西安地裂縫地段地鐵線路調(diào)坡設(shè)計(jì)研究

文/姚錫偉、趙壹、毛朝勛

1 西安地裂縫機(jī)理研究

1.1 西安地裂縫概述

西安地裂縫是一種地區(qū)性的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，包括已出露地表的地裂縫和未在地表露出的隱伏地裂縫?！拔靼驳亓芽p”一詞具有其特定的意義，它專指在過(guò)量開(kāi)采承壓水產(chǎn)生不均勻地面沉降條件下，臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶西北側(cè)的一組北東走向的隱伏地裂縫出現(xiàn)活動(dòng)，在地表形成的破裂[1]。其分布由南而北在黃土梁洼之間有規(guī)律排列，均位于黃土梁的南側(cè)，呈帶狀分布，并且各條地裂縫帶大體呈等間距近似平行排列的特征。

1.2 西安地裂縫成因

1.2.1 構(gòu)造活動(dòng)

深部構(gòu)造活動(dòng)是地裂縫活動(dòng)的內(nèi)因，決定了地裂縫延伸和展布的規(guī)律及其力學(xué)性質(zhì)。地裂縫是大范圍深部構(gòu)造活動(dòng)或斷裂的蠕動(dòng)在地表的反映，它表現(xiàn)出在大范圍內(nèi)有統(tǒng)一的受力方向，并且與區(qū)域構(gòu)造方向以及區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的力學(xué)性質(zhì)有很好的一致性[2]。西安斷陷受應(yīng)力場(chǎng)控制，由應(yīng)力-應(yīng)變分析表明，在NE-SW 向擠壓應(yīng)力與上地幔隆升作用下，產(chǎn)生形變。作用的結(jié)果使NW-SE 向出現(xiàn)伸展應(yīng)變。這種伸展應(yīng)變是材料的泊松效應(yīng)，也是渭河盆地區(qū)域主應(yīng)力的成因[3]。據(jù)歷史記載，西安歷史上出現(xiàn)的多次地裂活動(dòng)與臨潼—長(zhǎng)安斷裂帶的地震活動(dòng)在活動(dòng)時(shí)間及活動(dòng)周期上具有很好的一致性。因此，西安地裂縫形成主要與斷裂的長(zhǎng)期活動(dòng)有關(guān)[4]。

1.2.2 人為活動(dòng)

西安市所在關(guān)中地區(qū)是人類早期活動(dòng)區(qū)域之一，城市開(kāi)發(fā)久，人口稠密，供水需求極大。但是西安市屬缺水城市，主要的供水水源為地下水。目前最大累積沉降量已超過(guò)1000mm，并成為西安市沉降速率最大的地區(qū)[5]。因此，洼地部位的地面沉降量大于梁地部位的沉降量，產(chǎn)生差異沉降。西安地裂縫均發(fā)育在梁地向洼地的過(guò)渡地帶，且主要活動(dòng)方式為南傾南降的正斷型活動(dòng)（局部除外）。這種差異沉降正好與地裂活動(dòng)正向疊加，使其表現(xiàn)出超常的活動(dòng)。

1.2.3 其他原因

斷裂活動(dòng)是西安地裂縫形成的地質(zhì)構(gòu)造基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上的大規(guī)模開(kāi)采地下水又加劇了活動(dòng)趨勢(shì)。此外低洼地的雨水積聚、黃土濕陷變形、修建建筑物引起的地面荷載及震動(dòng)等都會(huì)為裂縫的擴(kuò)展提供一些有利條件。

由于西安地裂縫災(zāi)害分布在西安市區(qū)及近郊，對(duì)城市工程建設(shè)影響較大，特別是近年來(lái)隨著地鐵工程建設(shè)的突飛猛進(jìn)，研究西安地裂縫對(duì)地鐵線路設(shè)計(jì)的影響和處理措施，就顯得非常有理論意義和實(shí)踐意義，本文以西安地鐵六號(hào)線二期工程為例，對(duì)西安地裂縫段的地鐵線路設(shè)計(jì)進(jìn)行深入的研究和分析。

2 工程概況

西安地鐵六號(hào)線二期工程起于一期工程勞動(dòng)南路站后，主要沿勞動(dòng)南路、西關(guān)正街、西大街、東大街、東關(guān)正街、咸寧路、紡織城正街、長(zhǎng)樂(lè)東路行進(jìn)，在長(zhǎng)樂(lè)東路與柳鳴路路口設(shè)置二期工程終點(diǎn)站紡織城站。線路長(zhǎng)約19.493km，均為地下線；設(shè)車站17 座（其中換乘站6 座），最大站間距1.708km（豐慶路站—西關(guān)正街站），最小站間距0.732km（西關(guān)正街站—貢院門(mén)站），平均站間距1.161km；設(shè)停車場(chǎng)一座（見(jiàn)圖1）。

圖1 西安地鐵六號(hào)線二期工程線路走向示意圖

根據(jù)《西安市地鐵六號(hào)線工可階段沿線地裂縫勘察報(bào)告》[6]，并結(jié)合初步勘察階段結(jié)果，二期工程全線分布有f4、f5、f6、f7、f8、f8-1、f6北共7 條地裂縫（或帶），相交地段11 處。與地鐵六號(hào)線相交的各條地裂縫對(duì)地鐵六號(hào)線影響程度分級(jí)定性評(píng)價(jià)等級(jí)在A～C 之間。其中東關(guān)正街—興慶路區(qū)間影響等級(jí)為B，紡五路-紡三路區(qū)間影響等級(jí)為C。

