福州軌道交通6號(hào)線地質(zhì)背景條件及工程問題探討

李立生（福建省地質(zhì)測繪院，福州　350011）

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福州軌道交通6號(hào)線地質(zhì)背景條件及工程問題探討

李立生（福建省地質(zhì)測繪院，福州350011）

1　工程概況

福州市軌道交通6號(hào)線起點(diǎn)于倉山區(qū)南臺(tái)島會(huì)展中心，終于長樂國際機(jī)場，共設(shè)20座車站，線路全長約41.362km，共設(shè)20座車站，其中高架站1座，地下站19座，高架線長6.870km，過渡段長0.660km，地下線長33.832km，詳見圖1。

地下車站基坑開挖深度一般為16.4～17.6m，最淺的機(jī)場站為9.5m，最深梁厝站達(dá)21.0m。地下區(qū)間隧道最深處軌頂標(biāo)高為-21.39m。施工方法主要采用盾構(gòu)法、局部區(qū)間采用明挖法、礦山法。

2　地質(zhì)背景條件

2.1地形地貌

軌道交通6號(hào)線總體地勢起伏不大，除局部為低丘和殘丘外，主要屬于沖、海淤積平原區(qū)，平原舒展，地形平坦，湖沼、水系發(fā)達(dá)。烏龍江在南臺(tái)島與長樂間呈北東走向通過，江面寬約2700m。

2.2地層與侵入巖

6號(hào)線沿線地層出露簡單，主要為中生代火山巖和第四系更新統(tǒng)殘積層，上更新統(tǒng)中、上段，全新統(tǒng)中、上段堆積層及表層的人工填土。侵入巖主要是燕山期花崗巖等，見圖2。

2.2.1地 層

6號(hào)線沿線第四紀(jì)沉積物廣泛分布，其成因主要為風(fēng)積、沖積、沖洪積、海積及殘坡積等。全新統(tǒng)上段的風(fēng)積層分布在仙岐站與機(jī)場站。巖性為黃、黃白色細(xì)砂、粉砂，厚2～20m。沖積層主要分布烏龍江及兩側(cè)，上部為現(xiàn)代黃白色含礫中砂、細(xì)砂。下部為近代淺黃、灰白色粘質(zhì)砂土，含礫細(xì)砂、中砂。厚度一般為10～20m；全新統(tǒng)中段的沖洪積層主要分布于長樂的十洋站與鰲頭站間、沙京站東側(cè)。巖性主要為土黃色含泥砂礫卵石等，厚度一般為3～10m。海積層沿線平地大面積分布，巖性上部為灰、灰黑色淤泥、砂質(zhì)粘土或淺黃色細(xì)砂層；中部為灰色粘性土夾砂礫石；下部為灰綠、黑色粘土、砂質(zhì)粘土夾沙礫質(zhì)石層。厚度一般為10～25m；此外，部分車站表層見有大量人工堆填的素填土或雜填土層；更新統(tǒng)殘積層主要分布梁厝站、十洋站、沙京站等地的殘丘及山麓坡腳平緩處，出露高程15～50m，厚度一般5m以下。巖性多見棕黃色含礫粘性土。

火山巖主要分布于長樂航城站北側(cè)、十洋站與鶴上站間的嚴(yán)義山、西北部長安村，南臺(tái)島的鐵頭山，巖性主要為流紋質(zhì)晶屑凝灰?guī)r、凝灰熔巖，火山角礫溶巖等。

2.2.2侵入巖

沿線侵入巖主要為燕山早、晚期侵入的淺肉紅色石英正長斑巖、晶洞堿性花崗巖、正長花崗巖等，呈孤島狀分布，形成丘陵、殘丘（見圖1）。

2.3構(gòu)造

可能對(duì)6號(hào)線沿線造成影響的斷裂為長樂-詔安斷裂帶東北段的長樂-漁溪f1-1斷裂。

長樂-漁溪斷裂f1-1屬第四紀(jì)早期斷裂。該斷裂與本工程大角度相交3處，均發(fā)育在中風(fēng)化凝灰?guī)r中。分別在①航城站西側(cè)，產(chǎn)狀305°∠70°，寬0.20～0.50m，斷層上盤節(jié)理密集，巖體破碎，下盤巖體較完整，屬正斷層；②十洋站北西側(cè)，產(chǎn)狀90°∠30°，寬4～10cm，斷面光滑，平直，斷層內(nèi)充填褐黃色斷層泥，其可見延伸長度為8m，屬逆斷層；③在嚴(yán)義山公路邊坡以節(jié)理密集帶形式出現(xiàn)，裂隙產(chǎn)狀為130°∠85°。

