成都地鐵工程建設地質災害類型及其防治措施★

郎少林 馬顯春

(中鐵西南科學研究院有限公司，四川成都 611731)

為緩解成都市城市交通緊張狀況，改善城市環境質量，實現城市可持續發展，完善城市人防工程系統，推動和促進成都市經濟建設的發展，成都市政府推行“成都市地鐵工程”建設。根據2020年建設方案，成都地鐵擬建10條線路［1］。目前，成都地鐵1號線一期工程于2010年9月投入運營，2號線于2012年9月16日正式開通試運營，處于在建和擬建工程主要有1號線三期工程、2號線東西延長段工程、3號線一期工程、4號線一期工程和7號線工程。根據成都市國土資源管理局編制的《成都市地質災害易發區圖》，成都市域屬于地質災害不易發區，但在工程建設過程中也曾發生過滑坡等地質災害，如1958年成昆鐵路在成都段開挖路塹時發生的獅子山滑坡，雖然規模不大，但卻因邊治理邊滑坡，歷時長達兩年之久［2］。為此，本文在總結已建地鐵工程經驗的基礎上，結合在建和擬建工程實際，提出成都地鐵工程建設可能引發和遭受的地質災害類型，并提出相應的防治措施，以避免工程建設中地質災害的發生或減小地質災害所造成的損失，以期達到防災減災的目的。

1 自然地理及地質環境條件

1．1 自然地理

成都市位于四川省的中部、四川盆地西部，轄區地理坐標為:東經 102°54'～104°53'，北緯 30°05'～ 31°26'。東南靠內江、東北連德陽，南面通眉山，西南接雅安，西北與阿壩藏族自治州接壤。現轄10區(錦江、青羊、金牛、武侯、成華、高新、龍泉驛、溫江、新都、青白江)、4市(都江堰、彭州、邛崍、崇州)、6縣(雙流、郫縣、大邑、蒲江、新津、金堂)。

1．2 氣象與水文

成都市屬亞熱帶濕潤氣候區，四季分明，氣候溫和，雨量充沛，夏無酷暑，冬少嚴寒。多年平均氣溫16．2℃，極端最高氣溫38．3℃，極端最低氣溫 －5．9℃;多年平均降雨量947．0mm，最大日降雨量195．2 mm，降雨主要集中在5月～9月，占全年的84．1%;多年平均蒸發量1 020．5 mm;多年平均相對濕度82%。

成都市主要有沙河、府河、清水河、秀水河、跳蹬河、錦江等地表河流，均屬川西平原岷江水系，具豐富的地表徑流，河道縱坡一般1‰～8‰，水深一般3 m～4 m，是本地區地下水與地表水之間相互轉換的主要途徑和渠道。河流流經市區段落已受到人為改造，河床深度、流量以及洪水位等均已受到人為控制。

1．3 地形地貌

成都市地處四川盆地成都平原，區域地貌為成都平原沖洪積扇狀平原，次級地貌為沖洪積扇狀平原岷江水系一、二級階地，地形開闊、平坦，地勢總體呈西北高東南低，地面高程約480 m～540 m。

1．4 地層巖性

成都地鐵工程建設用地地表第四系堆積層廣泛分布，表層多為第四系全新統人工填土(Qml4)夾雜磚屑、卵石角礫等覆蓋，其下為第四系全新統沖積層(Qal4)粘土、卵礫石土夾粉細砂，上更新統冰水沉積、沖積層(Qfgl+al3)粘土、粉質粘土、粉土、卵石土夾粉細砂及零星漂石，中更新統冰水沉積、沖積層(Qfgl+al2)卵石土夾砂透鏡體，下伏基巖為白堊系上統灌口組(K2g)泥巖、泥質砂巖。

1．5 地質構造與區域地殼穩定性

成都平原處于我國新華夏系第三沉降帶之川西褶帶的西南緣，介于龍門山隆褶帶山前江油～灌縣區域性斷裂和龍泉山褶皺帶之間，為一斷陷盆地。該斷陷盆地內，西部的大邑～彭縣～什邡和東部的蒲江～新津～成都～廣漢兩條隱伏斷裂將斷陷盆地分為西部邊緣構造帶、中央凹陷和東部邊緣構造帶三部分。

成都平原及其周邊山地新構造活動是比較強烈的，更新世以來至今一直有構造活動，但在不同地段其活動強度存在差異。根據GB 18306-2001中國地震動數區劃圖國家標準第1號修改單，成都地鐵通過地區抗震設防烈度為7度，地震動峰值加速度為0．10g，地震動反應譜特征周期為 0．45 s。

