復雜地質(zhì)條件下城市軌道交通施工技術(shù)要點

摘 要：復雜的地形環(huán)境會給建設施工帶來一定阻礙，城市軌道交通系統(tǒng)的建設也深受其影響。城市軌道的路徑與站點多布置于地底，土質(zhì)特征直接決定了其設計與位置安排，特定的地理位置使軌道交通工程在施工時更易受地形條件的限制。基于此，開展地下軌道交通施工作業(yè)時，要在了解城市軌道交通工程特點的前提下，對施工區(qū)域的復雜地形特征進行全面分析，了解該區(qū)域的土質(zhì)條件，并采取針對性的施工技術(shù)，重點提升城市軌道交通工程的軌道架設、明挖施工、暗挖施工等主要施工技術(shù)，從而在城市軌道交通施工中靈活應對各種復雜地質(zhì)環(huán)境。

關鍵詞：復雜地質(zhì)；城市軌道交通；施工技術(shù)

中圖分類號：TU74" " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標識碼：A" " " " " " " " " " " " " " " " " "文章編號：2096-6903（2025）01-0001-03

1 軌道交通工程的特點

軌道交通工程通常位于城市密集區(qū)，對周圍環(huán)境和公共設施的影響較大，具有規(guī)模大、涉及范圍廣等特點。

1.1 項目建設規(guī)模比較大

軌道交通項目需要有大量的資金投入，且對技術(shù)設備和材料的要求極高。從工程規(guī)模上看，軌道交通工程往往包括數(shù)十甚至數(shù)百公里的軌道鋪設，涵蓋了地下、地面及高架橋等多種形式。其土建作業(yè)有隧道掘進、車站建設、架橋等，這些作業(yè)需要高精度的工程設計和施工管理。軌道交通工程的實施還必須考慮到城市規(guī)劃和地形地質(zhì)條件，這就要求工程師不僅要有豐富的技術(shù)知識，還要具備解決復雜地質(zhì)和環(huán)境問題的能力。

1.2 項目所涉及的范圍較廣

軌道交通工程除了主要的軌道和站點建設外，還要處理與通信、燃氣、供排水系統(tǒng)及電力系統(tǒng)等相關的基礎設施遷改，這些都是確保項目順利進行的關鍵因素。例如，軌道交通系統(tǒng)的建設不僅需要在技術(shù)上保證信號與通訊的無縫對接，還需考慮城市供水排水和電力供應的兼容性與可靠性。軌道交通工程通常具有較長的建設周期，從初步設計到最終竣工，預計需要3～4年的時間，期間涉及的協(xié)調(diào)工作十分復雜，技術(shù)挑戰(zhàn)極大[1]。

1.3 對施工要求比較高

軌道交通項目地下結(jié)構(gòu)的復雜性要求工程團隊采用高精度的測繪技術(shù)和地質(zhì)預測技術(shù)，全面了解現(xiàn)有地下設施如管網(wǎng)、通信線路和其他基礎結(jié)構(gòu)，避免施工過程中對這些結(jié)構(gòu)造成損害。軌道交通系統(tǒng)常布局于城市密集區(qū)域，地下施工時需要極其謹慎。在確保結(jié)構(gòu)安全和功能需求的前提下，采用適應性強的施工方法和材料，嚴格遵守環(huán)境保護標準，采取各種措施控制施工過程中的噪聲、塵埃和振動，減少對周圍環(huán)境的影響。

1.4 施工內(nèi)容較多

軌道交通工程從地下結(jié)構(gòu)的挖掘到地面設施的建設，從軌道鋪設到信號系統(tǒng)的安裝以及電力供應和車輛控制等都需要精細的工程計劃和嚴格的質(zhì)量控制。地下工程需要通過地質(zhì)勘查精確判定土質(zhì)條件，從而選擇合適的隧道挖掘技術(shù)。站點的設計與建設不僅要考慮乘客的便利性和舒適性，還要兼顧城市美觀和長期的功能性。為了保障運行的安全和效率，電氣化組件如供電線路和信號系統(tǒng)的安裝必須嚴格遵守工程規(guī)范。因此，軌道交通工程的成功實施依賴于多個團隊的緊密合作和高水平的項目管理能力，這對工程團隊的技術(shù)水平和協(xié)調(diào)能力提出了極高的要求[2]。

