武漢地鐵機場線勘察若干問題探討

趙 志 達

(中煤科工集團武漢設計研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

武漢地鐵機場線勘察若干問題探討

趙 志 達

(中煤科工集團武漢設計研究院有限公司，湖北 武漢 430064)

通過勘察武漢地鐵機場線，對勘察過程中所揭露的若干問題進行了研究，從新構造運動角度對武漢地區長江三級階地地貌單位界線雜亂無章的成因以及巖溶發育地段盾構區間基礎設計要點進行論述，對武漢地區長江三級階地上第三系與第四系下更新統的劃分，新近填土所引起的負摩阻力的確定及各施工工法間銜接等技術難點進行探討。

地鐵機場線，新構造運動，地層劃分，負摩阻力，巖溶

1 工程概況

素具“九省通衢”之稱的武漢市地處華中腹地，為長江、漢江交匯處。自2012年年底武漢地鐵2號線通車后，武漢地鐵步入了建設的高峰期。武漢地鐵機場線工程起于天河機場T3航站樓，全長19.53 km，設站7座，包含換乘站2座，分別在天河機場站與漢孝城際換乘，宏圖大道站與3號，8號線換乘。本文從新構造運動、工程地質、水文地質、巖溶、施工工法的銜接等方面對武漢地鐵機場線勘察過程中所揭示的問題進行探討。

2 地鐵勘察中存在的新構造運動影響

武漢地鐵機場線沿線地貌根據勘探地層揭露情況可劃分為長江一級階地、二級階地、三級階地等地貌單元。擬建區域地貌的形成固然與長江及其支流水系府河的沖洪積有密切聯系，但勘察期間發現區內各級地貌高差并未呈現明顯的韻律特征。

通過對該現象的地質調查，發現場區內無規律的新地質構造升降運動是內力因素，同時本場地地表土體所長期經受的剝蝕作用是外力因素，兩者持久共存疊加，造成了從相對高程角度無法清晰界定地貌單元、地貌單元界線雜亂無章的現狀。內力升降與外力剝蝕相結合作用強烈的區域，形成了星羅棋布的溝、塘地貌[1]，規模較大的地表水域為馬家湖、府河及黃塘湖，小范圍的湖積地層穿插于整體地層之中。相比以往的武漢地鐵工程，武漢地鐵機場線對勘察及設計工作提出了更高的要求。

3 地鐵勘察中存在的地層劃分難點

3.1 武漢地鐵機場線地層分布特征

第四系覆蓋層：武漢地鐵機場線上部第四系覆蓋層主要按照長江一級階地、二級階地、三級階地進行系統劃分。其中一級階地主要分布于府河及其兩岸，上部為淤泥質土，下部為砂和砂礫石交互層，是典型的“二元結構”[2]；二級階地主要分布于府河南岸至金銀潭站，地層由具可塑～硬塑狀態的粘性土層及中密～密實狀態的砂土層組成；三級階地主要分布于起點至府河北岸，地層由具可塑～堅硬態的粘性土、粘性土夾碎石層及中密～密實狀態的砂土層組成[3]。

基巖層：武漢地鐵機場線基巖層由上第三系黏土巖及弱膠結泥質砂巖、白堊—第三系東湖群砂礫巖、泥質粉砂巖，志留系中統紋頭組泥巖、三疊系下統大治組灰巖組成。

3.2 地層劃分難點

長江一級階地因其獨特的軟弱地層構成及分布環境，范圍界定相對清晰。但長江二級階地與長江三級階地的劃分在武漢地區歷來存在爭議。

武漢地鐵機場線基巖上第三系主要為黏土巖與弱膠結泥質砂巖，兩者交替互層，無分布規律。長江三級階地第四系下更新統沖洪積分布的粉細砂夾礫卵石、含礫中粗砂、卵礫石呈中密狀態，黏性土呈硬塑～堅硬狀態。上述地層與上第三系基巖地層在構成成分、顏色、埋深等方面難以區分，若僅從膠結程度進行劃分，導致上第三系基巖面起伏較大。C14同位素法確定地層時代固然可靠，但在長距離地鐵建設中此法成本過高。在上述地層中如何兼顧準確揭示地層變化規律與滿足盾構穿越及地基基礎設計、運營的要求，值得探究新的工作方法及思路。

4 地鐵勘察中存在的水文地質條件問題

4.1 武漢地鐵機場線水文地質特征

擬建場地地表水主要分布于馬家湖、府河、黃塘湖及沿線溝、塘中，接受大氣降水、地表徑流及人工補給，水位及水量受氣候及人工影響明顯。地下水幾乎涵蓋了武漢地區常見的全部地下水類型，按賦存條件，可分為上層滯水、潛水、層間水、孔隙承壓水、基巖裂隙水和巖溶裂隙水等六種類型。

4.2 水文地質條件問題

地表水域中馬家湖為輕軌跨越，府河、黃塘湖為地下盾構穿越，其中長距離跨越大型水域在武漢地鐵建設中尚屬首次。馬家湖為古云夢澤退縮而形成的殘留湖，該湖因武漢天河機場T3航站樓施工取土導致湖底局部地段原有地層缺失嚴重。武漢地鐵施工單位進行基礎圍堰施工時，對地層缺失地段進行回填處理，回填土因填料成分復雜、湖水長期浸泡且未經碾壓等原因，物理力學性質差。該層土在樁側產生負摩阻力，對于端承樁將產生較大的下拉荷載，樁基承載力設計時應考慮負摩阻力的不利影響。因規范中對填土的中性點深度及樁側負摩阻力系數并未進行明確說明，上述參數的選取是否符合實際情況值得勘察及設計單位探討。

