地裂縫段地鐵工程線路設(shè)計(jì)新方案探究

屈良寬，劉宇航，文德一

[摘要]地鐵建設(shè)經(jīng)常會(huì)發(fā)生線路穿越地裂縫帶的情形，而地裂縫的活動(dòng)又會(huì)對(duì)地鐵施工和建成后運(yùn)營(yíng)的安全產(chǎn)生不利的影響。因此，如何確保地鐵線路各系統(tǒng)在地裂縫活動(dòng)下的整體性、穩(wěn)定性以及運(yùn)行的安全性是需要重點(diǎn)去研究和探索的問題和難題。在原常規(guī)處理地裂縫段地鐵工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合西安地鐵六號(hào)線工程下穿特殊地裂縫段具體實(shí)例分析研究，提出新的線路設(shè)計(jì)方案，從而總結(jié)出一套針對(duì)不同地裂縫段更全面更完善的研究策略，將更有效地解決地裂縫對(duì)地鐵工程的危害。

[關(guān)鍵詞]地裂縫； 地鐵； 線路設(shè)計(jì)； 研究策略

[中國(guó)分類號(hào)]U212.35? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A

0引言

我國(guó)地裂縫主要分布的華北和長(zhǎng)江中下游，以汾渭地塹、太行山東麓平原和大別山北路平原為三大地裂縫發(fā)育地帶。在陜西、山西、河北、河南、山東等省的西安、大同、邯鄲、鄭州、淄博等地較為普遍，其中以陜西西安的地裂縫最為典型和嚴(yán)重。目前，西安地鐵的建設(shè)經(jīng)常會(huì)發(fā)生線路穿越地裂縫帶的情形，而地裂縫的活動(dòng)又會(huì)對(duì)地鐵施工和建成后運(yùn)營(yíng)的安全產(chǎn)生不利的影響。因此，如何確保地鐵線路各系統(tǒng)在地裂縫活動(dòng)下的整體性、穩(wěn)定性以及運(yùn)行的安全性，是西安地鐵工程建設(shè)中除濕陷性、穿越古建筑地基之外，又一需要重點(diǎn)去研究和探索的問題和難題［1］。

1西安地裂縫的基本特征

地裂縫發(fā)育具有方向性和延展性，同一區(qū)域地裂縫發(fā)育方向基本相同［2］；地裂縫災(zāi)害具有非對(duì)稱性、不均一性、漸進(jìn)性及周期性等特征。西安的地裂縫為在正斷層組的基礎(chǔ)上發(fā)育而來(lái)的，在黃土梁洼之間從南到北呈現(xiàn)出有規(guī)律性的排列，形狀呈條帶狀帶的分布［3］。西安地裂縫共發(fā)育14條，在平面上起分布特征主要表現(xiàn)為定向性和似等間距性。在剖面形態(tài)上，地裂縫一般呈上寬下窄的楔形狀態(tài)，向下逐漸收縮變窄［4］。其主體一般向南面傾斜，傾斜角度一般較陡（在70°以上）。主、次級(jí)地裂縫在剖面組合形式上具有多樣性，一般可以分為3種形狀：階梯狀、“y”字型和側(cè)羽式［5］。

西安的地裂縫一般是作正斷層式的活動(dòng)，從其活動(dòng)的特征上來(lái)看，它的上盤相對(duì)下盤來(lái)看總是產(chǎn)生向下的滑動(dòng)，其豎向上的差異運(yùn)動(dòng)在地表地層中形成一個(gè)影響帶，該影響帶主要由微變形區(qū)和主變形區(qū)組成，影響帶的寬度伴隨著地層深度的不斷增加而逐漸減小［6］。

2地裂縫對(duì)地鐵工程的影響

通過長(zhǎng)期檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，地裂縫在水平方向上活動(dòng)的位移量一般非常小，位移量不會(huì)因?yàn)闀r(shí)間的增加而出現(xiàn)位移量加大的情況。因此，城市軌道交通工程的建設(shè)基本可以忽略地裂縫水平方向上位移帶來(lái)的影響。

但是，地裂縫在垂直方向上活動(dòng)的位移量具有隨時(shí)間增加而加大的特點(diǎn)，由于地裂縫豎向滑動(dòng)速率非常小，一般不會(huì)對(duì)地下建構(gòu)筑的基礎(chǔ)產(chǎn)生動(dòng)力破壞，但會(huì)對(duì)地下建構(gòu)筑物基礎(chǔ)產(chǎn)生緩慢破壞作用，因此，其對(duì)地鐵工程的作用等同于地鐵工程在靜力作用下的變形，靜力荷載大小相當(dāng)于地裂縫上盤地鐵重量和上覆土體重量之和［7］。

地裂縫作為一種典型地質(zhì)災(zāi)害，對(duì)地鐵工程的建設(shè)及建成后的運(yùn)營(yíng)均有不同程度的危害影響：

（1）地裂縫上、下盤滑動(dòng)引起隧道結(jié)構(gòu)跟隨其錯(cuò)動(dòng)而變形，從而導(dǎo)致隧道管片開裂等。

（2）地裂縫活動(dòng)通過隧道管片等傳遞到軌道上，導(dǎo)致穿越地裂縫段的軌道變形，對(duì)列車的運(yùn)營(yíng)安全產(chǎn)生極大的威脅。

