下水在100m深度范圍內(nèi)，分為上部潛水和下部的幾層承壓水層。上部潛水的穩(wěn)定水位埋深一般0.5～2m，一般分布在深度20m以上的填土和粉土和粉細(xì)砂層中；第Ⅱ陸相層及以下分布有三-四層承壓含水層，主要賦存在粉土和粉細(xì)砂地層中，其間以粉質(zhì)粘土和少量的粘土形成相對(duì)隔水層，市區(qū)的穩(wěn)定水位一般約2～5m，各承壓含水層分布規(guī)律性較差。由于粉質(zhì)粘土層的相對(duì)隔水性，各含水層之間仍存在一定的水力聯(lián)系。各層地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具有微-中等腐蝕性；對(duì)混凝土中鋼筋一般具有弱-強(qiáng)腐蝕。

天津市的地下水位埋深較淺，對(duì)地鐵工程的建設(shè)影響較大。地下工程應(yīng)考慮地下水對(duì)地下結(jié)構(gòu)物的抗浮問(wèn)題和腐蝕性影響；要結(jié)合地下結(jié)構(gòu)物的埋深、地質(zhì)條件和地下水的分布等，加強(qiáng)對(duì)周邊既有建（構(gòu)）筑物和地下管線的監(jiān)測(cè)和保護(hù)。對(duì)明挖基坑工程應(yīng)重視圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，避免發(fā)生滲流、潛蝕或漏水現(xiàn)象，從而對(duì)地表環(huán)境造成影響；當(dāng)基底土抗突涌穩(wěn)定性不滿足要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置減壓井降水減壓；采取降水減壓設(shè)計(jì)時(shí)要嚴(yán)格控制降水井施工質(zhì)量，同時(shí)要嚴(yán)格執(zhí)行“分層降水，按需降水”和“降壓不降水，出水不出砂”的原則。

當(dāng)區(qū)間盾構(gòu)下穿河流等環(huán)境復(fù)雜地段時(shí)，應(yīng)優(yōu)先使用泥水加壓平衡式盾構(gòu)；嚴(yán)格控制盾構(gòu)進(jìn)、出土量和推進(jìn)速度，加強(qiáng)同步和二次注漿，同時(shí)加強(qiáng)地表沉降監(jiān)測(cè)，以減少對(duì)地表環(huán)境的影響；對(duì)盾構(gòu)隧道穿過(guò)含有承壓水的地層，需考慮涌水、涌砂的可能性，避免造成開(kāi)挖面失穩(wěn)和地表塌陷，以免對(duì)地表環(huán)境的造成影響；在盾構(gòu)區(qū)間的接收（始發(fā)）段、聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)施工過(guò)程中，應(yīng)詳細(xì)分析論證地下水的影響程度，必要時(shí)采用凍結(jié)法施工。

保障措施

為有效規(guī)避工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)，在地鐵項(xiàng)目建設(shè)的各個(gè)階段應(yīng)做好如下工作。

1）在新線規(guī)劃設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分搜集既有的區(qū)域地質(zhì)資料，調(diào)研和分析沿線的不良地質(zhì)和軟土分布情況；掌握地下水的分布和性質(zhì)，并提前做好相關(guān)的安全風(fēng)險(xiǎn)分析和評(píng)估。

2）在可行性研究階段主要是通過(guò)對(duì)既有資料的分析研究，初步掌握?qǐng)鰠^(qū)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，對(duì)線路通過(guò)區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行初步評(píng)價(jià)；啟動(dòng)專項(xiàng)地質(zhì)災(zāi)害評(píng)估工作；必要時(shí)進(jìn)行代表性勘探工作；從工程地質(zhì)角度論證工程方案的可靠性與合理性，對(duì)比選方案進(jìn)行同精度分析評(píng)價(jià)。

3）巖土工程的初步勘察階段是在可行性研究勘察的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同的線路敷設(shè)型式和不同的地質(zhì)單元實(shí)施初步勘察工作，對(duì)不同的比選方案進(jìn)行同精度勘察；初步查明沿線的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件；初步查明沿線的不良地質(zhì)和軟土，以及地下水的性質(zhì)和分布；并應(yīng)識(shí)別設(shè)計(jì)、施工中與地質(zhì)有關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)因素，對(duì)線路通過(guò)地區(qū)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

4）巖土工程的詳細(xì)勘察階段應(yīng)在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上針對(duì)不同的工點(diǎn)、不同的結(jié)構(gòu)形式及施工方法詳細(xì)查明沿線的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件；評(píng)價(jià)工程的適應(yīng)性，并對(duì)設(shè)計(jì)施工提出相應(yīng)的措施和建議。

5）位于待開(kāi)發(fā)區(qū)域的建設(shè)線路，工程活動(dòng)和降水會(huì)引起周邊地層沉降。通過(guò)在地下車(chē)站與區(qū)間設(shè)置變形縫，盾構(gòu)區(qū)間管片之間為非剛性連接，明挖區(qū)間隔一定距離設(shè)置變形縫，可以減小因周邊降水導(dǎo)致地層不均勻沉降對(duì)地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響；待開(kāi)建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)時(shí)，地鐵結(jié)構(gòu)作為既有建筑，新建項(xiàng)目應(yīng)采取一定措施例如注漿等方式來(lái)保證地鐵結(jié)構(gòu)的不均勻沉院、側(cè)向位移等，以保證地鐵的結(jié)構(gòu)安全及運(yùn)營(yíng)安全。

6）施工過(guò)程中的施工勘察應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)和施工進(jìn)展情況，進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素辨識(shí)與地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

7）線路運(yùn)營(yíng)后也要做好長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)工作，研究監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化情況，保證地鐵線路運(yùn)營(yíng)安全。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.21.039