論昆明地鐵運(yùn)營監(jiān)測的必要性

李霞，張?zhí)N民，劉兵

（北京中天路通工程勘測有限公司，北京 100124）

1 引言

昆明地鐵沿線工程地質(zhì)條件復(fù)雜，使得地鐵在運(yùn)營期間可能存在一定的安全隱患。而地鐵建成之后，沿線工程建設(shè)活動又可能導(dǎo)致其工程地質(zhì)條件發(fā)生改變，如造成巖土體物理力學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化、地下水滲流與排泄路徑改變、誘發(fā)不良地質(zhì)作用等。此外，水文氣象條件異常、區(qū)域性大規(guī)模水利工程等，也會引起地鐵沿線工程地質(zhì)條件發(fā)生改變。從長遠(yuǎn)來看，地鐵沿線的工程地質(zhì)條件由于各種環(huán)境因素的影響而處于動態(tài)變化中，這就使得地鐵隧道和車站等結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)和變形情況可能超出設(shè)計(jì)允許值，進(jìn)而埋下安全隱患，甚至造成安全事故。因此，為了保障地鐵長期運(yùn)營的安全性，周期性地對地鐵結(jié)構(gòu)及相關(guān)構(gòu)筑物進(jìn)行變形監(jiān)測是非常必要的。

2 昆明地鐵概況

目前，昆明市正在運(yùn)營的地鐵線路有南北向的1 號、2 號線（全長 69.5km，包括 1 號線支線），以及東西向的 3 號、6 號線（全長50km）。另外，還有6 條線路為在建狀態(tài)。

3 近年地鐵沿線工程建設(shè)情況

昆明地鐵的修建，為促進(jìn)沿線商業(yè)發(fā)展和城市繁榮起到了積極作用。本文以地鐵3 號線、6 號線一期工程為例，對比其2017—2019 年的遙感影像，發(fā)現(xiàn)近3a 來這2 條地鐵沿線環(huán)境變化明顯，說明沿線工程建設(shè)發(fā)展迅速。如圖1、圖2 所示。

4 主要工程地質(zhì)條件及其對地鐵安全運(yùn)營的影響

4.1 地形地貌

圖1 昆明地鐵3 號線虹橋—東部汽車站區(qū)間周邊環(huán)境變化對比影像

圖2 昆明地鐵6 號線東部汽車站—大板橋區(qū)間周邊環(huán)境變化對比影像

昆明盆地的地貌分為湖泊地貌、侵蝕地貌和巖溶地貌。湖泊地貌為盆地內(nèi)的主要地貌，分為第三紀(jì)湖積地貌及第四紀(jì)沖湖積地貌。巖溶地貌主要分布在三十畝以及圓通山、五華山、大板橋以南上甸等地。寶象河水庫周圍以及梁王山、西山、大板橋—日昨云一帶主要為侵蝕地貌，局部為溶蝕地貌【1】。

昆明地鐵線路跨越不同地貌單元，巖土體類型及物理力學(xué)性質(zhì)差異較大，應(yīng)注意不同地貌單元交接處地鐵隧道及構(gòu)筑物的不均勻沉降問題。

4.2 活動斷裂的影響

昆明市位于普渡河斷裂與小江斷裂之間，二者均為活動斷裂，區(qū)內(nèi)有記錄可查的較高級別的地震多與該2 條斷裂活動有關(guān)。因此，昆明地鐵線路必然受斷裂帶活動的影響，應(yīng)密切關(guān)注地震后地鐵隧道及構(gòu)筑物的變形情況，尤其是距離斷裂帶較近部位的變形情況。

4.3 地層巖性

昆明盆地巖土體成因類型復(fù)雜，厚度變化大。第四紀(jì)沉積層除黏性土、砂土及卵礫石外，紅黏土、軟土等特殊性土層也廣泛分布，尤其是滇池周圍的湖相沉積層中廣泛分布有厚層的淤泥、淤泥質(zhì)黏土、泥炭及泥炭質(zhì)土等軟土層。此外，昆明盆地下伏基巖的工程性質(zhì)也較為復(fù)雜，砂巖、泥巖、頁巖及淺變質(zhì)板巖、碳酸鹽巖、玄武巖等均有分布，且基巖面起伏較大，風(fēng)化程度也差異較大【2】。

昆明地鐵隧道穿越復(fù)雜地層，且車站樁基礎(chǔ)持力層也多有差異。即使在地鐵施工過程中克服了復(fù)雜地層導(dǎo)致的施工困難和安全問題，但長期運(yùn)營過程中振動荷載的長期循環(huán)作用，以及沿線工程建設(shè)活動造成的各種擾動問題（尤其是大荷載、深基坑、多降水地的工程），均有可能改變巖土體的物理力學(xué)性質(zhì)，使巖土體發(fā)生過量變形、不均勻沉降或強(qiáng)度破壞等，進(jìn)而影響地鐵的安全運(yùn)營。

4.4 水文地質(zhì)

昆明盆地地下水包括松散層孔隙水、基巖裂隙水和巖溶水3 大類，其中，孔隙水對地鐵施工與運(yùn)營影響最大。孔隙水主要分布于沖洪積谷地、山前洪積臺地以及湖盆地區(qū)，水位埋深變化較大，在湖盆區(qū)一般小于1m，在呈貢林塘—白云一帶埋深達(dá)52m。

