新建地鐵項(xiàng)目工程水文地質(zhì)安全風(fēng)險

改造者：周 鑫

新建地鐵項(xiàng)目工程水文地質(zhì)安全風(fēng)險

改造者：周 鑫

本文對影響天津中心城區(qū)新建地鐵工程及運(yùn)營安全的不良地質(zhì)條件、軟土及地下水等工程地質(zhì)和水文地質(zhì)風(fēng)險因素進(jìn)行了簡要分析，并提出了工程各階段相應(yīng)的安全保障措施，以利于有效規(guī)避工程建設(shè)風(fēng)險。

天津中心城區(qū)將陸續(xù)啟動建設(shè)地鐵7、11號線等項(xiàng)目，工程地質(zhì)安全風(fēng)險是新建地鐵項(xiàng)目建設(shè)和運(yùn)營過程中需要高度重視的問題。

不良地質(zhì)條件對地鐵工程及運(yùn)營的安全風(fēng)險

區(qū)域性地面沉降對地鐵工程及運(yùn)營的安全風(fēng)險

天津市引起地面沉降的主要原因是地下水的超量開采。位于中心城區(qū)的地鐵7、11號線等線路工程建設(shè)應(yīng)重視地面沉降的影響。自1923年天津市開始開發(fā)利用地下水資源，地面沉降相應(yīng)發(fā)生，年沉降量僅幾毫米。新中國成立后隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，地下水開采量逐漸增加，地面沉降越發(fā)嚴(yán)重，1950～1957年沉降速率7～12mm/ a，1958～1966年沉降速率30～46mm/a，沉降中心逐步形成，1967～1985年沉降速率達(dá)80～100mm/a。1986年后開始治理沉降，加大了地下水資源的保護(hù)和控采，市區(qū)大部分地區(qū)沉降速率降低到10～15mm/a，沉降減緩明顯。但外環(huán)線附近局部地區(qū)沉降速率仍然較大，局部達(dá)到約30～60mm/a，控沉任務(wù)仍然艱巨。

地鐵線路為線狀延伸的工程，不同的線路區(qū)段其地面沉降值差別較大。過大的地面沉降將引起地下構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)變形和滲漏；對高架工程，地面沉降將引起設(shè)計(jì)高程損失或引起縱坡的變化，影響地鐵的運(yùn)營安全；對地面工程，過大的地面沉降不僅引起高程損失，還可能誘發(fā)內(nèi)澇集水，增加維修養(yǎng)護(hù)成本。因此，在地鐵工程建設(shè)的各階段應(yīng)考慮運(yùn)營過程后地面沉降對地鐵構(gòu)筑物的長期影響。根據(jù)國家工程建設(shè)的有關(guān)規(guī)定，對重點(diǎn)工程應(yīng)開展專項(xiàng)工程地質(zhì)災(zāi)害危險性評估工作。因此對重點(diǎn)工程設(shè)計(jì)采用的沉降量和災(zāi)害發(fā)育危險程度應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)災(zāi)害危險性評估報(bào)告結(jié)果確定。

液化層對地鐵工程及運(yùn)營的安全風(fēng)險

處于地下水位以下的飽和砂土和粉土的土顆粒結(jié)構(gòu)受到地震力短暫時間作用時將趨于密實(shí)，孔隙水壓力急劇上升，這種急劇上升的孔隙水壓力來不及消散，使有效應(yīng)力減小，當(dāng)有效應(yīng)力完全消失時，土顆粒處于懸浮狀態(tài)。此時，土體失去抗剪強(qiáng)度而顯示出近于液體的特性，此現(xiàn)象稱為地震液化。

地鐵7、11號線等線路位于中心城區(qū)，設(shè)計(jì)施工過程中應(yīng)考慮地震液化的影響。天津市區(qū)的液化層主要為20m深度以上的部分飽和的粉土和粉細(xì)砂層，分布在新近沉積層、第Ⅰ陸相層和第Ⅰ海相層中，深度范圍一般為3～15m，液化層一般厚度為0～3.5m，一般以透鏡體的形式零星分布，液化等級為輕微-中等。