2 復雜地質(zhì)條件下城市軌道交通施工應對方法

2.1 軟弱地質(zhì)

軟弱地質(zhì)通常指的是承載能力低、穩(wěn)定性差，容易發(fā)生壓縮、變形或塌陷的土壤地質(zhì)，其在承受重載或遇到水分變化時可能會發(fā)生不均勻沉降現(xiàn)象，嚴重影響交通軌道設施結(jié)構(gòu)的安全性。

2.1.1 粉質(zhì)黏土層

粉質(zhì)黏土層由黏性土組成，其黏性土的黏粒含量介于30%～50%，粉狀物質(zhì)的比例高于沙粒成分，這種土壤的黏度指數(shù)通常為10～17。黏土自身幾乎不含有小礫石，具有一定的黏性，因其水分難以排出，故展現(xiàn)出較好的可塑性。

處理粉質(zhì)黏土層的關鍵在于保證土層的穩(wěn)定性并減少土層水分變化給施工帶來的影響，施工時應進行詳細的地質(zhì)勘察，了解粉質(zhì)黏土層的分布、厚度和物理特性，基于這些數(shù)據(jù)進行科學的工程設計。

在處理方案上，可采用如下4種策略：一是對地基預壓，通過在土層上施加額外的負載使土壤提前壓實，以減少未來荷載導致的沉降。二是采用深層攪拌法，通過機械攪拌將固化劑混入土層中，改善土壤的工程性質(zhì)，增強其承載力和穩(wěn)定性。三是進行土層置換，將不穩(wěn)定的粉質(zhì)黏土層挖出，替換為工程性能更好的材料。四是使用垂直排水板結(jié)合預壓技術(shù)，加速土層中孔隙水的排出速度[3]。

2.1.2 雜填土

雜填土是由多種不同來源的土壤、破碎巖石、有機物質(zhì)以及建筑廢棄物隨意填充而成的非自然土層。這種土質(zhì)的主要特征是成分不均勻、密實度不一、含水量變化大，因而物理和力學性質(zhì)極不穩(wěn)定。雜填土廣泛分布于許多快速城市化的地區(qū)，如珠江三角洲、長江三角洲及其他一些舊工業(yè)基地和城市擴展區(qū)。

例如某智慧城車站地下3 m范圍內(nèi)普遍存在雜填土，該土層自身穩(wěn)定性極弱，施工中地下連續(xù)墻導墻溝槽容易出現(xiàn)坍塌情況。對此需對導墻溝槽進行加深和強化處理，并在特定區(qū)域采用優(yōu)質(zhì)土壤進行替換或者利用水泥進行必要的固化作業(yè)。在雜填土層中，泥漿保護墻的效果不佳，容易導致孔壁塌陷。在智慧城車站的鉆孔灌注樁工程中，地表以下3 m處的塌孔現(xiàn)象尤為嚴重，有時還會造成樁基頭部過大，嚴重浪費混凝土資源。在后期拆除過程中也需要消耗大量時間和勞力。

2.1.3 淤泥以及淤泥質(zhì)土

淤泥及淤泥質(zhì)土是細顆粒、高含水率的沉積土，其主要成分包括黏土和細砂，具有較高的可塑性和壓縮性，這種土壤在質(zhì)地上顯得濕滑，容易在壓力作用下發(fā)生變形和流動。在我國，淤泥及淤泥質(zhì)土主要分布于河流下游、湖泊周圍及沿海地區(qū)，其高含水量和低承載力容易導致地基不穩(wěn)定，施工時需采取額外的地基處理措施。淤泥質(zhì)土的流動性強，在施工挖掘或隧道推進過程中易引起塌陷或側(cè)向流動[4]。