（3）地裂縫活動(dòng)引起隧道變形開裂從而導(dǎo)致防水防滲設(shè)施損壞，出現(xiàn)洞內(nèi)漏水滲水，進(jìn)而影響地鐵的運(yùn)營(yíng)安全。

3地裂縫段地鐵線路常規(guī)處理方法

3.1調(diào)坡段的設(shè)置

為確保地裂縫上、下盤發(fā)生較大的豎向位移量后線路的平順性，經(jīng)多方案的比選研究，主要通過調(diào)整線路縱斷面坡度來(lái)實(shí)現(xiàn)地鐵適應(yīng)地裂縫的變形。一般做法為根據(jù)地裂縫豎向上有規(guī)律的變形位移，當(dāng)其上盤發(fā)生豎向上的位移量A時(shí)，則沿其上盤方向調(diào)坡，詳見圖1。

3.2調(diào)坡段及設(shè)防段長(zhǎng)度

調(diào)坡段范圍位于上盤的設(shè)防段之外；調(diào)坡段的長(zhǎng)度等于一列車長(zhǎng)120 m加上豎曲線切線長(zhǎng)的和（約130 m）減去上盤設(shè)防段的長(zhǎng)度。詳見圖2［8］。

3.3線路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

調(diào)整前縱斷面、調(diào)整后的縱斷面設(shè)計(jì)均要滿足規(guī)范要求，如：最小坡度、最大坡度、2個(gè)豎曲線間的夾直線長(zhǎng)度要求等。

4地裂縫段地鐵線路新處理方法

為確保地裂縫段發(fā)生較大變形后保持地鐵工程線路的平順性，提升地鐵工程適應(yīng)地裂縫豎向位移變形的能力，一般通過調(diào)整線路縱斷面坡度來(lái)實(shí)現(xiàn)。其具體做法為：調(diào)坡段設(shè)置在地裂縫下盤，區(qū)間隧道下部空間根據(jù)預(yù)測(cè)的地裂縫最大垂直位移量進(jìn)行加大，可調(diào)式框架板下的墊塊高度由地裂縫最大豎向位移量確定。當(dāng)上盤產(chǎn)生豎向上的位移時(shí)，則沿下盤方向調(diào)坡（圖3）。

調(diào)坡段位于下盤，設(shè)防段范圍之外；調(diào)坡段長(zhǎng)度B2等于一列車長(zhǎng)120 m加豎曲線切線長(zhǎng)之和（約130 m）減去下盤設(shè)防段長(zhǎng)度A1。

5地裂縫段地鐵線路設(shè)計(jì)新方案的實(shí)例分析

本次針對(duì)西安地鐵6號(hào)線丈八一路站至科技八路站區(qū)間地裂縫，在借鑒以往常規(guī)處理方法的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)之上，根據(jù)地裂縫上、下盤周邊環(huán)境的復(fù)雜性等對(duì)其采用本文提出的線路設(shè)計(jì)新方案。

丈八一路站至科技八路站區(qū)間在靠近科技八路站有f8、f7地裂縫，控制性建筑主要有都市之門地下停車場(chǎng)、一品竹園新概念火鍋、永陽(yáng)置業(yè)公司、丈八東路立交橋、人行天橋、遠(yuǎn)期八號(hào)線。其中f8地裂縫距離丈八東路立交橋約75 m，丈八東路立交橋位于f8地裂縫上盤，f8與f7地裂縫之間相距約300 m。區(qū)間周邊環(huán)境條件如圖4所示。

從圖4可知，地裂縫上盤外部施工環(huán)境復(fù)雜，風(fēng)險(xiǎn)及投資等代價(jià)較大，將調(diào)坡段由上盤調(diào)整至下盤（圖5）。

采用新的設(shè)計(jì)方案后由盾構(gòu)替代礦山法穿越建筑和立交橋樁基密集段約90 m（雙線），由于該段采用了WWS工法注漿，每單延米礦山法土建投資按12萬(wàn)元考慮，調(diào)整后的每單延米盾構(gòu)法土建投資按5萬(wàn)元考慮，因此新的設(shè)計(jì)方案可將該90 m（雙線）工程投資減少約1 260萬(wàn)元，節(jié)約工期約5個(gè)月，大大降低了前期費(fèi)用、協(xié)調(diào)工作量及工程實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)。

6結(jié)束語(yǔ)

在對(duì)西安地鐵6號(hào)線丈八一路站至科技八路站地下區(qū)間進(jìn)行地裂縫綜合研究及分析后發(fā)現(xiàn)：在地鐵工程線路設(shè)計(jì)時(shí)，如果將調(diào)坡段范圍設(shè)置在下盤，則能有效解決暗挖法隧道施工困難的區(qū)域，減少礦山法區(qū)間隧道施工長(zhǎng)度；同時(shí)軌道采用“主動(dòng)沉降”的方式來(lái)適應(yīng)地裂縫沉降，以達(dá)到減小地裂縫活動(dòng)對(duì)地鐵建設(shè)和建成后運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生不利影響的目的。可見針對(duì)地裂縫段地鐵工程進(jìn)行線路設(shè)計(jì)研究后提出的新方案，無(wú)論從風(fēng)險(xiǎn)控制、工程投資、施工工期及后續(xù)線路條件預(yù)留等方面都有較大優(yōu)勢(shì)，大幅降低工程實(shí)施難度及風(fēng)險(xiǎn)，創(chuàng)造良好經(jīng)濟(jì)效益，可為類似工程提供有利借鑒。

參考文獻(xiàn)

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