地鐵沿線新建工程如有降水需求，隨著地下水位的下降，降水漏斗影響范圍內(nèi)的土層有效應(yīng)力將會增加，引起土層沉降變形。大規(guī)模工程建設(shè)還可能造成場地及其附近地下水徑流方向與徑流量發(fā)生變化，應(yīng)關(guān)注該變化是否不利于巖土體的穩(wěn)定性【3】。

4.5 砂土液化

昆明盆地土層按成因類型可分為湖相沉積、沼相沉積和河灘相沉積，這些沉積層中埋深較淺的砂土和粉土多呈稍密～中密狀態(tài)，有發(fā)生液化的可能性。

地鐵振動荷載長期循環(huán)作用、沿線其他動荷載以及地震等，均有可能引起砂土液化，進(jìn)而造成地鐵構(gòu)筑物的位移或變形。

5 地鐵長期運(yùn)營監(jiān)測的意義

5.1 保證地鐵運(yùn)營的安全性

為掌握地鐵主體結(jié)構(gòu)的變形情況，及時發(fā)現(xiàn)并消除安全隱患，保證地鐵長期運(yùn)營的安全性，就要對地鐵主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行長期變形監(jiān)測【4】。

5.2 為未來運(yùn)營維護(hù)方案提供參考依據(jù)

可將地鐵運(yùn)營監(jiān)測數(shù)據(jù)與地鐵施工過程的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)整理，追本溯源地對地鐵結(jié)構(gòu)的安全狀態(tài)進(jìn)行評價，總結(jié)地鐵建成以來所產(chǎn)生問題的規(guī)律性，并對各類問題解決方案的可行性、有效性進(jìn)行系統(tǒng)評估，形成一套適用于昆明地鐵運(yùn)營與維護(hù)的寶貴技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，供未來運(yùn)營維護(hù)方案借鑒。

5.3 為臨近、穿越地鐵線路的工程活動提供參考依據(jù)

臨近、穿越地鐵線路的工程建設(shè)越來越多，一方面，這些施工活動給地鐵結(jié)構(gòu)的安全性造成極大隱患；另一方面，地鐵車輛荷載可能對這些鄰近和穿越工程造成不良影響。因此，當(dāng)有鄰近、穿越地鐵線路的工程活動時，應(yīng)對地鐵線路重點(diǎn)部位進(jìn)行監(jiān)測，而地鐵運(yùn)營長期監(jiān)測數(shù)據(jù)也可為此類工程提供參考依據(jù)【5】。

6 昆明地鐵運(yùn)營監(jiān)測應(yīng)注意的巖土工程問題

根據(jù)地鐵沿線的工程地質(zhì)條件，現(xiàn)對地鐵運(yùn)營監(jiān)測應(yīng)注意的巖土工程問題做如下總結(jié)：

1）軟土層具有高含水量、大孔隙比、高壓縮性、低強(qiáng)度、慢固結(jié)等特點(diǎn)，且具有流變性，發(fā)生變形破壞時可能引起車站基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形。

2）基巖面起伏較大，巖性與風(fēng)化程度不均勻，可能導(dǎo)致樁基不均勻沉降。

3）樁周填土、軟土厚度不均勻，地面附加荷載分布不均勻，可能造成各樁負(fù)摩阻力差別較大，進(jìn)而造成樁基的不均勻沉降。

4）紅黏土遇水膨脹，強(qiáng)度降低，可能造成地鐵基坑與圍巖支護(hù)結(jié)構(gòu)的變形甚至破壞。

5）地鐵沿線如有工程建設(shè)活動，尤其是深基坑、大荷載的工程，一方面施工降水會引起土層的壓縮變形；另一方面鄰近工程的附加荷載也會引起地鐵基坑周邊土層及隧道上覆土層的沉降變形，導(dǎo)致地鐵構(gòu)筑物的位移或變形。

6）沿線工程建設(shè)可能會影響地鐵周邊的水力學(xué)聯(lián)系，改變地下水的滲流方向、滲流量，甚至增大滲透力，造成地鐵基坑周邊及隧道圍巖中發(fā)生滲透變形，引起支護(hù)結(jié)構(gòu)的位移或變形。

7）沿線分布有飽和的砂土、粉土等地層，地震、車輛動荷載或其他工程動荷載，可能引起砂土液化，進(jìn)而造成地鐵構(gòu)筑物的位移或變形。

8）地鐵隧道穿越不同巖土層、不同地貌單元的部位，應(yīng)關(guān)注圍巖物理力學(xué)性質(zhì)的差異可能導(dǎo)致的不均勻變形。

9）沿線有巖溶分布的位置，經(jīng)地鐵施工影響、地鐵荷載長期作用，以及外部施工擾動后，其穩(wěn)定狀態(tài)也應(yīng)做監(jiān)測與評價。

10）活動斷裂的影響不可忽視，距離活動斷裂帶較近的部位應(yīng)做水平位移與沉降變形監(jiān)測。

7 結(jié)語

昆明工程地質(zhì)條件本就復(fù)雜，隨著城市建設(shè)的發(fā)展，地鐵沿線的工程建設(shè)活動不斷增加，使得本就復(fù)雜的工程地質(zhì)條件不斷受到影響，甚至發(fā)生改變，進(jìn)而影響到地鐵的安全運(yùn)營。因此，對昆明地鐵進(jìn)行長期運(yùn)營監(jiān)測是非常必要的。