紹興市軌道交通1號線工程面臨的主要問題及對策

□ 黃 龍 張曉冬

紹興市軌道交通1號線自南向北串聯(lián)鑒湖鎮(zhèn)、越城、鏡湖、柯橋等新老城區(qū)，其穿越區(qū)域水文地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，沿線建設(shè)條件比較復(fù)雜：全線部分區(qū)段穿越深厚軟土層及巖溶區(qū)；沿線橋梁、河道眾多；經(jīng)過老城區(qū)，建設(shè)難度大；穿越歷史文化名城保護區(qū)，文保要求高。紹興軌道交通1號線工程沿線的工程地質(zhì)環(huán)境導(dǎo)致其在建設(shè)和運營過程中會遇到諸多問題。筆者通過對1號線工程地質(zhì)條件、建設(shè)及運營環(huán)境進行分析，指出紹興市軌道交通1號線目前面臨的主要問題，并提出解決對策。

一、概況

紹興市軌道交通1號線是紹興建造的第一條地鐵線路，由主線和支線兩部分組成，線路總長34.1公里，設(shè)車站24座，其中地下站23座，地面站1座，工程主線起點笛揚路站，終點芳泉站，全長26.8公里；工程支線起點為柯橋客運站，終點為站前大道站，長7.3公里。工程設(shè)鑒湖停車場和萬繡路車輛基地，1號線與杭紹城際鐵路實現(xiàn)貫通運營。

1號線主線北段及支線區(qū)域內(nèi)分布大量深厚不均極軟土層，且周邊水系發(fā)達，建設(shè)面臨的工程地質(zhì)水文環(huán)境復(fù)雜。同時，紹興市軌道交通1號線沿線有大量待開發(fā)區(qū)，地鐵建成后周邊工程活動頻繁，使得1號線面臨復(fù)雜運營環(huán)境。近年來，與紹興地質(zhì)條件類似的上海、杭州、寧波等軟土地區(qū)修建了大量的地鐵盾構(gòu)隧道，這些城市的盾構(gòu)隧道受工程環(huán)境和地質(zhì)環(huán)境影響，在建設(shè)期和運營期均出現(xiàn)了不同程度的問題。

二、工程地質(zhì)條件

紹興市軌道交通1號線工程穿越兩個大的地貌分區(qū)：一是蕭紹沖海相沉積平原地貌單元，主要為線路起點笛揚路站～鑒湖鎮(zhèn)站；二是山麓斜坡堆積為主的山前平原區(qū)，該工程主要為鑒湖鎮(zhèn)站至鑒湖停車場、塔山站局部。土層主要分布有人工填土、淤泥質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土、圓礫、粉砂巖、凝灰?guī)r等。根據(jù)物探顯示，玉山路站至鑒湖鎮(zhèn)站區(qū)間、出入段線及停車場范圍為巖溶發(fā)育區(qū)，見洞隙率40%，巖溶發(fā)育的特點為“淺多深少”，主要形態(tài)有溶溝、石牙、溶槽、溶洞等。溶洞裂隙多被粘性土充填或半充填，發(fā)育溶洞最大超過15米。

三、建設(shè)與運營環(huán)境

1.土質(zhì)條件差

紹興市軌道交通1號線北段分布有大量新近堆積的填土和海相沉積的淤泥質(zhì)軟土層，且軟土層深厚，北段車站軟土層平均厚度超過20米，局部金柯橋大道站、站前大道站軟土層平均厚度超過30米。其中，淤泥質(zhì)黏土層含水量平均值為46.8%，孔隙比平均值為1.32，壓縮模量平均值為2.41兆帕，靈敏度平均值3.9，而基本承載力約65千帕。與上海等典型軟土地區(qū)的土層性質(zhì)相比，紹興軟土層厚度較上海大，靈敏度較上海略高；與南京河西地區(qū)相比，紹興地區(qū)軟土承載力能力略低。