2.4水文地質(zhì)條件

圖1　福州軌道交通6號(hào)線總體走向示意圖

對(duì)6號(hào)線工程有影響的第四系層松散巖類孔隙水主要是賦存于上、中下部砂層中的潛水與承壓水，水量豐富，單孔涌水量最大分別達(dá)1000t/d、1500t/d。地下水穩(wěn)定水位埋深在0.5～3.8間。風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水與基巖裂隙水富水性均較弱，但長樂北東展布的中低山在脈巖帶上及張扭性斷裂帶上含有豐富的基巖裂隙水。

6號(hào)線線路地處閩江流域，地表水體發(fā)育，線路沿線主要上跨穿烏龍江、營前河和下穿多條灌溉溝渠、小河和成片池塘等。

3　主要工程問題

軌道交通6號(hào)線對(duì)場地的改造主要是車站基坑開挖及區(qū)間隧道開挖，采用的施工方法主要是隧道盾構(gòu)、明挖法和礦山法等，結(jié)合地鐵6號(hào)線地質(zhì)環(huán)境條件，施工或運(yùn)行時(shí)可能存在的主要工程地質(zhì)問題為（見圖2）：

3.1基坑和隧道突水、涌水、涌砂

隧道工程穿越閩江高漫灘區(qū)、長限與長樂東部平原段，巖土體為海積的淤泥、含泥中細(xì)砂、淤泥夾砂、粉砂土及風(fēng)積的中細(xì)砂等，層厚5.0～30.0m，富水性均較好，單井涌水量200～1000t/d，局部大于1500t/d。蓮花站-仙岐站段的地表分布有大量的溝渠、小河和成片池塘，其下部均為強(qiáng)透水的含泥中細(xì)砂層，地表水與地下水連通性較好，且砂層厚度較大。因此在隧道穿過會(huì)展中心段、航城站-十洋站、蓮花站-仙岐站附近，施工時(shí)可能存在隧道和基坑的突水、涌水、涌砂等工程地質(zhì)問題。

隧道經(jīng)過巖層段的地下水類型主要為風(fēng)化帶網(wǎng)狀孔隙裂隙水，局部為基巖裂隙水。雖然它們的透水性較弱，水量較貧乏，一般單孔涌水量小于100t/d。但輕軌隧道屬特長淺埋隧道，假設(shè)隧道為平均埋深為20m的矩形集水廊道，據(jù)福州經(jīng)驗(yàn)，基坑涌水量可達(dá)2500～5500m3/d。在地下水涌水過程中，常將泥、砂等帶出，造成流砂，流泥等工程地質(zhì)問題。

3.2疏干排水引發(fā)地面沉陷與海水入侵

6號(hào)線的航城、鄭和、十洋、蓮花、濱海新區(qū)、壺井、萬壽、尚遷、漳港、仙岐站等段隧道頂板無明顯隔水層，大范圍基坑疏干排水可能引起基坑周邊地下水位下降等工程地質(zhì)問題。地下水位以下的地基承載力由孔隙水壓力與土粒的支撐力組成，水位降低后，孔隙水壓力大幅度消減，地基可能因承載力不足而產(chǎn)生不均勻沉降?；娱_挖支護(hù)不當(dāng)時(shí)易引起流泥、流砂，措施不當(dāng)或不及時(shí)可引發(fā)地面塌陷和區(qū)域地面不均勻沉降。

圖2　福州地區(qū)地震地質(zhì)構(gòu)造圖

在長樂東部濱海一帶養(yǎng)殖場的因無序超采地下水，引起海邊的地下水位的大面積、大幅度下降而引起的海水入侵（見圖3～4）。如果長樂東部濱海的尚遷站-機(jī)場站段因長時(shí)間大范圍坑道疏干排水可能引起區(qū)內(nèi)地下水水位繼續(xù)下降，易導(dǎo)致海水倒灌，加劇海水入侵程度。

3.3基坑邊坡軟土失穩(wěn)

地鐵沿線車站基坑開挖深度范圍內(nèi)一般為軟土、含泥中細(xì)砂、殘積土等，少數(shù)挖到基巖。開挖深度一般大于10m，雖然基坑開挖時(shí)有進(jìn)行專門的基坑支護(hù)設(shè)計(jì)，并經(jīng)過連續(xù)墻 （排樁）內(nèi)支撐或錨桿，在土體側(cè)壁自立高度范圍內(nèi)分級(jí)開挖，故其失穩(wěn)可能性小。但由于開挖基坑較深，且其失穩(wěn)后造成的后果嚴(yán)重。