2 工程地質與水文地質條件

2．1 工程地質條件

成都地鐵工程建設用地表層為人工填土、粘性土及卵礫石土夾粉細砂，厚度一般4m～6m，粘性土多屬成都粘土(膨脹土)，夾少量灰白色粘土條帶，硬塑狀，局部可塑狀，具弱膨脹性，粘土層裂隙發育且多呈陡傾角;砂土及粉土多為液化土。其下為沖積、冰水沉積砂卵石土，砂呈透鏡體狀分布，規律性較差，卵石土中含漂石，漂石分布不均，含量一般為60%～90%，單軸極限抗壓強度一般為 67 MPa ～120 MPa，個別可達 150 MPa，充填物為砂粒［3，4］。下伏基巖為白堊系上統灌口組泥巖、泥質砂巖，具一定的膨脹性，風化層厚度變化較大，質較軟，遇水易軟化，基巖埋深差異較大。地鐵多穿行于砂卵石層中。地鐵工程沿線地下水十分發育，地下水位高，一般為3 m～5 m。砂卵石層強透水，滲透系數K=15 m/d～40 m/d［5］，地下水流速較大。因此，總體上說，成都地鐵沿線各巖土層均一性、自穩能力較差，總體工程地質條件較差。

2．2 水文地質條件

根據成都地區區域水文地質資料和已建、在建工程巖土工程勘查資料［3］，按地下水賦存條件，沿線地下水主要有四種類型:賦存于粘土層之上的上層滯水;賦存于粘土中的裂隙水;第四系孔隙潛水;基巖裂隙水。

1)上層滯水。上層滯水主要賦存于粘土層之上的填土層中，大氣降水、溝渠和附近居民的生活用水為其主要補給源。水量、水位變化大，且不穩定。2)粘土中的裂隙水。山前臺地區分布的粘土層中賦存有少量裂隙水，粘土中裂隙水主要是靠上層滯水或粘土本身的毛細水補給。其水量受季節性變化明顯，具有雨季獲得補充，積存一定水量，旱季水量逐漸耗失的特點。粘土裂隙水動態變化顯著，無穩定水位，難以形成貫通的自由水面。3)第四系孔隙潛水。該層地下水主要分布于二級階地地區，主要賦存于上更新統(Q3)的砂、卵石土中，水量較豐富，部分地段由于地形和上覆粘性土層控制，具微承壓性，含水層有效厚度約為3．2 m～10．1 m。根據成都地區水文地質資料，該層砂、卵石土綜合含水層滲透系數K約為10 m/d～20 m/d，為強透水層。4)基巖裂隙水。區內基巖為白堊系上統灌口組(K2g)泥巖、泥質砂巖，地下水主要賦存于基巖風化裂隙中，含水量一般較小，但在巖層較破碎的情況下，常形成局部富水段。根據相關水文地質資料，滲透系數 K 約為0．027 m/d ～2．01 m/d，平均為0．44 m/d，屬弱 ～ 中等透水層。成都地區地下水的補給充足，補給源包括岷江河口(NW)方向地下水的側向徑流補給、西郊農灌及縱橫交錯的渠系滲漏和部分降水補給，以泄流方式向河流排泄是地下水最主要的排泄途徑［5］。成都市區地下水的天然動態總體穩定，但在地鐵工程建設沿線，由于地下車站等工程大量深基坑排水的影響，地下水動態較為紊亂。

3 地質災害類型

根據國土資源部《地質災害危險性評估技術要求(試行)》(國土資發［2004］69號附件一)，地質災害是指包括自然因素或者人為活動引發的危害人民生命和財產安全的山體崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂縫、地面沉降等與地質作用有關的災害。

成都地鐵工程建設主要包括地下車站、地下區間隧道、車輛段及出入段線。地下車站主要采用明挖法施工，地下區間隧道主要采用明挖法、礦山法和盾構法施工，其中成都地鐵在通過市區的絕大部分區間隧道均采用盾構法施工。

根據成都地鐵沿線地層巖性，結合其施工工藝，成都地鐵工程建設可能引發和遭受的地質災害有［6］:

1)地下車站深基坑開挖施工降水以及部分區間隧道暗挖施工引起地面與臨近建(構)筑物地基基礎沉降;2)地下車站等工程的深基坑開挖引發邊坡變形、坍塌、滑移;3)地震或施工震動引起粉土、砂土地層液化。

例 2：“It’s a Cheshire cat,”said the Duchess.“That’s why.Pig!”