由于淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土的工程性質(zhì)特點為低地基承載力，荷載變化后易發(fā)生變形，且變形速率大，穩(wěn)定時間長，觸變性及流變性大。施工期容易導(dǎo)致隧道注漿產(chǎn)生上浮量過大、盾構(gòu)姿態(tài)難以控制等問題；運營期在地鐵列車循環(huán)荷載作用下，土體極易發(fā)生軟化，遭到破壞的軟土地基又會加大隧道沉降，增大管片變形，引發(fā)滲漏水等問題。

2.施工難度大

（1）下穿河流多。盾構(gòu)區(qū)間先后穿越環(huán)城河等河流15條，水面寬度多在30～300米，其中，柯橋客運站至紹興北站區(qū)間穿越嘉會河長度超過900米，且聯(lián)絡(luò)通道位于河底，若施工參數(shù)選取不當(dāng)，會導(dǎo)致開挖面失穩(wěn)，河底冒漿，乃至河底土層塌陷等問題。

（2）穿越既有鐵路。1號線穿越鐵路合計兩處：一處為下穿既有蕭甬鐵路，1號線與蕭甬鐵路相交約70度，盾構(gòu)埋深約18米，若施工不當(dāng)，易造成鐵路路基變形和地表沉降，影響鐵路運營；另一處為側(cè)穿杭甬高鐵高架橋，根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，盾構(gòu)施工引起高鐵無砟軌道墩臺頂位移限值為2毫米，高鐵對于變形敏感性極為嚴(yán)苛，施工風(fēng)險極大。

（3）穿越巖溶區(qū)。根據(jù)現(xiàn)場及物探顯示，玉山路站至鑒湖停車場段屬于易塌陷區(qū)，在巖溶區(qū)進行基坑開挖、降水、盾構(gòu)穿越等施工時均會造成溶洞狀態(tài)的改變，引起地面塌陷、突水等重大工程地質(zhì)問題，盾構(gòu)施工掘進時可能會發(fā)生盾構(gòu)機磕頭，后期列車運營時會產(chǎn)生工后塌陷，同時溶洞造成基巖面起伏較大或有軟土分布時，可能造成地基不均勻下沉。

（4）穿越古城區(qū)。紹興市是國務(wù)院首批公布的24座歷史文化名城之一，古城位于紹興市區(qū)中心位置。1號線從北向南貫穿古城區(qū)，沿線涉及1處世界文化遺產(chǎn)（環(huán)城河）、2處全國重點文保單位（蔡元培故居、秋瑾紀(jì)念碑及秋瑾故居）、2處浙江省文物保護單位（大善塔、布業(yè)會館）、3處歷史文化街區(qū)（蕺山、前觀巷、魯迅故里）、4處紹興市文物保護單位（應(yīng)天塔、章學(xué)誠故居、繆家臺門和錢業(yè)會館）及望花橋等多處文保點，古建筑保護壓力大。

3.周邊工程活動多

隨著長三角一體化上升為國家戰(zhàn)略以及杭紹甬一體化示范區(qū)建設(shè)，紹興市將獲得大量的發(fā)展機遇，紹興市鏡湖新區(qū)作為全市首位度的城市核心和地標(biāo)性新城區(qū)。目前1號線40%的線路位于鏡湖新區(qū)，按照TOD理念，軌道交通沿線必然會帶動大量的商業(yè)開發(fā)。同時，軌道交通作為百年工程，在其全生命周期內(nèi)，軌道交通沿線的業(yè)態(tài)布局必然會經(jīng)歷多次的更新。已有經(jīng)驗表明，在類似的軟土地層中，周邊工程活動將導(dǎo)致盾構(gòu)隧道產(chǎn)生嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)變形。當(dāng)隧道結(jié)構(gòu)扁平變形達到一定量值后，會引發(fā)多種病害，如裂縫、滲水、道床剝離等，以至危害地鐵隧道運營安全。