2.2 高地下水位

高地下水位是指地下水面距地表較近，常見于河流附近、低洼地區(qū)或地形條件導致水流不易排出的區(qū)域。在軌道交通工程施工中，高地下水位的地質(zhì)條件對工程的安全和進度具有重大影響。處理這一地質(zhì)條件常用的方法是水位降低和隔水措施。水位降低通常通過設置抽水井、排水溝和井點降水系統(tǒng)來實現(xiàn)，這可以暫時降低工程區(qū)域內(nèi)的地下水位，減少水對施工的干擾。采用這種方法需要持續(xù)監(jiān)控地下水位和周邊環(huán)境，以防止過度降低水位導致地面沉降或鄰近建筑物不穩(wěn)定。采用防水屏障，如地下連續(xù)墻，也是常見的處理方法，這些墻體能有效阻隔水流，保護施工區(qū)域內(nèi)部的干燥狀態(tài)。在施工過程中，也可以使用防水材料對坑道和基礎結(jié)構(gòu)進行封閉，防止水浸入施工區(qū)域。

2.3 土壤液化

土壤液化是通常發(fā)生在飽和細顆粒土壤（如細砂和粉土）在地震或其他振動源作用下，土壤顆粒間的水壓突然增加，導致土壤顆粒失去接觸力而表現(xiàn)出液體般的流動性。這種現(xiàn)象在四川、云南等地震帶以及沿海地區(qū)尤為常見，這些區(qū)域的地下水位高、土壤顆粒細小，容易在震動下發(fā)生液化。液化的土壤失去承載能力，可能導致地基不穩(wěn)定、沉降或均勻沉降，嚴重時會引起軌道變形或結(jié)構(gòu)破損，影響軌道系統(tǒng)的安全運行。還可能引發(fā)地面塌陷，對正在施工的隧道或基坑造成直接威脅，增加施工風險和修復成本。

為了應對土壤液化的風險，工程設計前必須通過地質(zhì)勘察明確潛在的液化風險區(qū)域，采用適當?shù)牡鼗幚砑夹g(shù)如深層攪拌、振動沉管或注漿等方法來改善土壤結(jié)構(gòu)，增加其密實度和抗液化能力。

3 復雜地質(zhì)條件下城市軌道交通施工技術(shù)要點

3.1 軌道架設技術(shù)要點

軌道架設技術(shù)是在軌道交通工程中進行軌道線路的布設和安裝的工程技術(shù)，與地面可隨時調(diào)整方向、高度的鐵路軌道相比，地鐵軌道的鋪設難度系數(shù)要大很多。一方面，地鐵軌道鋪設在地下隧道內(nèi)進行，空間相對狹窄。另一方面，在經(jīng)過地鐵軌道鋪設的最后一個環(huán)節(jié)混凝土澆筑后，軌道由于固定住所以不能再進行方向、高低的調(diào)整，因此對前期的精準調(diào)試要求極高。

隨著城市化進程的加速，軌道交通架設技術(shù)經(jīng)歷了從初步的技術(shù)引進到自主創(chuàng)新和技術(shù)改進的發(fā)展歷程。特別是在復雜地質(zhì)條件下，軌道架設技術(shù)的應用需要綜合考慮地質(zhì)、環(huán)境及工程安全等因素[5]。在軟土、高地下水位、土壤液化等區(qū)域施工，都需要特別的技術(shù)處理，進行土壤固化或使用深基礎增強地基承載，設置有效的排水系統(tǒng)，防止水對軌道結(jié)構(gòu)造成影響，并適當采取地基加固措施等。做好基礎施工后，再進行常規(guī)的軌道架設，將軌枕、鋼軌以及連接兩者的扣件拼裝在一起，組成一組軌排，然后排進行鋼筋籠綁扎。現(xiàn)階段通常使用鋪軌小吊車將地面拼裝好的軌排從軌道運輸車上吊起，移動并在相應鋪軌位置就位，再由現(xiàn)場工人完成架設、粗調(diào)、精調(diào)等工序，再進行下一步混凝土的澆筑，正常情況下一天可以鋪設50 m左右的長度。

