探討西安地鐵建設(shè)中對(duì)地裂縫危害的防治措施

王大勇

摘 要：地裂縫是多年以來(lái)外土建專(zhuān)業(yè)人士所認(rèn)識(shí)的對(duì)于城市建設(shè)發(fā)展能夠產(chǎn)生較大影響的一種地質(zhì)災(zāi)害。但對(duì)于正在大規(guī)模修建地鐵的西安市來(lái)說(shuō)，面對(duì)大規(guī)模的地裂縫發(fā)育帶，且分布范圍廣，對(duì)城市建設(shè)者帶來(lái)了前所未有的挑戰(zhàn)。自建國(guó)后發(fā)現(xiàn)，特別改革開(kāi)放以來(lái)，由于人為原因從而導(dǎo)致地裂縫的加快發(fā)育，目前作為西安市主要的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)地鐵建設(shè)工程具有很強(qiáng)的危害性。本文研究介紹地裂縫的成因、在地鐵建設(shè)中的危害風(fēng)險(xiǎn)及西安地鐵五號(hào)線對(duì)F10地裂縫治理加固。

關(guān)鍵詞：地裂縫；西安地鐵五號(hào)線；危害；治理措施

1、地裂縫的成因

地裂縫是土體、地表巖在外在因素的影響而產(chǎn)生裂縫，在地表形成一道裂縫的地質(zhì)現(xiàn)象，當(dāng)這種現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在人類(lèi)活動(dòng)的活動(dòng)范圍，便可成為一種地質(zhì)災(zāi)害。地裂縫成因很多。地質(zhì)運(yùn)動(dòng)、水循環(huán)和部分人類(lèi)生產(chǎn)生活活是其形成的主要原因。在我國(guó)，西安市形成的地裂縫數(shù)量最多，影響范圍較大，目前，西安市區(qū)根據(jù)地表出露形跡和各種類(lèi)的勘察手段已經(jīng)確定的地裂縫有14條。

2、地鐵五號(hào)線項(xiàng)目工程概況

西安地鐵五號(hào)線一期工程西起和平村，沿昆明路向東，先后經(jīng)富源一路、西三環(huán)、皂河、漢城南路，至西二環(huán)后，線路轉(zhuǎn)向南下穿豐慶公園，經(jīng)高新四路后折向東，沿友誼路前行，經(jīng)太白北路、含光路、長(zhǎng)安北路、文藝路、雁塔路、太乙路后，沿雁翔路南行，經(jīng)西影路、岳家寨后，線路轉(zhuǎn)向東沿規(guī)劃道路前行至長(zhǎng)鳴路，上跨雁鳴湖、東三環(huán)后至本期工程終點(diǎn)紡織城火車(chē)站。根據(jù)已有研究記錄和現(xiàn)場(chǎng)地面調(diào)查及實(shí)際勘探成果，查明西安地鐵五號(hào)線穿過(guò)f3、f4、f5、等八條地裂縫和三個(gè)分支裂縫，F(xiàn)10地裂縫位于雁翔路南段，北起石羊農(nóng)莊，沿雁翔路自北向南延伸，至雁翔路加氣站處線路改為自西向東延伸至黃渠頭村。地面起伏稍大，呈南高北低之勢(shì)，地面高程介于461.66～479.73m，地貌單元屬黃土梁洼。

3、地裂縫對(duì)地鐵工程危害

地裂縫是西安典型的地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)地鐵工程的施工和安全運(yùn)營(yíng)有較大威脅，特別是和地鐵相交的地裂縫，會(huì)給地鐵隧道主體結(jié)構(gòu)帶來(lái)嚴(yán)重的危害，如與線路小角度斜交時(shí)，會(huì)造成地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形破壞不對(duì)稱(chēng)，并隨著沉降的擴(kuò)展，首先發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，然后發(fā)生彎曲和剪切變形破壞。地裂縫對(duì)地鐵工程的影響主要集中在以下幾點(diǎn)：