對地下結(jié)構(gòu)工程而言，地震液化引起的不均勻沉降造成建筑物上部結(jié)構(gòu)變形，破壞梁板等水平構(gòu)件及其節(jié)點(diǎn)，引起墻體開裂。尤其是地震液化層位于結(jié)構(gòu)底板以下時設(shè)計(jì)施工應(yīng)給予足夠的重視；對高架工程而言，樁基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)要考慮地震液化層的影響；對地面工程而言，要考慮基底液化層對上部結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生過度下沉或整體傾斜的破壞和影響。

軟土對地鐵工程及運(yùn)營的安全風(fēng)險

天然孔隙比≥1.0，且天然含水量＞液限的細(xì)粒土稱之軟土，是在靜水或水流緩慢的環(huán)境中沉積，并有微生物的參與，含有較多有機(jī)質(zhì)的疏松軟弱粘性土。

位于中心城區(qū)的地鐵7、11號線等線路工程建設(shè)應(yīng)重視軟土的影響。天津市區(qū)在新近沉積層、第Ⅰ陸相層及第Ⅰ海相層中分布有淤泥和淤泥質(zhì)土，分布的深度范圍一般在15.0m以上，單層厚度一般0～3m，多以透鏡體的形式零星分布，位于市區(qū)的東南部軟土層的分布相對規(guī)模較大。

軟土含水量高、透水性低、含有機(jī)質(zhì)、呈流塑狀、高壓縮性、抗剪強(qiáng)度低，以及不均勻性，其工程性質(zhì)很差。對地下工程而言，軟土的低強(qiáng)度和觸變性極易誘發(fā)地表沉降，對周邊環(huán)境造成影響；當(dāng)基底以下位于較厚的軟土層時，不僅是建（構(gòu)）筑物前期沉降值大，工后沉降延續(xù)時間特別長，往往對工程形成緩慢的變形和破壞，因此需要采取換填或加固措施。對高架工程而言，應(yīng)考慮軟土對樁基負(fù)摩擦的影響。對地面路基及過渡段而言，應(yīng)根據(jù)檢算情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡鼗庸烫幚泶胧?/p>

地下水對地鐵工程及運(yùn)營的安全風(fēng)險

天津市區(qū)地下水在100m深度范圍內(nèi)，分為上部潛水和下部的幾層承壓水層。上部潛水的穩(wěn)定水位埋深一般0.5～2m，一般分布在深度20m以上的填土和粉土和粉細(xì)砂層中；第Ⅱ陸相層及以下分布有三-四層承壓含水層，主要賦存在粉土和粉細(xì)砂地層中，其間以粉質(zhì)粘土和少量的粘土形成相對隔水層，市區(qū)的穩(wěn)定水位一般約2～5m，各承壓含水層分布規(guī)律性較差。由于粉質(zhì)粘土層的相對隔水性，各含水層之間仍存在一定的水力聯(lián)系。各層地下水對混凝土結(jié)構(gòu)具有微-中等腐蝕性；對混凝土中鋼筋一般具有弱-強(qiáng)腐蝕。

天津市的地下水位埋深較淺，對地鐵工程的建設(shè)影響較大。地下工程應(yīng)考慮地下水對地下結(jié)構(gòu)物的抗浮問題和腐蝕性影響；要結(jié)合地下結(jié)構(gòu)物的埋深、地質(zhì)條件和地下水的分布等，加強(qiáng)對周邊既有建（構(gòu)）筑物和地下管線的監(jiān)測和保護(hù)。對明挖基坑工程應(yīng)重視圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，避免發(fā)生滲流、潛蝕或漏水現(xiàn)象，從而對地表環(huán)境造成影響；當(dāng)基底土抗突涌穩(wěn)定性不滿足要求時，應(yīng)設(shè)置減壓井降水減壓；采取降水減壓設(shè)計(jì)時要嚴(yán)格控制降水井施工質(zhì)量，同時要嚴(yán)格執(zhí)行“分層降水，按需降水”和“降壓不降水，出水不出砂”的原則。

