陶書煜

【摘 要】地震斷裂帶活動是造成地下工程嚴(yán)重破壞的主要原因。近年來，隨著我國地鐵建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，越來越多的地鐵線路穿越地震斷裂帶。論文結(jié)合烏魯木齊軌道交通2號線馬料地站至平川路站區(qū)間工程的實際設(shè)計經(jīng)驗，總結(jié)了相關(guān)經(jīng)驗做法，為今后的工程提供實際參考。

【Abstract】Seismic fault zone activity is the main cause of serious damage to underground engineering. In recent years， with the continuous expansion of subway construction in China， more and more subway lines have been crossing the seismic fault zone. Combined with the practical design experience of the project between the Maliaodi station and Pingchuan Road station of Urumqi rail transit line 2， this paper summarizes the relevant experience and practice， and provides practical reference for the future project.

【關(guān)鍵詞】斷裂帶；礦山法施工；盾構(gòu)區(qū)間；施工工法比選

【Keywords】 fault zone； mining method construction； shield interval； construction method selection

【中圖分類號】U455.4 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）04-0181-02

1 引言

我國西北地區(qū)深居內(nèi)陸，地形條件、地層巖性復(fù)雜，斷裂構(gòu)造廣泛發(fā)育。當(dāng)隧道不可避免地穿越活動斷層時，由地震作用及活動性斷層持續(xù)蠕滑造成的累積剪切錯斷都會對隧道襯砌安全、軸線穩(wěn)定等產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞。因此，對于建造在活動斷裂帶的隧道工程，完善其隧道結(jié)構(gòu)抗斷層錯動設(shè)計、確定合理的施工方法，十分必要。

2工程概況

烏魯木齊軌道交通2號線馬料地站～平川路站區(qū)間自馬料地站起，沿馬料地街路下向西南敷設(shè)，后向北轉(zhuǎn)至平川路路下，轉(zhuǎn)彎過程中下穿九家灣村部分民宅等建筑物，之后進(jìn)入平川路站止。區(qū)間起點里程為YCK17+410.596，區(qū)間隧道大部分位于現(xiàn)狀九家灣村落下方，道路兩側(cè)為商鋪及村內(nèi)建筑。沿線建筑物主要有市公交總公司九家灣停車場、馬料地小學(xué)、二宮鄉(xiāng)九家灣三隊、市七十一小學(xué)和一些村內(nèi)民宅等。區(qū)間終點里程為YCK18+289.294。本區(qū)間大部分埋深較深，上方管線稀疏，僅在馬料地街與平川路路面下有少量管線（區(qū)間始末兩端）。此外，區(qū)間穿越西山斷裂帶北支，呈單面坡，全長878.698m，區(qū)間正線線間距約15.7m～24.1m，區(qū)間隧道埋深約在10.4-20.8m。

3 工程特點與難點

馬料地站-平川路站區(qū)間的YAK12+670～YAK12+760之間大角度通過西山斷裂東段南支（F4-2），產(chǎn)狀N65°E/65°N。參考《烏魯木齊市軌道交通1號線工程場地地震安全性評價活斷層鑒定補充報告》，該斷層預(yù)測未來100年的突發(fā)最大位錯量為0.65m。因此，如何選定合理的施工方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計方案成為確保本工程結(jié)構(gòu)可靠性的關(guān)鍵。

4 區(qū)間隧道施工方案比選

4.1 區(qū)間開挖方式比選

區(qū)間隧道上方現(xiàn)狀為九家灣村部分民宅等建筑物，基礎(chǔ)形式多為片石基礎(chǔ)，深度均在5m以內(nèi)，區(qū)間結(jié)構(gòu)與建筑物基礎(chǔ)底豎向最小凈距均在12.0m以上。另外，區(qū)間穿越西山斷裂帶北支。本段區(qū)間隧道所處地層主要為2-4粉土、2-4-1含礫粉土、2-9圓礫、5-1-2強風(fēng)化泥巖及5-1-3中風(fēng)化泥巖。根據(jù)上述區(qū)間結(jié)構(gòu)施工控制條件，區(qū)間穿越西山斷裂帶采用礦山法施工，并在斷裂帶前后設(shè)置設(shè)防段，設(shè)防段長度為200m；在暗挖段前后兩段采用盾構(gòu)法施工，以控制施工期間地面建筑物沉降。綜上所述，本段區(qū)間盾構(gòu)從平川路站小里程始發(fā)，至暗挖段處進(jìn)行空推，駛過暗挖段后繼續(xù)采用盾構(gòu)推進(jìn)，在馬料地站大里程端接收。