（1）地裂縫兩側(cè)上下盤(pán)互相來(lái)回錯(cuò)動(dòng)，因而地鐵主體隧道結(jié)構(gòu)伴隨地層變形發(fā)生結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂或彎曲剪切破壞；

（2）地裂縫帶的地質(zhì)活動(dòng)通過(guò)襯砌影響到隧道內(nèi)部的軌道線性，導(dǎo)致穿越地裂縫處的軌道產(chǎn)生位移沉降變形，給列車(chē)的安全運(yùn)行造成很大的風(fēng)險(xiǎn)；

（3）地裂縫的運(yùn)動(dòng)造成隧道的主體結(jié)構(gòu)開(kāi)裂或變形縫防水措施的破壞，引起地下水滲灌入隧道，嚴(yán)重威脅列車(chē)的安全運(yùn)行。

（4）地層變形，導(dǎo)致地鐵隧道上層管網(wǎng)滲漏開(kāi)裂，雨污水浸泡整段地層，從而使隧道外層應(yīng)力增大有坍塌風(fēng)險(xiǎn)，直接影響地鐵施工或者開(kāi)通運(yùn)營(yíng)?？v觀國(guó)內(nèi)外研究，其成果多為地裂縫的成因機(jī)制、區(qū)域地質(zhì)背景以及地表破裂等宏觀表象分析，而防治研究方面也多次采用宏觀對(duì)策進(jìn)行防治。

4、F10地裂縫治理措施

4.1 隧道通過(guò)F10地裂縫的工法

地鐵五號(hào)線區(qū)間隧道穿越F10地裂縫，地裂縫段應(yīng)采用淺埋暗挖法施工，暗挖段設(shè)置一處施工豎井及橫通道，施工豎井采用倒掛井壁法施工，橫通道采用臨時(shí)仰拱法施工。區(qū)間隧道采用CRD施工，初期支護(hù)為鋼格柵加噴射混凝土。各洞室均采用臺(tái)階法開(kāi)挖，各導(dǎo)洞縱向開(kāi)挖時(shí)上下導(dǎo)洞錯(cuò)開(kāi)4～5m，左右導(dǎo)洞應(yīng)錯(cuò)開(kāi)4～5m，施工中必須認(rèn)真組織好各洞室施的施工前后順序。開(kāi)挖作業(yè)嚴(yán)格遵循“小分塊、短臺(tái)階、強(qiáng)支護(hù)、多循環(huán)、快封閉、勤量測(cè)”原則。

4.2穿越地裂縫帶的隧道襯砌結(jié)構(gòu)分縫原則

根據(jù)以往西安地鐵1、2、3、4號(hào)線的研究成果和經(jīng)驗(yàn)，斜交條件下地鐵分段隧道與地裂縫的平面投影關(guān)系，變形縫設(shè)置模式和分段長(zhǎng)度優(yōu)化計(jì)算模式大致歸為以下兩種模式：

模式一：對(duì)縫設(shè)置，及分段隧道中有兩段隧道橫跨于地裂縫上；

模式二：騎縫設(shè)置，分段隧道中僅一段隧道橫跨于地裂縫上。

4.3擴(kuò)大斷面預(yù)留凈空和局部襯砌加強(qiáng)

西安地鐵五號(hào)線沿線地裂縫在設(shè)計(jì)使用期內(nèi)設(shè)計(jì)值300mm和500mm，為防止地裂縫活動(dòng)引起隧道變形侵入建筑界限，隧道穿越地裂縫變形區(qū)必須擴(kuò)大斷面預(yù)留變形量，在特殊情況下隧道的凈空和行車(chē)時(shí)的安全能得以保證。采用復(fù)合式襯砌確保結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，在地裂縫地段隧道必須預(yù)留足夠的凈空，地裂縫活動(dòng)后仍能通過(guò)改變線路調(diào)坡保證線性的平順和行車(chē)的通過(guò)性。

