武漢地鐵機(jī)場線勘察若干問題探討

趙 志 達(dá)

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

武漢地鐵機(jī)場線勘察若干問題探討

趙 志 達(dá)

(中煤科工集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

通過勘察武漢地鐵機(jī)場線，對(duì)勘察過程中所揭露的若干問題進(jìn)行了研究，從新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)角度對(duì)武漢地區(qū)長江三級(jí)階地地貌單位界線雜亂無章的成因以及巖溶發(fā)育地段盾構(gòu)區(qū)間基礎(chǔ)設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行論述，對(duì)武漢地區(qū)長江三級(jí)階地上第三系與第四系下更新統(tǒng)的劃分，新近填土所引起的負(fù)摩阻力的確定及各施工工法間銜接等技術(shù)難點(diǎn)進(jìn)行探討。

地鐵機(jī)場線，新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，地層劃分，負(fù)摩阻力，巖溶

1 工程概況

素具“九省通衢”之稱的武漢市地處華中腹地，為長江、漢江交匯處。自2012年年底武漢地鐵2號(hào)線通車后，武漢地鐵步入了建設(shè)的高峰期。武漢地鐵機(jī)場線工程起于天河機(jī)場T3航站樓，全長19.53 km，設(shè)站7座，包含換乘站2座，分別在天河機(jī)場站與漢孝城際換乘，宏圖大道站與3號(hào)，8號(hào)線換乘。本文從新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、巖溶、施工工法的銜接等方面對(duì)武漢地鐵機(jī)場線勘察過程中所揭示的問題進(jìn)行探討。

2 地鐵勘察中存在的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響

武漢地鐵機(jī)場線沿線地貌根據(jù)勘探地層揭露情況可劃分為長江一級(jí)階地、二級(jí)階地、三級(jí)階地等地貌單元。擬建區(qū)域地貌的形成固然與長江及其支流水系府河的沖洪積有密切聯(lián)系，但勘察期間發(fā)現(xiàn)區(qū)內(nèi)各級(jí)地貌高差并未呈現(xiàn)明顯的韻律特征。

通過對(duì)該現(xiàn)象的地質(zhì)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)場區(qū)內(nèi)無規(guī)律的新地質(zhì)構(gòu)造升降運(yùn)動(dòng)是內(nèi)力因素，同時(shí)本場地地表土體所長期經(jīng)受的剝蝕作用是外力因素，兩者持久共存疊加，造成了從相對(duì)高程角度無法清晰界定地貌單元、地貌單元界線雜亂無章的現(xiàn)狀。內(nèi)力升降與外力剝蝕相結(jié)合作用強(qiáng)烈的區(qū)域，形成了星羅棋布的溝、塘地貌[1]，規(guī)模較大的地表水域?yàn)轳R家湖、府河及黃塘湖，小范圍的湖積地層穿插于整體地層之中。相比以往的武漢地鐵工程，武漢地鐵機(jī)場線對(duì)勘察及設(shè)計(jì)工作提出了更高的要求。

3 地鐵勘察中存在的地層劃分難點(diǎn)

3.1 武漢地鐵機(jī)場線地層分布特征

第四系覆蓋層：武漢地鐵機(jī)場線上部第四系覆蓋層主要按照長江一級(jí)階地、二級(jí)階地、三級(jí)階地進(jìn)行系統(tǒng)劃分。其中一級(jí)階地主要分布于府河及其兩岸，上部為淤泥質(zhì)土，下部為砂和砂礫石交互層，是典型的“二元結(jié)構(gòu)”[2]；二級(jí)階地主要分布于府河南岸至金銀潭站，地層由具可塑～硬塑狀態(tài)的粘性土層及中密～密實(shí)狀態(tài)的砂土層組成；三級(jí)階地主要分布于起點(diǎn)至府河北岸，地層由具可塑～堅(jiān)硬態(tài)的粘性土、粘性土夾碎石層及中密～密實(shí)狀態(tài)的砂土層組成[3]。

基巖層：武漢地鐵機(jī)場線基巖層由上第三系黏土巖及弱膠結(jié)泥質(zhì)砂巖、白堊—第三系東湖群砂礫巖、泥質(zhì)粉砂巖，志留系中統(tǒng)紋頭組泥巖、三疊系下統(tǒng)大治組灰?guī)r組成。

3.2 地層劃分難點(diǎn)

長江一級(jí)階地因其獨(dú)特的軟弱地層構(gòu)成及分布環(huán)境，范圍界定相對(duì)清晰。但長江二級(jí)階地與長江三級(jí)階地的劃分在武漢地區(qū)歷來存在爭議。