4.2 穿越斷裂帶暗挖段施工措施比選

為減小斷層錯動對產(chǎn)生的破壞程度，根據(jù)工程經(jīng)驗，本項目擬采用加強隧道襯砌強度、增大隧道襯砌厚度、擴(kuò)大隧道斷面、設(shè)置變形縫等措施，并分別進(jìn)行了研究論證。

①加強隧道襯砌強度。加強隧道襯砌強度的方法有很多，如提高混凝土標(biāo)號、混凝土中添加鋼纖維等。但根據(jù)模型分析及類似工程經(jīng)驗，提高隧道襯砌混凝土強度，雖然可以顯著地增加隧道的截面剛度，使局部等效塑性應(yīng)變值明顯減小，但軸向應(yīng)力表現(xiàn)出隨強度增大而增大的趨勢，并且隧道垂直位移分布始終沒有減小。提高混凝土強度在一定程度上增大了結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，但不能充分有效地改善隧道的受力情況，在斷層錯動時抑制隧道的垂直位移也無明顯效果，因此不是一種理想的抗錯斷措施。②增大隧道襯砌厚度。單從力學(xué)角度來看，相對于加強襯砌混凝土強度來說，增大隧道襯砌厚度能夠提供更高的剛度儲備，并使軸向應(yīng)力和等效塑性應(yīng)變明顯地降低，為一種很好的抗錯方式。但是隧道的變形是受圍巖控制的，在錯動過程中圍巖主要表現(xiàn)為剪切變形，當(dāng)剛度提高時，達(dá)到相同的應(yīng)力狀態(tài)必然會使隧道承受更大的載荷，一旦發(fā)生破壞危險性很大。綜合考慮，不適合作為隧道抗錯斷的技術(shù)手段和措施。③擴(kuò)大隧道斷面。在斷層錯動過程中，隧道破壞的根本原因是由于圍巖的約束，變形只能在與斷層相交處有限區(qū)域內(nèi)發(fā)生，應(yīng)力、應(yīng)變集中，很容易使材料達(dá)到屈服破壞，如果能使隧道在更大范圍內(nèi)變形，可在一定程度上將斷層錯動的能量耗散在更廣的空間，同時可避免破壞侵入隧道限界，進(jìn)而減小結(jié)構(gòu)的破壞程度。④設(shè)置變形縫。當(dāng)斷層發(fā)生錯動時，斷層破碎帶及破碎帶與普通圍巖交界處一定范圍內(nèi)的隧道結(jié)構(gòu)剛度連續(xù)、分布均勻，不能吸收局部圍巖變形而易發(fā)生較大的剪切破壞。沿隧道軸向設(shè)置一系列的剪切變形縫，將襯砌結(jié)構(gòu)分成一定數(shù)量相互獨立的小節(jié)段，使連續(xù)的結(jié)構(gòu)變?yōu)槿嵝缘墓?jié)段，將連續(xù)的變形變?yōu)榉植嫉奈诲e，阻隔了受力的傳遞，極大程度地減小了應(yīng)力集中對結(jié)構(gòu)帶來的損傷破壞。避免了隧道結(jié)構(gòu)局部變形過大而造成破壞，是一種非常有效的抗錯手段。

綜上所述，本項目暗挖段施工擬采取擴(kuò)大開挖斷面、設(shè)置變形縫等主要措施。

4.3 結(jié)構(gòu)形式

礦山法隧道采用馬蹄形斷面復(fù)合式鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，盾構(gòu)法隧道采用錯縫拼裝的裝配式圓形斷面鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)。