3．1 地面與地基基礎沉降

成都地鐵工程建設地下車站及部分區間隧道采取明挖施工法，基坑開挖施工前需將基坑深度之上富水性較好、透水性較強的第四系孔隙潛水含水層中的水疏干。另外，若部分地段采用暗挖礦山法施工，也必須首先進行施工降水。由此可能出現以下三種不良地質作用:

1)降水井抽水時，若大量出砂，會引起地層結構破壞而造成地面沉降。2)群井抽水將形成大范圍降水漏斗。在地下水位降深范圍內，含水層孔隙水壓力會發生不同程度的降低，土的有效應力增加，從而含水層產生附加固結變形，將引起房屋地基、城區街道地面出現不同程度的沉降。3)區間隧道采用暗挖法施工時，由于砂卵石土為松散、無膠結、無自穩能力的地層，因此也可引起地面出現不同程度的沉降。

由于基坑開挖施工降水以及區間隧道暗挖施工引起地面與地基基礎沉降的存在，將不可避免影響區內目前的地形測量標志和測量成果，造成一定程度的危害或不利影響。若變形沉降量過大，則可能造成附近的交通道路排水失效、地下管線扭曲破裂，市政設施以及建筑物傾斜等危害。

3．2 邊坡變形、坍塌、滑移

1)邊坡變形失穩。成都地鐵工程地下車站及部分區間隧道采取明挖施工法，基坑開挖深度一般在15 m～20 m，局部可達30 m左右，基坑開挖范圍長、深度大，且沿線樓宇眾多、交通繁忙、地下管線密布。在此環境條件下進行深基坑開挖，如果不采取合理的邊坡支護措施，邊坡易出現變形，甚至坍塌、滑移等邊坡失穩的可能。而且，沿線大部分地段上覆0．8 m～7．5 m厚的粘土層，硬塑狀，局部可塑狀，為弱膨脹土，下伏白堊系灌口組紫紅色、褐紅色泥巖，為弱膨脹巖;弱膨脹性巖土體遇水軟化、崩解，強度急劇降低，其在地下水作用下也易引發邊坡變形，甚至坍塌、滑移等邊坡失穩的問題。一旦邊坡變形量過大引發邊坡坍塌、滑移，不僅威脅到工程作業人員與施工設備安全，還將危及附近建筑物、相鄰街面道路、車輛行人、市政設施與各類地下管網線的安全和正常使用，造成的危害較大。

已有的工程實踐和邊坡變形觀測結果表明，深基坑在采取合理的支護措施后，可大大地降低基坑失穩的可能性，邊坡變形也可控制在允許范圍內，不至于對既有建(構)筑物及其他設施的安全和正常使用造成大的影響。

2)滑坡。成都地鐵大部分地段上覆0．8 m～7．5 m厚的粘土層，夾少量灰白色粘土條帶，硬塑狀，局部可塑狀，具弱膨脹性。粘土層裂隙發育且多呈陡傾角，這些裂隙破壞了土體的完整性，并成為地下水聚集的場所和滲透的通道;更為重要的是，因水解作用沿裂隙面次生了灰白色粘土條帶，灰白色粘土條帶的抗剪強度指標遠低于正常粘土的抗剪強度指標，成為正常粘土層中的軟弱帶，劣化了其工程性能。隨著粘土吸水膨脹，失水收縮，加劇了裂隙的發育、發展，當人工開挖邊坡出現臨空面時，在不利條件下，土體往往沿裂隙面灰白色粘土條帶產生滑動。

成都地鐵沿線雖然存在滑坡發生的條件，但自然地勢平緩開闊，所以在自然狀態下，滑坡不發育。但沿線部分地下車站、區間隧道頂部以及主體結構位于粘土層中。隨著地下車站和區間隧道基坑開挖，會使潛在滑動面(裂隙面)臨空，在降雨或地表水等不利條件影響下，可能引發滑坡。結合場地地形條件、地層巖性和分布特點以及基坑開挖深度等情況推斷，在地鐵工程建設中可能誘發產生的滑坡以小型滑坡為主，危及地鐵工程建設以及滑坡范圍內的建(構)筑物和市政工程設施的安全和正常使用，造成一定的危害。