武漢地鐵機(jī)場線基巖上第三系主要為黏土巖與弱膠結(jié)泥質(zhì)砂巖，兩者交替互層，無分布規(guī)律。長江三級(jí)階地第四系下更新統(tǒng)沖洪積分布的粉細(xì)砂夾礫卵石、含礫中粗砂、卵礫石呈中密狀態(tài)，黏性土呈硬塑～堅(jiān)硬狀態(tài)。上述地層與上第三系基巖地層在構(gòu)成成分、顏色、埋深等方面難以區(qū)分，若僅從膠結(jié)程度進(jìn)行劃分，導(dǎo)致上第三系基巖面起伏較大。C14同位素法確定地層時(shí)代固然可靠，但在長距離地鐵建設(shè)中此法成本過高。在上述地層中如何兼顧準(zhǔn)確揭示地層變化規(guī)律與滿足盾構(gòu)穿越及地基基礎(chǔ)設(shè)計(jì)、運(yùn)營的要求，值得探究新的工作方法及思路。

4 地鐵勘察中存在的水文地質(zhì)條件問題

4.1 武漢地鐵機(jī)場線水文地質(zhì)特征

擬建場地地表水主要分布于馬家湖、府河、黃塘湖及沿線溝、塘中，接受大氣降水、地表徑流及人工補(bǔ)給，水位及水量受氣候及人工影響明顯。地下水幾乎涵蓋了武漢地區(qū)常見的全部地下水類型，按賦存條件，可分為上層滯水、潛水、層間水、孔隙承壓水、基巖裂隙水和巖溶裂隙水等六種類型。

4.2 水文地質(zhì)條件問題

地表水域中馬家湖為輕軌跨越，府河、黃塘湖為地下盾構(gòu)穿越，其中長距離跨越大型水域在武漢地鐵建設(shè)中尚屬首次。馬家湖為古云夢澤退縮而形成的殘留湖，該湖因武漢天河機(jī)場T3航站樓施工取土導(dǎo)致湖底局部地段原有地層缺失嚴(yán)重。武漢地鐵施工單位進(jìn)行基礎(chǔ)圍堰施工時(shí)，對(duì)地層缺失地段進(jìn)行回填處理，回填土因填料成分復(fù)雜、湖水長期浸泡且未經(jīng)碾壓等原因，物理力學(xué)性質(zhì)差。該層土在樁側(cè)產(chǎn)生負(fù)摩阻力，對(duì)于端承樁將產(chǎn)生較大的下拉荷載，樁基承載力設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮負(fù)摩阻力的不利影響。因規(guī)范中對(duì)填土的中性點(diǎn)深度及樁側(cè)負(fù)摩阻力系數(shù)并未進(jìn)行明確說明，上述參數(shù)的選取是否符合實(shí)際情況值得勘察及設(shè)計(jì)單位探討。

5 地鐵勘察中存在的巖溶不良地質(zhì)條件問題

5.1 武漢地鐵機(jī)場線巖溶發(fā)育特征

根據(jù)國內(nèi)巖溶地區(qū)工程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，巖溶是一種形態(tài)奇特、分布復(fù)雜的自然現(xiàn)象，宏觀上雖然有發(fā)育規(guī)律，但在具體場地上，其分布和形態(tài)則是無常的?；?guī)r條帶多埋藏于第四系地層之下，某些地段兼有碎屑巖覆埋，巖溶類型為覆蓋或埋藏型[4]。擬建場地范圍內(nèi)可溶巖巖溶中等發(fā)育～微發(fā)育，發(fā)育溶洞呈無～全充填狀，說明溶洞間連通性一般。擬建區(qū)間場地基巖上覆老黏土厚度較大，自穩(wěn)性較好，一般不會(huì)引起地面塌陷。

5.2 巖溶不良地質(zhì)條件問題

擬建場地局部地段隧道基底位于第四系上更新統(tǒng)沖洪積粉細(xì)砂層中，該層下臥層為石炭系白云巖(見圖1)。在地鐵施工及運(yùn)營過程中，外力的擾動(dòng)極易導(dǎo)致粉細(xì)砂泄露至充填程度較差的溶洞中，從而引起重大事故。該地段基巖埋深較深，物探探測溶洞分布的可靠性不高，而鉆探中的鉆孔將形成人為的泄露通道，因此探測該地段巖溶分布情況極為困難。