四、技術(shù)對策

1.設(shè)計方案

（1）在平面線路設(shè)計方面，盡可能避開橋梁等風(fēng)險源，控制結(jié)構(gòu)外邊線與橋梁樁基以及文物建筑保護范圍線之間的距離；在縱向設(shè)計上，特別是隧道下穿大運河及長距離穿河時，需注意保持盾構(gòu)頂與河床底面的凈距，設(shè)計時按照距離規(guī)劃河底不小于2倍洞徑進行控制，以免開挖面失穩(wěn)及減少后期河道疏浚對盾構(gòu)隧道的影響。

（2）在隧道結(jié)構(gòu)方面，借鑒北京、上海地鐵等單位成功經(jīng)驗，考慮隧道長期沉降及周邊工程活動影響，紹興市軌道交通1號線采用內(nèi)徑為5.9米、厚度0.4米的盾構(gòu)管片，即在傳統(tǒng)內(nèi)徑5.5米基礎(chǔ)上，預(yù)留0.2米的加固空間來彌補盾構(gòu)隧道內(nèi)凈空變化的影響，同時通過增加管片厚度來增強管片的綜合剛度。此舉有利于加強隧道結(jié)構(gòu)的縱向剛度，同時使得橫向變形在可控范圍內(nèi)。

（3）在接頭形式方面，我國盾構(gòu)隧道管片接頭多以螺栓做永久連接，以直螺栓、彎螺栓和斜螺栓最為常用。為適應(yīng)紹興市軌道交通1號線5.9米內(nèi)徑、0.4米壁厚的盾構(gòu)隧道形式，需對管片接頭、防水密封墊、螺栓等級、凹凸榫尺寸及位置進行專門設(shè)計研究，并開展試驗確定與之相匹配的構(gòu)造參數(shù)。

2.施工技術(shù)措施

（1）深厚軟土施工技術(shù)措施。深厚軟土地區(qū)地鐵施工需重點解決土壓力引起的變形和穩(wěn)定問題，基坑開挖應(yīng)嚴(yán)格按照時空效應(yīng)原理，隨挖隨撐，盡可能縮短基坑無支撐暴露時間，同時在環(huán)境風(fēng)險等級較高的車站采用鋼支撐伺服系統(tǒng)及時補償支撐軸力的損失。目前在1號線鏡水路站、火車站站等基坑施工中就采用了鋼支撐伺服系統(tǒng)，以減輕對周邊環(huán)境的影響。

（2）巖溶區(qū)內(nèi)的地鐵施工措施。首先需通過地質(zhì)鉆探法、物探法、彈性波CT法等手段測定巖溶的發(fā)育范圍。車站范圍內(nèi)對洞徑大于3米且無填充溶、土洞和半填充溶、土洞，先進行投砂或碎石處理，后采用壓力注漿進行填充加固。對洞徑大于3米且全充填溶、土洞及洞徑小于3米的溶、土洞，采用壓力注漿進行填充加固；對于洞徑大于8米的超大溶洞應(yīng)進行單獨探邊確定其規(guī)模，進行加密加深鉆孔，并注漿或填充處理，注漿采用水泥水玻璃雙液漿，在車站輪廓外3米處設(shè)置止?jié){帷幕。對于隧道結(jié)構(gòu)底板面以下10米深度范圍內(nèi)的巖面應(yīng)進行必要的注漿加固處理。

（3）隧道下穿河流措施。應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格控制隧道頂?shù)胶哟驳椎呢Q向距離，同時開展試驗段工程以獲取合適的施工參數(shù)，加強監(jiān)測頻率，采用信息化管理指導(dǎo)盾構(gòu)施工，控制隧道軸線偏移量，減少對周邊環(huán)境的影響。同時，還應(yīng)采取一些輔助措施確保盾構(gòu)隧道自身安全。在1號線盾構(gòu)長距離穿越嘉會河施工過程中，考慮在區(qū)間聯(lián)絡(luò)通道兩側(cè)設(shè)置隧道防淹閘墻（如圖1所示）。一旦聯(lián)絡(luò)通道施工過程中出現(xiàn)事故涌水時可及時關(guān)閉閘墻，以確保施工區(qū)間盾構(gòu)區(qū)間的安全。