3 地裂縫設(shè)防段及調(diào)坡段研究

3.1 一般地段地裂縫

一般地段地裂縫設(shè)防段長(zhǎng)度按照長(zhǎng)安大學(xué)編制的地裂縫研究報(bào)告進(jìn)行設(shè)計(jì)；調(diào)坡段位于地裂縫上盤(pán)，設(shè)防段之外；調(diào)坡段長(zhǎng)度等于130m 減去上盤(pán)設(shè)防段長(zhǎng)度，如圖2 所示。

圖2 一般地段地裂縫調(diào)坡段設(shè)置示意圖

3.2 一般地段地裂縫調(diào)坡設(shè)計(jì)

根據(jù)地裂縫的變形規(guī)律，當(dāng)?shù)亓芽p上盤(pán)發(fā)生垂直位移量時(shí)，應(yīng)從地裂縫處沿上盤(pán)方向調(diào)坡，如圖3所示。

圖3 一般地段地裂縫調(diào)坡設(shè)計(jì)示意圖

對(duì)于調(diào)整的坡段長(zhǎng)度，在線路縱斷面設(shè)計(jì)時(shí)最大位移量按地裂縫設(shè)防研究報(bào)告、地勘報(bào)告中建議位移量數(shù)值，考慮運(yùn)營(yíng)行車條件的平順性及舒適度，兼顧土建工程量，調(diào)坡段線路兩個(gè)豎曲線之間的夾直線長(zhǎng)度滿足≥50m，同時(shí)調(diào)坡后的縱坡不大于設(shè)計(jì)最大坡度，不小于最小排水坡度要求。

就西安地鐵六號(hào)線二期工程?hào)|關(guān)正街站—興慶路站區(qū)間縱坡調(diào)坡設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)例研究。根據(jù)長(zhǎng)安大學(xué)《西安地鐵六號(hào)線穿越地裂縫帶設(shè)防研究》，東關(guān)正街站—興慶路站區(qū)間f5地裂縫處于二類場(chǎng)地地裂縫與地鐵六號(hào)線交匯處，最大垂直位移預(yù)留量建議值為500mm?？v向設(shè)防長(zhǎng)度設(shè)計(jì)建議值上盤(pán)35m，下盤(pán)30m，總計(jì)65m。按照地鐵設(shè)計(jì)使用期（100年），經(jīng)檢算，在上盤(pán)設(shè)防段外地鐵區(qū)間隧道垂直最大沉降為500mm 時(shí)，由地裂縫與線路交點(diǎn)處設(shè)置變坡點(diǎn)，向上盤(pán)方向100m 處設(shè)置調(diào)線調(diào)坡以滿足調(diào)坡段外的地鐵區(qū)間隧道沉降，調(diào)坡后的線路即可滿足規(guī)范要求，原軌面坡度為11‰，調(diào)整后軌面坡度i=i0-A/100m=11‰-0.5m/100m=6‰（i0為原軌面坡度，A為最大垂直位移）。因此調(diào)整后坡度滿足最大坡度及最小排水坡度要求，如圖4 所示。

圖4 東關(guān)正街站—興慶路站區(qū)間調(diào)線調(diào)坡示意圖

3.3 特殊地段地裂縫調(diào)坡設(shè)計(jì)

當(dāng)同時(shí)存在兩條主地裂縫或同時(shí)存在主地裂縫和次生地裂縫，且相距較近時(shí)，按照一般情況就不具備調(diào)坡條件，需要針對(duì)具體情況，具體分析解決。本文以西安地鐵六號(hào)線二期工程紡五路站—紡三路站區(qū)間為例進(jìn)行實(shí)例分析研究。

紡五路站—紡三路站區(qū)間有兩條均為f7的地裂縫，兩條地裂縫相距較近，約為14m，且均為主地裂縫。按照一般情況，難以設(shè)置調(diào)坡段及設(shè)防段，且調(diào)坡后坡度坡長(zhǎng)難以滿足規(guī)范要求。根據(jù)地裂縫設(shè)防研究報(bào)告、地勘報(bào)告，并經(jīng)與地勘、結(jié)構(gòu)等相關(guān)專業(yè)研究，調(diào)坡段設(shè)置在第一條f7地裂縫上盤(pán)，第二條f7地裂縫不設(shè)置調(diào)坡段，兩條f7地裂縫之間采用框架結(jié)構(gòu)板進(jìn)行調(diào)節(jié)，設(shè)防段長(zhǎng)度及調(diào)坡方式如圖5 所示。

圖5 紡五路站—紡三路站區(qū)間地裂縫設(shè)防段設(shè)置圖

4 結(jié)語(yǔ)

以往，針對(duì)地裂縫形成機(jī)理、地裂縫加固措施和地裂縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究較多，針對(duì)在地裂縫情況下的地鐵線路調(diào)坡設(shè)計(jì)的研究較少。本文以西安地鐵六號(hào)線二期工程為例，對(duì)地裂縫形成機(jī)理，對(duì)地鐵線路影響和調(diào)坡設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究和實(shí)例分析，以期對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)和工程實(shí)踐提供參考。