探究地鐵建設(shè)中的環(huán)境巖土工程問(wèn)題

孫程頤+王永強(qiáng)

摘 要：伴隨社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，大城市建設(shè)理念也隨之發(fā)展起來(lái)，部分城市正逐漸向地下空間進(jìn)行拓展，將地下空間的開發(fā)與利用作為城市建設(shè)的重要組成部分，以此來(lái)改善人口與環(huán)境之間存在的矛盾問(wèn)題，踐行可持續(xù)發(fā)展。地鐵屬于地下空間利用的重要項(xiàng)目，且取得良好社會(huì)效益，因此受到廣泛關(guān)注。本文通過(guò)工程概況介紹，總結(jié)基坑開挖、盾構(gòu)施工相關(guān)的環(huán)境巖土工程問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：地鐵；基坑開挖；盾構(gòu)施工；環(huán)境巖土工程

伴隨城市地鐵的深入開展，建設(shè)過(guò)程中除保證施工安全之外，還應(yīng)確保環(huán)境巖土工程安全，由于地鐵沿線通常會(huì)涉及到城市主干道、商業(yè)區(qū)等不同規(guī)模和形式的建筑，因此對(duì)其建設(shè)中環(huán)境巖土工程相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析是十分有必要的。地鐵建設(shè)涉及到的安全問(wèn)題與環(huán)境巖土工程息息相關(guān)，所以應(yīng)引起重視。

1 工程概況

某城市地鐵1號(hào)線建設(shè)從2006年11月正式施工，橫向貫穿城市整個(gè)城區(qū)，長(zhǎng)度共計(jì)22.79千米，路線全部屬于地下線，地鐵整個(gè)路線共設(shè)置了17個(gè)區(qū)間、20個(gè)車站。線路建設(shè)位置位于東部山區(qū)與平原相接處，呈東高西低走勢(shì)，城區(qū)內(nèi)地形相對(duì)平坦，扇狀平原影響地勢(shì)。本工程中區(qū)間隧道深埋為2-15米、車站深埋5.9-14.7米。工程沿線經(jīng)過(guò)區(qū)域地下水存在埋藏深、變幅小等特點(diǎn)，有明顯的季節(jié)性變化。以二環(huán)路地下水埋深度為準(zhǔn)，其內(nèi)為3.92米，其外為3.41米。地下水流向與工程呈大角度相交。

2 基坑開挖相關(guān)環(huán)境巖土工程問(wèn)題

2.1 基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形問(wèn)題

在地鐵建設(shè)過(guò)程中涉及到基坑開挖，因圍護(hù)結(jié)構(gòu)的土壓力主要來(lái)自于水平方向，并且在基坑方向上會(huì)出現(xiàn)水平位移，在此作用下基坑外部地表出現(xiàn)變形，且變形程度隨開挖深度增加而增加，若基坑周邊存在不均勻超載的作用，也會(huì)使土體出現(xiàn)一定程度的側(cè)向位移，且超載作用增加，其位移幅度也隨之增加，持續(xù)性地開挖過(guò)程也會(huì)增加樁體側(cè)向位移。

2.2 基坑坑底隆起變形問(wèn)題

一般情況下，基坑坑底隆起是在連續(xù)墻背面土壓作用下軟弱粘性土發(fā)生的滑動(dòng)性破壞，如果涉及到上土層、下土層透水性有較大差異的砂性土，則其基地處土質(zhì)僅有較低的透水性，浮力比土層重量大，也可以導(dǎo)致基底隆起。在本工程中，砂性土為主要地層土體，因此在地鐵建設(shè)過(guò)程中應(yīng)注意坑底隆起變形問(wèn)題。

基坑坑底出現(xiàn)隆起變形的原因包括以下內(nèi)容：第一，由于挖除坑內(nèi)土體之外，釋放了坑底土自重所帶的應(yīng)力，使其向上回彈，進(jìn)而導(dǎo)致土體蠕變和松弛，產(chǎn)生了基底隆起現(xiàn)象。第二，坑外卸載，在多種因素影響下圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)向內(nèi)位移，坑底土體則會(huì)受到基坑方向上的擠壓，進(jìn)而產(chǎn)生坑底隆起問(wèn)題。第三，施工管理不充分，在開挖好基坑之后未及時(shí)施工，在降雨等因素影響下導(dǎo)致作業(yè)面出現(xiàn)大面積積水問(wèn)題，土體在吸收水分之后發(fā)生膨脹，進(jìn)而產(chǎn)生坑底隆起問(wèn)題。