4.4分段設(shè)縫加柔性接頭

隧道分段設(shè)縫后，結(jié)構(gòu)應(yīng)力釋放，受力明顯減小，但防水壓力明顯增加，因此接頭構(gòu)造包括結(jié)構(gòu)形式和防水構(gòu)造，根據(jù)前期地鐵的研究和經(jīng)驗(yàn)，分段設(shè)縫接頭大致可采用以下三種構(gòu)造形式或設(shè)置方案。

（1）可卸式拼裝柔性接頭設(shè)置方案

由于地裂縫活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)錯(cuò)位而引起防水失效，重點(diǎn)考慮使用可維修、可更換、易于操作的構(gòu)造形式上，使用可卸式拼裝柔性接頭具有方便經(jīng)濟(jì)、可操作性強(qiáng)的特點(diǎn)，對(duì)不同活動(dòng)級(jí)別的地裂縫地段均可使用。其襯砌第一道剛性防水層，二襯可安裝中埋式止水帶組成第二道防水，內(nèi)層拼裝結(jié)構(gòu)的防水構(gòu)成第三道防水。

（2）且行止水帶+中空彈性止水帶+止水帶多道柔性接頭設(shè)置方案

該方案在由中鐵第一勘察設(shè)計(jì)研究院和西北橡膠塑料設(shè)計(jì)研究院在長(zhǎng)安大學(xué)課題研究組所提雙層襯砌結(jié)構(gòu)柔性接頭的基礎(chǔ)上提出的它結(jié)合進(jìn)行了多道防水，能起到較好的防水效果。

4.5重難點(diǎn)應(yīng)對(duì)措施

由于地裂縫破碎帶難以形成自然拱，開(kāi)挖時(shí)容易發(fā)生拱部坍塌、變形過(guò)大等事故，因此地裂縫暗挖隧道施工的難點(diǎn)和風(fēng)險(xiǎn)源主要應(yīng)對(duì)措施有：

（1）技術(shù)保障：項(xiàng)目部專(zhuān)門(mén)成立地裂縫段施工專(zhuān)家小組，聘請(qǐng)地鐵設(shè)計(jì)、施工、科研方面的專(zhuān)家和地質(zhì)工程專(zhuān)家、西安市從事地裂縫研究和處理專(zhuān)家共同組成科研攻關(guān)小組，并對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，借鑒西安地鐵其它線路地裂縫施工成功經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)籌安排施工；

（2）超前探測(cè)：在施工到地裂縫前，對(duì)前方地層進(jìn)行探測(cè)，根據(jù)探測(cè)到的地形情況對(duì)施工方案進(jìn)行調(diào)整；

（3）超前支護(hù)：根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用管棚進(jìn)行超前加固，同時(shí)配合小導(dǎo)管超前注漿加固地層；

（4）加強(qiáng)監(jiān)測(cè)：項(xiàng)目部成立專(zhuān)項(xiàng)施工監(jiān)測(cè)小組，施工過(guò)程中對(duì)于地裂縫段的地表、地面建筑物和隧道洞內(nèi)加密布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，且施工中增加頻率。將監(jiān)測(cè)信息反饋給設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位，及時(shí)對(duì)監(jiān)測(cè)信息進(jìn)行分析反饋；

（5）制定詳細(xì)的應(yīng)急預(yù)案，準(zhǔn)備充足的應(yīng)急物資、設(shè)備，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)地表建筑物進(jìn)行有必要的地表注漿加固。

5 結(jié)論

地鐵穿越地裂縫建設(shè)工程治理理措施研究是一個(gè)漫長(zhǎng)而復(fù)雜的過(guò)程，其伴隨著地質(zhì)活動(dòng)難以抗拒，作為工程建設(shè)者，如果只加強(qiáng)主體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度來(lái)抵抗地裂縫的活動(dòng)，是不足以安全穿越地裂縫縫，設(shè)計(jì)方和施工方應(yīng)對(duì)地裂縫將引發(fā)的沉降變形，并將變形量提前考慮在結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)，這樣才能確保主體結(jié)構(gòu)和運(yùn)營(yíng)的安全。最終采用的任何方案，都應(yīng)遵循以防為主，結(jié)構(gòu)適應(yīng)變形的原則。

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