當(dāng)區(qū)間盾構(gòu)下穿河流等環(huán)境復(fù)雜地段時，應(yīng)優(yōu)先使用泥水加壓平衡式盾構(gòu)；嚴(yán)格控制盾構(gòu)進(jìn)、出土量和推進(jìn)速度，加強(qiáng)同步和二次注漿，同時加強(qiáng)地表沉降監(jiān)測，以減少對地表環(huán)境的影響；對盾構(gòu)隧道穿過含有承壓水的地層，需考慮涌水、涌砂的可能性，避免造成開挖面失穩(wěn)和地表塌陷，以免對地表環(huán)境的造成影響；在盾構(gòu)區(qū)間的接收（始發(fā)）段、聯(lián)絡(luò)通道設(shè)計(jì)施工過程中，應(yīng)詳細(xì)分析論證地下水的影響程度，必要時采用凍結(jié)法施工。

保障措施

為有效規(guī)避工程建設(shè)風(fēng)險，在地鐵項(xiàng)目建設(shè)的各個階段應(yīng)做好如下工作。

1）在新線規(guī)劃設(shè)計(jì)階段應(yīng)充分搜集既有的區(qū)域地質(zhì)資料，調(diào)研和分析沿線的不良地質(zhì)和軟土分布情況；掌握地下水的分布和性質(zhì)，并提前做好相關(guān)的安全風(fēng)險分析和評估。

2）在可行性研究階段主要是通過對既有資料的分析研究，初步掌握場區(qū)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件，對線路通過區(qū)的工程地質(zhì)條件進(jìn)行初步評價；啟動專項(xiàng)地質(zhì)災(zāi)害評估工作；必要時進(jìn)行代表性勘探工作；從工程地質(zhì)角度論證工程方案的可靠性與合理性，對比選方案進(jìn)行同精度分析評價。

3）巖土工程的初步勘察階段是在可行性研究勘察的基礎(chǔ)上，針對不同的線路敷設(shè)型式和不同的地質(zhì)單元實(shí)施初步勘察工作，對不同的比選方案進(jìn)行同精度勘察；初步查明沿線的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件；初步查明沿線的不良地質(zhì)和軟土，以及地下水的性質(zhì)和分布；并應(yīng)識別設(shè)計(jì)、施工中與地質(zhì)有關(guān)的風(fēng)險因素，對線路通過地區(qū)的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析評價。

4）巖土工程的詳細(xì)勘察階段應(yīng)在初步設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上針對不同的工點(diǎn)、不同的結(jié)構(gòu)形式及施工方法詳細(xì)查明沿線的工程地質(zhì)和水文地質(zhì)條件；評價工程的適應(yīng)性，并對設(shè)計(jì)施工提出相應(yīng)的措施和建議。

5）位于待開發(fā)區(qū)域的建設(shè)線路，工程活動和降水會引起周邊地層沉降。通過在地下車站與區(qū)間設(shè)置變形縫，盾構(gòu)區(qū)間管片之間為非剛性連接，明挖區(qū)間隔一定距離設(shè)置變形縫，可以減小因周邊降水導(dǎo)致地層不均勻沉降對地鐵結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響；待開建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)時，地鐵結(jié)構(gòu)作為既有建筑，新建項(xiàng)目應(yīng)采取一定措施例如注漿等方式來保證地鐵結(jié)構(gòu)的不均勻沉院、側(cè)向位移等，以保證地鐵的結(jié)構(gòu)安全及運(yùn)營安全。

6）施工過程中的施工勘察應(yīng)結(jié)合設(shè)計(jì)和施工進(jìn)展情況，進(jìn)行詳細(xì)的地質(zhì)風(fēng)險因素辨識與地質(zhì)風(fēng)險評估。

7）線路運(yùn)營后也要做好長期監(jiān)測工作，研究監(jiān)測數(shù)據(jù)變化情況，保證地鐵線路運(yùn)營安全。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.21.039