5 區(qū)間特殊點設(shè)計

5.1 盾構(gòu)通過暗挖段的方式

盾構(gòu)通過暗挖段主要考慮兩種方式，一種是在暗挖段內(nèi)繼續(xù)拼裝管片通過。后期為滿足暗挖斷面地層斷裂帶錯動量0.65m的要求，將管片拆除。這種方式的優(yōu)點是盾構(gòu)通過相對較快，缺點是工程造價相對較高；第二種方式是靠外力牽引通過。優(yōu)點是工程造價相對較低，不浪費盾構(gòu)管片，缺點是推進(jìn)速度較慢，影響工期。綜合考慮，本區(qū)間初步設(shè)計階段盾構(gòu)通過暗挖段推薦采用外力牽引的施工方式。

5.2 區(qū)間結(jié)構(gòu)下方的承壓水處理措施

本區(qū)間盾構(gòu)段在里程YCK17+502.719至YCK17+638.000，礦山法暗挖段在YCK17+638.000～YCK17+865.892范圍內(nèi)區(qū)間下方有承壓水分布。針對此問題，推薦采用降低承壓水水頭的方式，在地面布置減壓降水井。根據(jù)區(qū)間地形情況，該段區(qū)間上方房屋分布極其密集，因此，在實際中考慮在房屋中間找間隙布置。推薦方案中布置約30口減壓井，減壓井伸入含有承壓水的圓礫層中8m。[1]

5.3 針對礦山法暗挖段地下水處理措施

根據(jù)前述水文地質(zhì)情況，本段區(qū)間中潛水、基巖裂隙水等，地下水位相對較高。在暗挖施工過程中潛水要采取降水措施或者封水措施，裂隙水可考慮洞內(nèi)明排的方式。

考慮到該段地層固結(jié)程度、地層應(yīng)力歷史、降水沉降影響范圍等參數(shù)都未知，且周邊房屋較密集，上部管線較多，結(jié)合地質(zhì)情況綜合考慮，推薦方案中考慮暗挖段全斷面注漿止水，注漿范圍僅限于土層，且在隧道外輪廓線外3m范圍內(nèi)。注漿液采用水泥漿液，漿液配合比應(yīng)在實際施工中根據(jù)注漿效果調(diào)整，注漿壓力為0.5～1.5MPa。比較方案為暗挖段左右線隧道外邊線外3m，原則上每隔15m布置一口潛水降水井。由于區(qū)間上方房屋分布極其密集，因此，在實際中考慮在房屋中間找間隙布置。比較方案中共布置20口降水井，暗挖斷面在巖層或半巖半土層中，潛水降水井深入中風(fēng)化巖層內(nèi)2m；在土層中時，井深入結(jié)構(gòu)底下5m。比較方案需要根據(jù)地下水抽水試驗及詳勘報告進(jìn)一步?jīng)Q定。另外，如果根據(jù)地下水試驗發(fā)現(xiàn)降水時對地面沉降影響小時，可將比較方案作為推薦方案。

5.4 礦山法暗挖段施工針對中風(fēng)化巖的處理方式

區(qū)間暗挖段地層會遇到中風(fēng)化巖層，巖層強度較大，特別是中風(fēng)化礫巖。結(jié)合烏魯木齊地鐵1號線施工經(jīng)驗，施工中優(yōu)先考慮采取鉆爆法施工，考慮到爆破會對沿線建筑物產(chǎn)生較大影響，影響周邊居民的正常生活起居，提出以下兩種比較措施：其一，考慮在暗挖施工過程中將沿線居民暫時騰遷，再進(jìn)行鉆爆施工；其二，如果騰遷較為困難，考慮采用化學(xué)爆破的方式，其缺點是施工周期長，優(yōu)點是對周邊建筑物影響較小。

6 存在問題及下階段注意事項

①區(qū)間承壓水層資料尚不足夠詳細(xì)，需進(jìn)一步調(diào)查。補充承壓水抽水試驗。②對建筑物的評估、盾構(gòu)施工階段允許的沉降值確定等工作應(yīng)盡快完成。③靠近馬料地站出盾構(gòu)下穿規(guī)劃地塊，該地塊擬建商業(yè)樓，需與商業(yè)樓設(shè)計單位進(jìn)行進(jìn)一步結(jié)合，以明確樓地下室外輪廓與盾構(gòu)外皮的凈距。

【參考文獻(xiàn)】

【1】曾偉華. 盾構(gòu)穿越斷裂帶掘進(jìn)施工技術(shù)[J]. 隧道建設(shè)，2006（z2）：44-46.