Word版本，下載可自由編輯地鐵建設(shè)中的環(huán)境巖土工程問(wèn)題分析地鐵工程建設(shè)是沈陽(yáng)自建市以來(lái),規(guī)模最大、工期最長(zhǎng)、投資最多、社會(huì)效益最受關(guān)注的一項(xiàng)工程。沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線沿線穿越多個(gè)商業(yè)區(qū)、城市主干道、多種型式和規(guī)模的建造,因此對(duì)地鐵建造過(guò)程中的平安性和涉及到的環(huán)境巖土工程問(wèn)題舉行分析,開(kāi)展專項(xiàng)討論是非常須要的。孫鈞以上海近年來(lái)的工程實(shí)踐為例,就當(dāng)前城市地下工程活動(dòng)的環(huán)境巖土工程問(wèn)題加以總結(jié),歸納了最突出和困難的問(wèn)題20多處[1],其中沈陽(yáng)地鐵建設(shè)涉及到的就有10處之多。

本文就沈陽(yáng)地鐵建設(shè)這一特定的工程活動(dòng)涉及的小環(huán)境巖土工程問(wèn)題加以分析。

1沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線概況

1.1基本概況

沈陽(yáng)城市軌道建設(shè)共規(guī)劃五條地鐵線路。2023年9月沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線獲得批準(zhǔn),并于2023年11月18日開(kāi)工。沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線沿東西向橫穿沈陽(yáng)市區(qū),自張士經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)至黎明文化宮,全長(zhǎng)22.05km,所有為地下線。全線設(shè)18座車(chē)站,17個(gè)區(qū)間。

1.2工程地質(zhì)概況

沈陽(yáng)城區(qū)坐落在遼河平原與東部山區(qū)的連接地帶,地勢(shì)東北高、西南低。地鐵沿線地層上部為第四系全新統(tǒng)人工積累層和沉積層,普通為粘性土、粉土、中砂、粗砂、礫砂和圓礫土;下覆第三系砂礫巖,局部地段部分地層缺失。工程地質(zhì)分布見(jiàn)表1。

1.3水文地質(zhì)特征

地下水主要為孔隙潛水,部分地區(qū)存在有承壓水,局部有上層滯水。補(bǔ)給來(lái)源主要為大氣降水與地表徑流,水位隨時(shí)節(jié)影響而有所變化,變幅1.0~2.0m。地下水的穩(wěn)定水位埋深4.3~12.0m,大部分埋深8.0m左右,主要含水層為中粗砂、礫砂、圓礫層。滲透系數(shù)在34.0~81.4m/d之間。水文地質(zhì)特征展現(xiàn)為顆粒粗、水量大、滲透快、含水層厚度大。

1.4地鐵車(chē)站和區(qū)間的主要施工辦法和圍護(hù)結(jié)構(gòu)計(jì)劃

沈陽(yáng)地鐵車(chē)站采納的施工辦法為明挖法、蓋挖順作法、暗挖法,圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要有型鋼水泥土復(fù)合攪拌樁、鉆孔樁加截水帷幕、地下延續(xù)墻三種型式;區(qū)間主要采納明挖法、盾構(gòu)法、暗挖法三種施工辦法。

2地鐵建設(shè)涉及的環(huán)境巖土工程問(wèn)題

2.1盾構(gòu)施工引起的環(huán)境巖土工程問(wèn)題

問(wèn)題涉及的主要范圍:①盾構(gòu)在繁華市區(qū)穿越巍峨建造物的群樁;②盾構(gòu)穿越地下管網(wǎng)交錯(cuò)密集地區(qū);③同一地鐵區(qū)間上下行線盾構(gòu)同時(shí)或?qū)ο蚴┕ぞ蜻M(jìn);④盾構(gòu)進(jìn)出工作井施工。