圖1 隧道防淹閘墻示意圖

在1號線鳳林路站至二環(huán)北路站盾構(gòu)區(qū)間下穿梅山江施工過程中，受橋梁及周邊建筑影響，在河底兩盾構(gòu)隧道之間的凈距不足3米，施工采取在先行盾構(gòu)管片內(nèi)襯實施鋼環(huán)箍加固（如圖2所示）。同時，對小凈距隧道間的土體采用長管注漿加固，采取措施后后行盾構(gòu)施工引起先行盾構(gòu)隧道的變形極小，工程效果顯著。

圖2 鳳二區(qū)間盾構(gòu)管片鋼環(huán)箍加固

（4）隧道穿越古城區(qū)保護措施。采用信息化施工，積極創(chuàng)新施工技術(shù)，控制地鐵與文物建筑之間的距離，通過壓漿加固古城建筑與軌道交通站點之間的土體，特別敏感區(qū)采用隔離樁進行加固，有效隔離施工對古建筑的影響，同時加強監(jiān)測。1號線左右線分別從秋瑾紀(jì)念碑兩側(cè)繞行，施工時預(yù)先對紀(jì)念碑進行鋼筋混凝土隔離樁及樁底壓漿等加固處理，以減少隧道施工的影響，同時加強施工參數(shù)控制，及時同步注漿及二次注漿。

3.建設(shè)管理

（1）加強工程信息化管理。由于城市軌道交通建設(shè)具有涉及面廣、周邊環(huán)境復(fù)雜、參建方多、信息量龐大、業(yè)主管控協(xié)調(diào)難度大等特點，為提高設(shè)計工作效率、提升施工管理水平、提高運營維護能力，將建筑信息模型（BIM）應(yīng)用于紹興市軌道交通 ，基于BIM技術(shù)開展軌道交通工程全生命周期數(shù)據(jù)采集、傳遞、積累、應(yīng)用，實現(xiàn)協(xié)同設(shè)計、數(shù)字建造，建立軌道交通一體化建管平臺，實現(xiàn)工程可視化、數(shù)據(jù)共享、信息聯(lián)動互用的數(shù)字化管理模式，保證全生命周期數(shù)據(jù)可追溯、可持續(xù)應(yīng)用。

（2）加強軌道交通立法。目前在國家層面，建設(shè)部于2005年頒布實施了《城市軌道交通運營管理辦法》，此外，上海、北京、深圳、天津、重慶、南京、杭州、廣州、武漢、沈陽、無錫、西安、寧波、長沙等城市也針對城市軌道交通進行了地方立法，明確劃定了軌道交通控制保護區(qū)和特別保護區(qū)。因此，對紹興市來說，應(yīng)加快出臺紹興市軌道交通管理條例，加強軌道交通在建設(shè)及運營過程中的保護。

五、結(jié)語

城市軌道交通在優(yōu)化城市布局，加快城市建設(shè)，改善新老區(qū)交通狀況，促進經(jīng)濟發(fā)展等方面發(fā)揮著巨大作用，因此在財政允許條件下，應(yīng)大力推進軌道交通規(guī)劃建設(shè)，盡快成線成網(wǎng)。

當(dāng)前正處于全國軌道交通大建設(shè)的高潮期，但是建設(shè)過程中引起的諸多問題則需要認真對待。紹興市軌道交通1號線的軟土地層地質(zhì)條件和復(fù)雜的建設(shè)運營環(huán)境，要求從設(shè)計方案、施工技術(shù)、建設(shè)管理等三個角度全面思考相應(yīng)對策。軌道交通作為百年工程，為減輕周邊環(huán)境影響，應(yīng)加快軌道交通相關(guān)立法，并做好風(fēng)險管控和信息化管理工作。