2.3 墻外土體固結(jié)沉降問(wèn)題

在基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)外側(cè)普遍存在不均勻超載問(wèn)題，因此可導(dǎo)致土體豎向固結(jié)，進(jìn)而出現(xiàn)地表下沉現(xiàn)象，且其沉降量隨著超載量增加而增加。利用施工降水達(dá)到干燥作業(yè)面的效果，使土體工程性質(zhì)得到有效改善，特別需要注意的是，不論是坑內(nèi)降水，還是抗外降水，均應(yīng)對(duì)其有效應(yīng)力進(jìn)行增加，以降低其孔隙水壓力，達(dá)到固結(jié)沉降土體的目的。由于相比于坑內(nèi)降水，坑外降水的影響范圍比較廣、沉降量比較大，因此在允許的條件下，應(yīng)優(yōu)先選擇坑內(nèi)降水，使固結(jié)沉降量減少。

2.4 管涌與流沙問(wèn)題

在基坑施工中，管涌與流沙問(wèn)題的產(chǎn)生主要是因降水引起坑內(nèi)、坑外水頭差，在動(dòng)水壓力影響下出現(xiàn)滲流破壞現(xiàn)象，此類問(wèn)題通常在砂性地層中多見。如果基坑之下屬于疏松砂土土層，且在滲流作用下動(dòng)水坡度超出砂土動(dòng)水坡度極限時(shí)，則會(huì)降低土體穩(wěn)定性，使土層懸浮。另外在滲流水壓力的影響下，土體失去平衡，并從基底土中逐漸流出。如果施工中有嚴(yán)重的流沙問(wèn)題則會(huì)引起地面下沉和基坑塌陷。

管涌問(wèn)題則是在滲透水流將土層中小顆粒土帶走之后，滲流口處出現(xiàn)空洞，并逐漸發(fā)展成為水流管道，在已經(jīng)形成的管道中被帶走的泥沙和滲流涌出。管涌現(xiàn)象嚴(yán)重則會(huì)松動(dòng)施工土層，增加土體空隙，使土體強(qiáng)度降低，坑壁將失去穩(wěn)定性。

2.5 其他問(wèn)題

除上述問(wèn)題之外，在地鐵建設(shè)中還應(yīng)注意以下問(wèn)題：第一，由于降水導(dǎo)致的砂土流失、地下連續(xù)墻存在砂土流失問(wèn)題等引起地層損失，進(jìn)而導(dǎo)致沉降。第二，施工過(guò)程中，由于挖面長(zhǎng)時(shí)間暴露在外、一次性開挖過(guò)大面積且未及時(shí)支護(hù)而導(dǎo)致的土體流失和滑落問(wèn)題。

3 盾構(gòu)施工相關(guān)環(huán)境巖土工程問(wèn)題

在地鐵建設(shè)中，與盾構(gòu)施工相關(guān)的環(huán)境巖土工程問(wèn)題，包括盾構(gòu)需要于市區(qū)內(nèi)穿群樁，同時(shí)盾構(gòu)需要從交叉密集的地下管網(wǎng)中穿越，同一地鐵區(qū)間內(nèi)上行線和下行線盾構(gòu)需要對(duì)向或同時(shí)掘進(jìn)。在掘進(jìn)過(guò)程中，盾構(gòu)機(jī)使附近土體初始應(yīng)力發(fā)生改變，土體原本的平衡狀態(tài)被打破，使得各類管線出現(xiàn)沉降問(wèn)題，同時(shí)土層發(fā)生下沉現(xiàn)象，若沉降和下沉的幅度過(guò)大則容易導(dǎo)致管線出現(xiàn)變形情況，甚至出現(xiàn)斷裂問(wèn)題，尤其是施工段給排水管線本身已經(jīng)老化腐蝕，其對(duì)變形的抵抗能力相對(duì)較弱，一旦出現(xiàn)管線破裂問(wèn)題，則工作面會(huì)有大量水進(jìn)入，容易引起土體的大范圍垮塌，進(jìn)而影響著施工范圍內(nèi)人員安全和建筑安全等，若未引起注意則將導(dǎo)致嚴(yán)重后果。另外，盾構(gòu)施工給土體造成剪切力和擠壓，縮小了土體空隙，土體在外力作用下更加密實(shí)，這很容易引起地表下沉，盾構(gòu)前方土體在擠壓作用下會(huì)出現(xiàn)局部隆起現(xiàn)象。還需要注意的使，在進(jìn)出工作井過(guò)程中，盾構(gòu)需要經(jīng)常性地降水，以增加土層有效應(yīng)力，壓密土層。因周圍土體持續(xù)供給，有供水壓力產(chǎn)生，進(jìn)一步增加了土體內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而出現(xiàn)主固結(jié)沉降現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

地鐵作為城市交通狀況得以改善的有效方式，在建設(shè)過(guò)程中應(yīng)注意考慮環(huán)境巖土工程問(wèn)題，以盡量降低環(huán)境對(duì)工程建設(shè)的影響，保證建設(shè)質(zhì)量和效率，充分發(fā)揮地鐵的社會(huì)效益。

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