主要環(huán)境巖土工程問(wèn)題:①盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過(guò)程中轉(zhuǎn)變了周?chē)馏w的初始應(yīng)力,破壞了土體的極限平衡狀態(tài),引起土層的下沉,造成地面及其建造物的沉降和處于工作面上方土體中的各類(lèi)管線發(fā)生沉降,差異沉降過(guò)大將造成管線的變形和斷裂,尤其是沈陽(yáng)地區(qū)的供排水管線大都年月較久,腐蝕老化現(xiàn)象嚴(yán)峻,反抗變形的能力降低,一旦發(fā)生管線破碎,大量的水流入工作面,將造成土體大面積垮塌,后果將非常嚴(yán)峻,直接影響施工范圍內(nèi)建造物和人員的平安。②盾構(gòu)施工對(duì)土體的擠壓和剪切作用,使土體的孔隙比減小,土體被壓密,從而引起地表的下沉,在盾構(gòu)前方因?yàn)閿D壓作用,局部產(chǎn)生土體隆起。③盾構(gòu)在進(jìn)出工作井時(shí),常常要實(shí)行降水措施,降水使土層中的有效應(yīng)力增強(qiáng),土層被壓密;另外,因?yàn)橹車(chē)馏w的不斷補(bǔ)給,在一定范圍內(nèi)會(huì)產(chǎn)生動(dòng)水壓力(沈陽(yáng)地區(qū)地下水埋藏淺,蘊(yùn)含豐盛,水量補(bǔ)給大,施工降深大,更易形成動(dòng)水壓力),從而使土中有效應(yīng)力進(jìn)一步增強(qiáng),產(chǎn)生土體主固結(jié)沉降。對(duì)于西部張士站到黃海路站尚存在粘性土的次固結(jié)沉降。④盾構(gòu)掘進(jìn)后土體處于應(yīng)力釋放的狀態(tài),假如盾尾空隙充填不足和不準(zhǔn)時(shí),將引起土體的下沉[2~4]。

盾構(gòu)掘進(jìn)引起的土體變形(地表位移)沿盾構(gòu)前進(jìn)方向可以分為五個(gè)不同的區(qū)段,見(jiàn)圖1。

2.2基坑開(kāi)挖引起的環(huán)境巖土工程問(wèn)題

沈陽(yáng)地鐵一號(hào)線有10座車(chē)站采納明挖法施工。深、大基坑的施工產(chǎn)生的環(huán)境巖土工程問(wèn)題,主要表現(xiàn)為土層的沉降和變形。因?yàn)橥翆拥某两岛妥冃问沟乇砑捌渲苓吔ㄔ煳锂a(chǎn)生沉降、開(kāi)裂和傾斜,地下管線發(fā)生側(cè)移、沉降和開(kāi)裂。

上述問(wèn)題的浮現(xiàn)主要涉及以下幾個(gè)方面:

(1)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的變形

基坑開(kāi)挖過(guò)程中,圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要承受水平方向的土壓力,產(chǎn)生向基坑方向的水平位移,從而使坑外地表發(fā)生變形,并且隨著開(kāi)挖深度的增強(qiáng),地表變形的范圍增大,最大變形量增大。當(dāng)基坑周邊作用有不勻稱超載(例如在基坑周邊分布有自然?地基或經(jīng)淺層處理的建構(gòu)筑物),也將引起土體的側(cè)向位移,并且隨著超載量的增大,側(cè)向位移量增強(qiáng)。同時(shí)隨著開(kāi)挖的不斷舉行,樁體側(cè)向位移也將增強(qiáng)。圖2為沈陽(yáng)地鐵某明挖區(qū)間實(shí)測(cè)圍護(hù)樁水平位移曲線,圖3為某圍護(hù)樁鋼管支撐軸力變化曲線。

(2)墻外土體的的固結(jié)沉降

基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的外側(cè)地面上擁有不勻稱超載,引起土體的豎向固結(jié),造成地表下沉,并隨著超載量的增強(qiáng)沉降量有所增強(qiáng)。深基坑工程普通都需要舉行施工降水,以保證作業(yè)面干燥,改善土體的工程性質(zhì)。但是,無(wú)論是坑內(nèi)降水還是坑外降水,都將引起坑外土體中孔隙水壓力下降,有效應(yīng)力增強(qiáng),使土體產(chǎn)生固結(jié)沉降。隨著距基坑距離的增強(qiáng),沉降量減小,使建(構(gòu))筑物產(chǎn)生不勻稱沉降?？油饨邓鸬某两盗亢陀绊懛秶歼h(yuǎn)遠(yuǎn)大于坑內(nèi)降水,因此條件允許的狀況下,應(yīng)優(yōu)先考慮坑內(nèi)降水,削減土層的固結(jié)沉降量。

