探討西安地鐵建設(shè)中對地裂縫危害的防治措施

王大勇

摘 要：地裂縫是多年以來外土建專業(yè)人士所認識的對于城市建設(shè)發(fā)展能夠產(chǎn)生較大影響的一種地質(zhì)災(zāi)害。但對于正在大規(guī)模修建地鐵的西安市來說，面對大規(guī)模的地裂縫發(fā)育帶，且分布范圍廣，對城市建設(shè)者帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。自建國后發(fā)現(xiàn)，特別改革開放以來，由于人為原因從而導(dǎo)致地裂縫的加快發(fā)育，目前作為西安市主要的地質(zhì)災(zāi)害，對地鐵建設(shè)工程具有很強的危害性。本文研究介紹地裂縫的成因、在地鐵建設(shè)中的危害風險及西安地鐵五號線對F10地裂縫治理加固。

關(guān)鍵詞：地裂縫；西安地鐵五號線；危害；治理措施

1、地裂縫的成因

地裂縫是土體、地表巖在外在因素的影響而產(chǎn)生裂縫，在地表形成一道裂縫的地質(zhì)現(xiàn)象，當這種現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在人類活動的活動范圍，便可成為一種地質(zhì)災(zāi)害。地裂縫成因很多。地質(zhì)運動、水循環(huán)和部分人類生產(chǎn)生活活是其形成的主要原因。在我國，西安市形成的地裂縫數(shù)量最多，影響范圍較大，目前，西安市區(qū)根據(jù)地表出露形跡和各種類的勘察手段已經(jīng)確定的地裂縫有14條。

2、地鐵五號線項目工程概況

西安地鐵五號線一期工程西起和平村，沿昆明路向東，先后經(jīng)富源一路、西三環(huán)、皂河、漢城南路，至西二環(huán)后，線路轉(zhuǎn)向南下穿豐慶公園，經(jīng)高新四路后折向東，沿友誼路前行，經(jīng)太白北路、含光路、長安北路、文藝路、雁塔路、太乙路后，沿雁翔路南行，經(jīng)西影路、岳家寨后，線路轉(zhuǎn)向東沿規(guī)劃道路前行至長鳴路，上跨雁鳴湖、東三環(huán)后至本期工程終點紡織城火車站。根據(jù)已有研究記錄和現(xiàn)場地面調(diào)查及實際勘探成果，查明西安地鐵五號線穿過f3、f4、f5、等八條地裂縫和三個分支裂縫，F(xiàn)10地裂縫位于雁翔路南段，北起石羊農(nóng)莊，沿雁翔路自北向南延伸，至雁翔路加氣站處線路改為自西向東延伸至黃渠頭村。地面起伏稍大，呈南高北低之勢，地面高程介于461.66～479.73m，地貌單元屬黃土梁洼。

3、地裂縫對地鐵工程危害

地裂縫是西安典型的地質(zhì)災(zāi)害，對地鐵工程的施工和安全運營有較大威脅，特別是和地鐵相交的地裂縫，會給地鐵隧道主體結(jié)構(gòu)帶來嚴重的危害，如與線路小角度斜交時，會造成地鐵隧道結(jié)構(gòu)變形破壞不對稱，并隨著沉降的擴展，首先發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形，然后發(fā)生彎曲和剪切變形破壞。地裂縫對地鐵工程的影響主要集中在以下幾點：

（1）地裂縫兩側(cè)上下盤互相來回錯動，因而地鐵主體隧道結(jié)構(gòu)伴隨地層變形發(fā)生結(jié)構(gòu)的開裂或彎曲剪切破壞；

（2）地裂縫帶的地質(zhì)活動通過襯砌影響到隧道內(nèi)部的軌道線性，導(dǎo)致穿越地裂縫處的軌道產(chǎn)生位移沉降變形，給列車的安全運行造成很大的風險；

（3）地裂縫的運動造成隧道的主體結(jié)構(gòu)開裂或變形縫防水措施的破壞，引起地下水滲灌入隧道，嚴重威脅列車的安全運行。

（4）地層變形，導(dǎo)致地鐵隧道上層管網(wǎng)滲漏開裂，雨污水浸泡整段地層，從而使隧道外層應(yīng)力增大有坍塌風險，直接影響地鐵施工或者開通運營。縱觀國內(nèi)外研究，其成果多為地裂縫的成因機制、區(qū)域地質(zhì)背景以及地表破裂等宏觀表象分析，而防治研究方面也多次采用宏觀對策進行防治。

4、F10地裂縫治理措施

4.1 隧道通過F10地裂縫的工法

地鐵五號線區(qū)間隧道穿越F10地裂縫，地裂縫段應(yīng)采用淺埋暗挖法施工，暗挖段設(shè)置一處施工豎井及橫通道，施工豎井采用倒掛井壁法施工，橫通道采用臨時仰拱法施工。區(qū)間隧道采用CRD施工，初期支護為鋼格柵加噴射混凝土。各洞室均采用臺階法開挖，各導(dǎo)洞縱向開挖時上下導(dǎo)洞錯開4～5m，左右導(dǎo)洞應(yīng)錯開4～5m，施工中必須認真組織好各洞室施的施工前后順序。開挖作業(yè)嚴格遵循“小分塊、短臺階、強支護、多循環(huán)、快封閉、勤量測”原則。

