徐州市城市軌道交通建設對當地環境地質的潛在影響

張偉剛 吳家銘

摘 要： 針對徐州城市軌道交通工程建設特點，對城市軌道交通建設過程中出現的地質環境問題進行總結，詳細論述了導致地下水污染、巖溶塌陷、地表沉降等環境地質問題的主要因素、過程及不良后果，為施工階段的安全風險控制和開展專項環境治理提供參考意見。

關鍵詞：城市軌道交通；環境地質；地下水污染；巖溶；地表沉降

城市軌道交通的建設不可避免地會對城市的環境造成一定的影響，這些影響主要表現為地下水流場及其水質遭到破壞、城市地面塌陷及地面沉降等。本文以徐州軌道交通建設為例，探討研究軌道交通建設對當地環境地質的影響[1～2]。

1、徐州市區工程地質及水文地質條件

徐州市位于魯南丘陵與蘇北平原交匯的殘丘平原上，淺部第四系松散沉積物主要為為湖積粉土、沖積黏土，20m以下的中更新統沖積黏土，土質堅硬，普遍夾鐵錳結核，是徐州市區第四系老地層的代表，基巖以寒武系、奧陶系碳酸鹽巖為主。巖體產狀和走向為徐州復背斜所控制，其軸部恰過市區，走向東北，所以山體也多呈北東向帶狀展布[3～4]。

本區內構造發育，主要斷層為張性—張扭性廢黃河斷裂帶，斷裂帶內巖石破碎，裂隙、巖溶發育，為本區的強裂隙巖溶發育帶。第四系土層中的潛水主要賦存于沖積形成的粉土，受大氣降水、地表水補給，具有明顯的豐、枯水期變化。第四系孔隙弱承壓水為弱承壓含水層，主要補給來源為上層地下水入滲補給，排泄為向下層含水層入滲排泄或人工水井排泄。基巖裂隙水主要賦存于奧陶系、寒武系灰巖溶洞和裂隙中，受地層地下水及周圍基巖裂隙水補給，在構造破碎帶、節理裂隙密集處匯集，水量較大，具有承壓性。

2、軌道交通對地下水的影響

2.1工程建設對地下水質量的影響

建筑材料中的某些化學成分能夠改變地下水的物理化學組分，導致地下水流場發生變化，使地下水水質惡化。化學注漿常使用水玻璃、聚氨酯和環氧樹脂漿材等化學材料，化學漿液在含水地層中滲透、擴散，污染地下水；工程建設中使用的水泥、沙石、涂料等，產生的泥水、沖洗水，通過地表沖刷和下滲作用，滲入地下含水層，也會使地下水水質惡化。施工中的污水如洞內漏水、廢漿、施工機械漏油以及工地的生活污水，如排放不當，都會引起地漿下水污染。此外，施工中的建筑垃圾，通過降水淋濾，也可能滲入地下使水質惡化。

軌道交通的建設破壞原來的隔水層，導致地下水污染。軌道交通工程埋深較深，有可能穿過隔水層，如果工程的防滲隔水系統不完善，就會導致污染的地表水通過工程入滲污染地下水，或者上部已污染的地下水可能通過隧道流入下部的含水層，造成污染[5]。

車站基坑施工中往往需要人工降水，以達到降低地下水位、疏干基坑、固結土體、穩定邊坡、防止流砂和便于開挖的目的。大面積的人工降水將導致地下水漏斗式下降，使地表水和水位相對較高的地下水回流，從而將污染物帶入地下水系統。此外，人工降水使水位下降，引起黏性土壓密釋水時，黏性土中水的某些組分也隨之進入含水層，導致地下水水質發生變化。

2.2 軌道運營對地下水流場的影響

徐州地下水流向和故黃河河道走向大致一致，軌道交通1、2、3號線路與古河道相截，多次切割地下水的徑流，從而改變了地下水的運移系統。軌道交通對地下水的攔截會導致地下水位的變化，迎水面水位升高和背水面水位降低。地下水位的抬升可能導致部分洼地沼澤化，地下水位的降低可能影響城市的供水。

如果忽略工程建設前后滲流速度的變化，地下線路截住地下水徑流使過水斷面的面積減小，從而使單位時間內滲流量減小，那么單位時間古河道向故黃河排泄污水的能力降低，受污染的地下水難以及時排出，使地下水的污染加劇，水質惡化。