(3)基坑坑底隆起變形

坑底隆起通常是指在懦弱粘性土中,延續(xù)墻背面的土壓引起基坑底面的滑動(dòng)破壞現(xiàn)象。在砂性土中,因上下土層透水性相差較大,基底處土質(zhì)的相對(duì)透水性低,土層分量小于浮力,亦會(huì)產(chǎn)生基底隆起[6]。因此盡管沈陽(yáng)的地層多為砂性土,坑底隆起變形仍是沈陽(yáng)地鐵施工中應(yīng)加以關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。

坑底隆起變形主要由以下幾個(gè)因素產(chǎn)生:因?yàn)榭觾?nèi)土體的挖除,坑底土的自重應(yīng)力釋放,向上回彈,土體產(chǎn)生松弛和蠕變,基底隆起;坑內(nèi)的卸載,使圍護(hù)結(jié)構(gòu)在上面(1)所述的多種緣由共同作用下,產(chǎn)生向內(nèi)的位移,在坑底范圍內(nèi),向基坑方向擠壓土體,造成坑底隆起;因?yàn)槭┕す芾聿簧?、基坑開(kāi)挖后擱置時(shí)光過(guò)長(zhǎng)、降雨等緣由造成作業(yè)面大量積水,土體吸水膨脹(尤其是粘性土、軟粘土和膨脹性土),引起坑底隆起。

(4)流沙和管涌問(wèn)題

基坑施工過(guò)程中因?yàn)槭┕そ邓淖饔?造成坑內(nèi)外水頭差,產(chǎn)生因動(dòng)水壓力引起的滲流破壞,主要表現(xiàn)為流沙和管涌。該種破壞更多的浮現(xiàn)在砂性地層中,因此沈陽(yáng)地鐵施工應(yīng)給以足夠的重視。

當(dāng)基坑以下的土層為疏松的砂土層,當(dāng)滲流作用產(chǎn)生的動(dòng)水力坡度大于砂土的極限動(dòng)水力坡度時(shí),土層將失去穩(wěn)定,而處于懸浮狀態(tài),并在滲流水壓力的作用下脫離平衡位置,從基底土中流出。流沙嚴(yán)峻的時(shí)候,將引起基坑塌陷和地面下沉。

當(dāng)土層中的細(xì)小顆粒被滲透水流帶走,在滲流口形成空洞,進(jìn)而逐漸形成水流集中的管道,滲流及其攜帶的泥沙從已形成的管道涌出,形成管涌。管涌使土層變松,孔隙增大,土體強(qiáng)度降低,從而導(dǎo)致坑壁失穩(wěn)。

砂層、砂礫層地基的施工是近年來(lái)隧道施工面臨的重要地質(zhì)問(wèn)題。

(5)其他相關(guān)問(wèn)題

除上述引起土體變形和失穩(wěn)的主要因素外,在地鐵設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中還應(yīng)當(dāng)考慮下列相關(guān)問(wèn)題:因?yàn)楣芫邓畮ё呱巴良暗叵卵永m(xù)墻墻體接縫處砂土流失等造成地層損失,引起沉降;因?yàn)槭┕ぶ虚_(kāi)挖面裸露時(shí)光過(guò)長(zhǎng),一次性開(kāi)挖范圍過(guò)大,未能準(zhǔn)時(shí)支護(hù)等緣由,造成土體的滑落、流失。

2.3與地下水相關(guān)的問(wèn)題

沈陽(yáng)地鐵所有線路都埋藏在地下水位以下,全線砂層、砂礫層分布厚度大、水量豐盛、降水深度大;地鐵本身又具有點(diǎn)多、線長(zhǎng)、施工時(shí)光長(zhǎng)的特點(diǎn),地鐵一號(hào)線穿越鐵西廣場(chǎng)、沈陽(yáng)站、中街等多個(gè)商業(yè)區(qū),周邊多種型式的建造物林立,地下管線密集,因此與地下水