4.2穿越地裂縫帶的隧道襯砌結(jié)構(gòu)分縫原則

根據(jù)以往西安地鐵1、2、3、4號線的研究成果和經(jīng)驗，斜交條件下地鐵分段隧道與地裂縫的平面投影關(guān)系，變形縫設(shè)置模式和分段長度優(yōu)化計算模式大致歸為以下兩種模式：

模式一：對縫設(shè)置，及分段隧道中有兩段隧道橫跨于地裂縫上；

模式二：騎縫設(shè)置，分段隧道中僅一段隧道橫跨于地裂縫上。

4.3擴大斷面預(yù)留凈空和局部襯砌加強

西安地鐵五號線沿線地裂縫在設(shè)計使用期內(nèi)設(shè)計值300mm和500mm，為防止地裂縫活動引起隧道變形侵入建筑界限，隧道穿越地裂縫變形區(qū)必須擴大斷面預(yù)留變形量，在特殊情況下隧道的凈空和行車時的安全能得以保證。采用復(fù)合式襯砌確保結(jié)構(gòu)強度，在地裂縫地段隧道必須預(yù)留足夠的凈空，地裂縫活動后仍能通過改變線路調(diào)坡保證線性的平順和行車的通過性。

4.4分段設(shè)縫加柔性接頭

隧道分段設(shè)縫后，結(jié)構(gòu)應(yīng)力釋放，受力明顯減小，但防水壓力明顯增加，因此接頭構(gòu)造包括結(jié)構(gòu)形式和防水構(gòu)造，根據(jù)前期地鐵的研究和經(jīng)驗，分段設(shè)縫接頭大致可采用以下三種構(gòu)造形式或設(shè)置方案。

（1）可卸式拼裝柔性接頭設(shè)置方案

由于地裂縫活動會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)錯位而引起防水失效，重點考慮使用可維修、可更換、易于操作的構(gòu)造形式上，使用可卸式拼裝柔性接頭具有方便經(jīng)濟、可操作性強的特點，對不同活動級別的地裂縫地段均可使用。其襯砌第一道剛性防水層，二襯可安裝中埋式止水帶組成第二道防水，內(nèi)層拼裝結(jié)構(gòu)的防水構(gòu)成第三道防水。

（2）且行止水帶+中空彈性止水帶+止水帶多道柔性接頭設(shè)置方案

該方案在由中鐵第一勘察設(shè)計研究院和西北橡膠塑料設(shè)計研究院在長安大學(xué)課題研究組所提雙層襯砌結(jié)構(gòu)柔性接頭的基礎(chǔ)上提出的它結(jié)合進行了多道防水，能起到較好的防水效果。

4.5重難點應(yīng)對措施

由于地裂縫破碎帶難以形成自然拱，開挖時容易發(fā)生拱部坍塌、變形過大等事故，因此地裂縫暗挖隧道施工的難點和風險源主要應(yīng)對措施有：

（1）技術(shù)保障：項目部專門成立地裂縫段施工專家小組，聘請地鐵設(shè)計、施工、科研方面的專家和地質(zhì)工程專家、西安市從事地裂縫研究和處理專家共同組成科研攻關(guān)小組，并對施工過程進行現(xiàn)場指導(dǎo)，借鑒西安地鐵其它線路地裂縫施工成功經(jīng)驗統(tǒng)籌安排施工；

（2）超前探測：在施工到地裂縫前，對前方地層進行探測，根據(jù)探測到的地形情況對施工方案進行調(diào)整；

（3）超前支護：根據(jù)設(shè)計要求采用管棚進行超前加固，同時配合小導(dǎo)管超前注漿加固地層；

（4）加強監(jiān)測：項目部成立專項施工監(jiān)測小組，施工過程中對于地裂縫段的地表、地面建筑物和隧道洞內(nèi)加密布設(shè)監(jiān)測點，且施工中增加頻率。將監(jiān)測信息反饋給設(shè)計和監(jiān)理單位，及時對監(jiān)測信息進行分析反饋；

（5）制定詳細的應(yīng)急預(yù)案，準備充足的應(yīng)急物資、設(shè)備，根據(jù)監(jiān)測結(jié)果對地表建筑物進行有必要的地表注漿加固。

5 結(jié)論

地鐵穿越地裂縫建設(shè)工程治理理措施研究是一個漫長而復(fù)雜的過程，其伴隨著地質(zhì)活動難以抗拒，作為工程建設(shè)者，如果只加強主體結(jié)構(gòu)的強度、剛度來抵抗地裂縫的活動，是不足以安全穿越地裂縫縫，設(shè)計方和施工方應(yīng)對地裂縫將引發(fā)的沉降變形，并將變形量提前考慮在結(jié)構(gòu)尺寸內(nèi)，這樣才能確保主體結(jié)構(gòu)和運營的安全。最終采用的任何方案，都應(yīng)遵循以防為主，結(jié)構(gòu)適應(yīng)變形的原則。

參考文獻：

[1] 張家明.西安地裂縫研究[M].西安：西北大學(xué)出版社，1990.

[2]西安地鐵五號線穿越地裂縫帶的設(shè)防專題研究 （2015.3）

[3]黃強兵.地裂縫對地鐵隧道的影響機制及病害控制研究.學(xué)位論文 長安大學(xué)，2009.6.1 .