3.4斷裂對(duì)隧道圍巖影響

對(duì)6號(hào)線洞身圍巖有影響的長樂-漁溪斷裂與本工程大角度相交3處，斷裂帶處節(jié)理裂隙發(fā)育，巖石較破碎，膠結(jié)程度差，隧道施工過程中可能引發(fā)洞身圍巖頂板塌落、掉塊及隧道進(jìn)出口開挖邊坡失穩(wěn)。斷裂為地下水的良好通道和富水帶，對(duì)隧道施工有一定有影響。

3.5淺層氣在輕軌隧道掘進(jìn)過程中的安全問題

在福州基礎(chǔ)施工時(shí)由于有害氣體中毒，曾經(jīng)發(fā)生多起人員傷亡事故。雖然勘察時(shí)沿線各勘探孔施工過程未發(fā)現(xiàn)有淺層氣溢出的現(xiàn)象，但沿線局部地段分布厚層的雜填土（含較多的腐爛植物、生活垃圾堆填區(qū)）可能存在淺層沼氣體，其下的沖海積的砂層可能存在有害氣體，威脅施工人員的健康與安全，并影響施工進(jìn)度和工程質(zhì)量。此外，地下管道中有可能積聚大量的沼氣，遇到微小的火星或高溫，容易發(fā)生爆炸，施工時(shí)應(yīng)要加強(qiáng)監(jiān)測，并采取切實(shí)有效的防范措施。

3.6不良地質(zhì)結(jié)構(gòu)對(duì)工程的影響

線路部分地段上部土層為軟土、粉質(zhì)粘土，殘積粘性土，下部土層為風(fēng)化巖，土層性質(zhì)差異較大，所受到的上下、左右阻力不均勻，易引起盾構(gòu)在線路方向上的偏離，設(shè)計(jì)施工應(yīng)合理控制盾構(gòu)的參數(shù)。此外，盾構(gòu)推進(jìn)過程中，沿線存在若干內(nèi)河，內(nèi)河兩岸的駁岸及拋石、條石對(duì)盾構(gòu)施工是一大不利因素應(yīng)予以重視。

圖3　長樂濱海地區(qū)氯離子濃度等值線圖

圖4　長樂濱海地區(qū)咸化系數(shù)等值線圖

3.7孤石問題

孤石的分布與持力層判定、施工方法選擇、工期、造價(jià)等密切相關(guān)?；A(chǔ)施工時(shí)導(dǎo)致持力層誤判、不均勻沉降、上部結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、施工困難、延誤工期等問題，盾構(gòu)施工時(shí)會(huì)導(dǎo)致刀盤受壓不均、姿態(tài)難以控制、掘進(jìn)速度緩慢、擾動(dòng)上覆土層等問題，使盾構(gòu)機(jī)卡刀、斜刀、掉刀偏磨等，俗稱盾構(gòu)施工的“癌癥”。

據(jù)《福州城市地質(zhì)調(diào)查報(bào)告》資料，6號(hào)線在梁厝站周邊、鄭和站至鰲頭站段、鶴上站周邊、濱海新區(qū)站至壺井站段的風(fēng)化巖層中可能存在孤石。在施工前應(yīng)對(duì)孤石可能分布的地段進(jìn)行必要的補(bǔ)充或加密勘察，并采用高密度電法及淺層地震等物探方法，進(jìn)一步查清孤石的具體分布范圍和深度，先行采取工程措施，以大幅度減少施工成本、縮短工期。

3.8洪澇對(duì)工程的影響

6號(hào)線沿線地表水系發(fā)達(dá)，加之福州地區(qū)降水豐沛，閩江流域內(nèi)年徑流量達(dá)623.70億m3，平均約三年就要發(fā)生一次超2萬m3/s的較大洪水。如遇特大暴雨并加上天文大潮，便容易造成洪澇災(zāi)害，地表水如倒灌入地鐵通道將會(huì)對(duì)地鐵的施工建設(shè)及運(yùn)行造成較大危害。

3.9風(fēng)積砂對(duì)工程的影響

長樂東部濱海風(fēng)積砂的逐漸堆積，可能對(duì)仙岐車站與機(jī)場車站造成危害，但其速率不大，工程問題較小。

文中資料主要引用自部市合作項(xiàng)目 “閩江口地區(qū)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查（福州城市地質(zhì)調(diào)查）”（編碼：1212011120094）的專項(xiàng)課題“福州市地鐵規(guī)劃沿線工程地質(zhì)調(diào)查與評(píng)價(jià)專題”工作的成果。

李立生（1966-），男，工程師，水文地質(zhì)工程地質(zhì)專業(yè)。

U239.3

A

2095-2066（2016）19-0085-02

2016-6-20