5 地鐵勘察中存在的巖溶不良地質條件問題

5.1 武漢地鐵機場線巖溶發育特征

根據國內巖溶地區工程建設經驗，巖溶是一種形態奇特、分布復雜的自然現象，宏觀上雖然有發育規律，但在具體場地上，其分布和形態則是無常的。灰巖條帶多埋藏于第四系地層之下，某些地段兼有碎屑巖覆埋，巖溶類型為覆蓋或埋藏型[4]。擬建場地范圍內可溶巖巖溶中等發育～微發育，發育溶洞呈無～全充填狀，說明溶洞間連通性一般。擬建區間場地基巖上覆老黏土厚度較大，自穩性較好，一般不會引起地面塌陷。

5.2 巖溶不良地質條件問題

擬建場地局部地段隧道基底位于第四系上更新統沖洪積粉細砂層中，該層下臥層為石炭系白云巖(見圖1)。在地鐵施工及運營過程中，外力的擾動極易導致粉細砂泄露至充填程度較差的溶洞中，從而引起重大事故。該地段基巖埋深較深，物探探測溶洞分布的可靠性不高，而鉆探中的鉆孔將形成人為的泄露通道，因此探測該地段巖溶分布情況極為困難。

考慮到該區段施工方式為盾構機暗挖法施工，掘進過程中進行換填處理技術難度極大；采用水泥土攪拌樁或高壓噴射注漿等地基處理方法，施工質量控制難度較大。因此在入巖深度及樁間距滿足穩定要求的前提下，布置一定數量的鉆孔灌注短樁較為可靠，樁頂標高為隧道基底，并加強該區域基礎底板的剛度及厚度。鉆孔灌注樁施工過程中尤其要注意穿越砂土層時的泥漿護壁質量，避免因樁基施工導致砂土泄露的情況發生。同時基礎底板設置觀測孔，布置一定數量的監測點，對運營過程中的粉細砂流失情況進行預警。觀測孔在應急搶險期間可兼作投石、注漿孔[5]。

6 地鐵勘察中存在的施工工法的銜接問題

武漢地鐵機場線涵蓋填方路基、淺埋暗挖、高架、暗挖隧道法及礦山法、明挖法等多種施工工法。不同工法所選取的基礎持力層往往不同，基礎剛度也差異較大，造成地基基礎的不均勻沉降。差異沉降會造成道床與管片的分離脫空、道床開裂、管片破損，進而導致結構滲漏水、軌道狀態惡化、列車動荷載加大等問題，最終將影響地鐵的正常使用與行車安全[6]。

國內外對于治理不均勻沉降一般采用劈裂注漿或壓密注漿的補償注漿方法,但注漿效果難以控制且影響運營工作。因此在設計階段就應針對不均勻沉降采取防治措施，并于各工法過渡地段布置一定數量的監測點尤為重要。

7 結語

武漢地鐵機場線兼具鐵路隧道、深基坑、高層建筑、城區高架、大型橋梁等項目的巖土工程勘察特點，其工作思路不應局限于一般地鐵項目的勘察內容，融會貫通各項目要點及相互聯系是提出合理且有針對性的巖土工程建議的前提。場區工程地質條件及水文地質條件復雜，巖溶等不良地質作用較發育，各施工工法間銜接緊密是武漢地鐵機場線勘察工作中揭露出來的主要問題。正確認識并妥善處理上述問題是保障武漢地鐵機場線安全、穩定運營的關鍵。

[1] 丁寶田.根據新構造運動及地貌特征試論武漢地區地殼穩定性[J].測繪信息與工程,1985(3):38-41.

[2] 李 英，何忠澤，嚴桂華，等.武漢二元結構地層基坑降水及其地面沉降研究[J].巖土工程學報，2012(S1)：767-772.

[3] 鄧健如，伍維周，秦志能.武漢市第四紀地層的劃分[J].湖北大學學報(自然科學版)，1991(2):178-183.

[4] 張三定，馬貴生，羅小杰，等.武漢地鐵巖溶問題研究方法[J].資源環境與工程，2013(8):426-429.

[5] 周 祥.結合案例對地鐵溶洞處理方法的探討[J].中華民居，2013(3):317-318.

[6] 黃大維，周順華，宮全美，等.軟土地區地鐵不同結構間差異沉降特點分析[J].同濟大學學報(自然科學版)，2013(1):95-100.

Discussion on several issues about engineering geological investigation of Wuhan airport metro

Zhao Zhida

(WuhanDesign&ResearchInstituteCo.,LtdofChinaCoalTechnology&EngineeringGroup,Wuhan430064,China)

By the engineering geological investigation of Wuhan airport metro, we explored several issues such as new tectonic movement, we analysed the cause of clutter in Changjiang river three-level terrace and the key points of shield foundation design in karst area. We also mentioned several issues such as the partition between N and Q1 in Changjiang river three-level terrace, the negative friction of recent filling and the join of all the construction methods.

airport metro, new tectonic movement, division of layer, negative friction, karst

1009-6825(2015)16-0058-03

2015-03-29

趙志達(1983- )，男，碩士，工程師

U231.1

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