3 、軌道交通對巖溶穩定性的影響

通過對徐州市巖溶塌陷情況的分析，地面巖溶塌陷有一定的時空規律： （1）巖溶塌陷產生的時間與地下水的大量開采時間相對應，塌陷時塌陷地帶附近的地下水開采都較強烈，且地下水位的升降幅度較大；（2）塌陷都發生在巖溶強烈發育地段，即本區的廢黃河斷裂帶及其附近；（3）塌陷大都發生在松散層較薄的地帶，且松散層呈多層結構，本區塌陷處松散層厚度均小于30 m；（4）在降雨期和地表受到強烈震動時，易發生巖溶塌陷[4]。

巖溶的危害是不容忽視的，隧道圍巖中隱伏巖溶發育，軌道交通施工中圍巖容易大量失水、坍塌，破壞盾構機的水壓平衡，導致其下沉、偏轉，并引起差異沉降而影響隧道結構穩定與變形以及后期的管片滲漏，甚至引起地面塌陷等事故。隱伏巖溶是徐州軌道交通工程的一大隱患，將嚴重危及隧道施工和運營安全，應進行加固處理。為防止地面沉降、突泥突水、滿足隧道永久變形與防水要求、避免盾構機的陷落或偏轉等事故發生，可以通過綜合勘察手段（調繪、物探、鉆探和水文試驗及室內試驗）和超前地質預報，基本查明巖土層結構、構造以及巖溶的空間分布和地下水的活動規律。高壓劈裂注漿是巖溶綜合治理中起決定性作用的措施[7]。

目前尚未發現有巖溶地面塌陷災害發生，但在部分巖溶發育地段，巖溶水與孔隙承壓水含水層聯通，具備巖溶地面塌陷地質背景條件，現狀中雖未發現巖溶塌陷，但隨著巖溶水的開采，水位繼續下降，具有產生巖溶地面塌陷的可能性。

4、軌道交通對地面沉降的影響

徐州軌道交通的隧道施工方式有礦山法和盾構法。影響盾構隧道地表沉降因素有開挖模式、渣土倉壓力、覆土厚度、地層性質、盾尾注漿時間、注漿量和注漿壓力、出土量及盾構推進速度等，地表沉降是這些因素綜合作用的結果[6]。

盾構法開挖隧道引起地表沉降的主要原因是土體的初始應力狀態受到擾動。原地層受擠壓、剪切等復雜的應力路徑，平衡狀態受到破壞。特別是在強風化地層和全風化地層施工時，盾構隧道施工不可避免地對地下水產生擾動。特別是在富水地段，采用敞開模式開挖，可能引起地下水位大幅下降，使地層中土體有效應力增加，從而導致地層發生較大的固結沉降。如果遇到隧道覆土有較厚的軟弱地層，固結沉降占總沉降量的比重很大，而且由此引起的地表下沉范圍很大，往往對周圍環境產生災害性影響。

此外，盾構施工中的盾構糾偏、盾構停機、出土量變化、管片變形等因素都會對地表沉降產生不利影響。

5、結論

（1）軌道交通建設會對徐州地區的地下水產生潛在污染，對廢水、廢渣要進行必要的處理，盡可能地減少污染源，要注意選擇適宜的地點作為廢水、廢渣的填埋存儲場所，對供水水源地應建立嚴格的防護帶。

（2）車站基坑施工降水會形成降落漏斗，造成地下水位下降，應合理使用井點，采用減緩降水速度避免土粒帶出或是井點連續運轉避免間歇和反復抽水等措施，將這種影響控制在周圍環境可以承受的范圍之內[8]。

（3）建成后的隧道洞身會切割地下水流場，影響地下水補給、排泄通道和流速變化，導致地下水位下降，污染地下水質量。

（4）隱伏巖溶導致的地面塌陷是徐州軌道交通建設的重大隱患，施工前需開展詳細的工程地質勘察工作，查明巖溶裂隙發育規律及覆蓋層變化規律，劃分出易塌陷區的范圍，應盡可能地遠離易塌陷區，或對易塌陷區內的建筑物地基進行特殊處理。

（5）地表沉降是由隧道盾構施工中多種因素綜合作用的結果，但土體的初始應力狀態受到擾動和地下水位下降是引起地表沉降的主要原因。

參考文獻：

[1]劉爾烈、徐斌.城市快速軌道交通工程施工的環境影響分析與對策[J]天津理工學院學報，2002，18（2）：85-86.

作者簡介：

張偉剛，男，工程師，主要從事巖土工程勘察設計工作.