3．3 粉土、砂土地層液化

所謂砂土液化，是指飽和砂土或粉土在地震力作用下或在受到強烈振動后，土粒處于懸浮狀態，致使土體失去強度而造成地基失效的現象。場地內液化土層多為薄層狀或透鏡體粉土和砂土，松散～稍密，厚度一般較薄，深度較淺，根據《成都地鐵7號線工程可行性研究階段巖土工程勘察報告》的結論，其液化等級為嚴重。成都地鐵沿線部分地下車站及區間隧道的基礎位于卵石土及透鏡砂層之上，透鏡砂層較為松散，地層液化對路基工程、淺基礎工程、基坑開挖和支護影響較大。

4 防治措施建議

4．1 工程措施

根據上述觀點，成都地鐵工程建設在規劃設計和施工過程中，必須加強地質環境保護，盡量減輕人類工程對地質環境的不利影響，盡可能避免引發和加劇地質災害行為的發生，避免和減少因地質災害帶來的損失。建議按如下工程措施進行防治:

1)對施工降水引發的地面與地基基礎沉降，應注意控制降水井出砂量，尤其在砂夾層和砂透鏡體較多地段，更應嚴格控制降水井出砂量，以防止出砂量過大對地層結構產生破壞，從而引起過大的地面與地基基礎沉降。施工順序應先降水、支護，而后再開挖，并應選擇適合地層特點的施工方法和施工設備，在通過河流及鄰近建筑物基礎地段，也可考慮采取對周圍地層進行注漿加固處理等措施。2)對深基坑開挖引發的邊坡變形、坍塌、滑移等災害，應采取恰當的基坑支護措施。本工程基坑深度大，周邊建(構)筑物密集，適宜采用擋土樁進行邊坡支護，必要時還應對樁體采取錨拉措施。對部分基坑深度不大且周邊無重要建(構)筑物或尚有一定間距時，也可采用土釘墻(噴錨結構)支護措施。邊坡工程應做好降水或地表水的疏排工作，防止邊坡土層受水沖刷或浸泡。3)對粉土、砂土地層液化，工程建設中應選擇合適的基礎持力層，必要時應采取換填或預加固處理措施。

4．2 監測措施

工程建設和運營期間應采取信息化管理，對工程建設可能引發或遭受的地質災害發災前期動態信息、發展演變趨勢進行系統的監測工作。通過監測結果，適時發出相應的預警，并可有針對性地采取工程措施，以避免地質災害的發生，達到防災減災的目的。

根據對地質災害的預測評估結果，監測工作除對本地下工程基坑、隧道等進行必要監測外，尚須對既有房屋、重要地下管線、既有地下工程及其外圍街面道路進行重點監測。監測主要內容為水平位移、垂直沉降位移、傾斜，以及地下水位、地下水壓力、流量等。

5 結語

本文在總結已建地鐵工程經驗的基礎上，結合在建和擬建工程實際，提出成都地鐵工程建設可能引發和遭受的地質災害類型，建議從工程建設開始就采取合理的工程防范措施，并配合必要的監測預警措施，以達到預防、消除或減輕地質災害造成的危害，確保工程建設期與運營期的安全，避免對城市環境造成不良影響。

在施工過程中，應注重生態工程，以防止水土流失;并應合理選擇棄渣場位置，避免引發次生災害。施工期間，應派專人巡視檢查，預報預警地質災害的發生，做好地質災害的預防工作。

［1］成都地鐵7號線工程可行性研究報告［R］．成都:中鐵二院工程集團有限責任公司，2012．

［2］王恭先．滑坡學與滑坡防治技術［M］．北京:中國鐵道出版社，2004．

［3］成都地鐵7號線工程可行性研究階段巖土工程勘察報告［R］．成都:中鐵二院工程集團有限責任公司，2012．

［4］《工程地質手冊》編寫委員會．工程地質手冊［M］．第4版．北京:中國建筑工業出版社，2007．

［5］徐則民，張倬元，劉漢超，等．成都地鐵環境工程地質評價［J］．中國地質災害與防治學報，2002，13(2):63-69．

［6］成都地鐵7號線工程建設用地地質災害危險性評估報告［R］．成都:中鐵西南科學研究院有限公司，2012．

［7］饒天強，石振華．基坑降水手冊［M］．北京:中國建筑工業出版社，2006．

［8］李秀珍，孔紀名，王成華，等．地質災害危險性區劃的多態系統可靠性分析方法［J］．災害學，2009，24(2):1-6．