考慮到該區(qū)段施工方式為盾構(gòu)機(jī)暗挖法施工，掘進(jìn)過程中進(jìn)行換填處理技術(shù)難度極大；采用水泥土攪拌樁或高壓噴射注漿等地基處理方法，施工質(zhì)量控制難度較大。因此在入巖深度及樁間距滿足穩(wěn)定要求的前提下，布置一定數(shù)量的鉆孔灌注短樁較為可靠，樁頂標(biāo)高為隧道基底，并加強(qiáng)該區(qū)域基礎(chǔ)底板的剛度及厚度。鉆孔灌注樁施工過程中尤其要注意穿越砂土層時(shí)的泥漿護(hù)壁質(zhì)量，避免因樁基施工導(dǎo)致砂土泄露的情況發(fā)生。同時(shí)基礎(chǔ)底板設(shè)置觀測孔，布置一定數(shù)量的監(jiān)測點(diǎn)，對(duì)運(yùn)營過程中的粉細(xì)砂流失情況進(jìn)行預(yù)警。觀測孔在應(yīng)急搶險(xiǎn)期間可兼作投石、注漿孔[5]。

6 地鐵勘察中存在的施工工法的銜接問題

武漢地鐵機(jī)場線涵蓋填方路基、淺埋暗挖、高架、暗挖隧道法及礦山法、明挖法等多種施工工法。不同工法所選取的基礎(chǔ)持力層往往不同，基礎(chǔ)剛度也差異較大，造成地基基礎(chǔ)的不均勻沉降。差異沉降會(huì)造成道床與管片的分離脫空、道床開裂、管片破損，進(jìn)而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)滲漏水、軌道狀態(tài)惡化、列車動(dòng)荷載加大等問題，最終將影響地鐵的正常使用與行車安全[6]。

國內(nèi)外對(duì)于治理不均勻沉降一般采用劈裂注漿或壓密注漿的補(bǔ)償注漿方法,但注漿效果難以控制且影響運(yùn)營工作。因此在設(shè)計(jì)階段就應(yīng)針對(duì)不均勻沉降采取防治措施，并于各工法過渡地段布置一定數(shù)量的監(jiān)測點(diǎn)尤為重要。

7 結(jié)語

武漢地鐵機(jī)場線兼具鐵路隧道、深基坑、高層建筑、城區(qū)高架、大型橋梁等項(xiàng)目的巖土工程勘察特點(diǎn)，其工作思路不應(yīng)局限于一般地鐵項(xiàng)目的勘察內(nèi)容，融會(huì)貫通各項(xiàng)目要點(diǎn)及相互聯(lián)系是提出合理且有針對(duì)性的巖土工程建議的前提。場區(qū)工程地質(zhì)條件及水文地質(zhì)條件復(fù)雜，巖溶等不良地質(zhì)作用較發(fā)育，各施工工法間銜接緊密是武漢地鐵機(jī)場線勘察工作中揭露出來的主要問題。正確認(rèn)識(shí)并妥善處理上述問題是保障武漢地鐵機(jī)場線安全、穩(wěn)定運(yùn)營的關(guān)鍵。

[1] 丁寶田.根據(jù)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)及地貌特征試論武漢地區(qū)地殼穩(wěn)定性[J].測繪信息與工程,1985(3):38-41.

[2] 李 英，何忠澤，嚴(yán)桂華，等.武漢二元結(jié)構(gòu)地層基坑降水及其地面沉降研究[J].巖土工程學(xué)報(bào)，2012(S1)：767-772.

[3] 鄧健如，伍維周，秦志能.武漢市第四紀(jì)地層的劃分[J].湖北大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，1991(2):178-183.

[4] 張三定，馬貴生，羅小杰，等.武漢地鐵巖溶問題研究方法[J].資源環(huán)境與工程，2013(8):426-429.

[5] 周 祥.結(jié)合案例對(duì)地鐵溶洞處理方法的探討[J].中華民居，2013(3):317-318.

[6] 黃大維，周順華，宮全美，等.軟土地區(qū)地鐵不同結(jié)構(gòu)間差異沉降特點(diǎn)分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2013(1):95-100.

Discussion on several issues about engineering geological investigation of Wuhan airport metro

Zhao Zhida

(WuhanDesign&ResearchInstituteCo.,LtdofChinaCoalTechnology&EngineeringGroup,Wuhan430064,China)

By the engineering geological investigation of Wuhan airport metro, we explored several issues such as new tectonic movement, we analysed the cause of clutter in Changjiang river three-level terrace and the key points of shield foundation design in karst area. We also mentioned several issues such as the partition between N and Q1 in Changjiang river three-level terrace, the negative friction of recent filling and the join of all the construction methods.

airport metro, new tectonic movement, division of layer, negative friction, karst

1009-6825(2015)16-0058-03

2015-03-29

趙志達(dá)(1983- )，男，碩士，工程師

U231.1

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