3.2 明挖施工技術(shù)要點

明挖施工技術(shù)是在軌道交通工程中常用的開放式地面施工方法，在地表挖掘開放的工作面來安裝或修復軌道及其相關結(jié)構(gòu)。該技術(shù)施工簡便、成本較低、工程進度易于監(jiān)控，工作空間較大，便于施工設備操作和工人作業(yè)。

在應用明挖施工技術(shù)時，需要特別注意地質(zhì)條件、周邊環(huán)境和地下設施的影響，確保挖掘過程中不會對周圍建筑物或地下管線造成損害。施工前需要進行地面的清理工作，移除任何可能妨礙施工的障礙物，根據(jù)設計圖紙，使用挖掘機等重型機械設備在指定區(qū)域進行土壤挖掘。在挖掘過程中，需實施嚴格的監(jiān)測，以控制挖掘深度，并確保挖掘壁的穩(wěn)定性，防止發(fā)生坍塌事故。在施工過程中，還需要對排水進行妥善處理，尤其是在雨季或高地下水位區(qū)域施工時，一定要做好排水系統(tǒng)的設計和管理，防止水流進入工作區(qū)造成積水或土壤軟化現(xiàn)象。施工完畢后，需要進行軌道的鋪設以及相關設施的安裝，然后進行回填工作，將挖掘出的土壤按照工程要求重新填回挖掘區(qū)。

3.3 暗挖施工技術(shù)要點

暗挖施工技術(shù)又稱為非開挖施工技術(shù)，是在地下進行隧道或其他結(jié)構(gòu)體施工的方法，它主要通過隧道掘進機或傳統(tǒng)的盾構(gòu)方法進行，無須在地面上進行大范圍開挖，對地表活動和現(xiàn)有地面設施的干擾最小，特別適用于城市密集區(qū)域或需要保護的環(huán)境敏感區(qū)。暗挖施工因其施工過程中減少了噪聲和塵埃，對周邊環(huán)境的影響較小，因此在城市軌道交通工程中被廣泛采用。

在施工前需在地面建立施工井或施工站點，這些井或站點用于隧道掘進機的裝配和隧道材料的進出。隧道掘進機在施工過程中按設計的軌跡推進，土石由機器前端的切削頭切割并通過輸送系統(tǒng)輸送至地面處理。在隧道掘進過程中，必須實時監(jiān)控掘進機的位置、姿態(tài)和地下土體的壓力情況。施工中還需要采取注漿、設置預制混凝土襯砌等多種支護措施，穩(wěn)定新挖掘的隧道并防止地層下沉或坍塌。完成隧道掘進后，要進行隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)的建造。在整個施工過程中，還需要持續(xù)進行地質(zhì)監(jiān)測和環(huán)境監(jiān)控。

采用特制的盾構(gòu)機在地下進行隧道開挖，同時進行隧道壁的支護和襯砌，因其能夠在掘進過程中及時支護挖掘面，防止地層坍塌和水浸入現(xiàn)象，適用于軟土、高地下水位等復雜的地質(zhì)條件。

在預定的隧道起始位置建造一個發(fā)射井，用于安裝盾構(gòu)機。盾構(gòu)機就位后，沿預定的軌跡推進，盾構(gòu)機前端的切削頭負責切割土石，通過轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)作用和多個切削刃片，將地層材料破碎并通過輸送帶系統(tǒng)運至地面。掘進過程中，盾構(gòu)機后部通過液壓系統(tǒng)推動臨時鋼制或混凝土襯砌環(huán)片，這些環(huán)片在機尾組裝成環(huán)狀并隨即在其后方填充注漿材料。

盾構(gòu)機的掘進速度取決于地質(zhì)條件、機械性能和作業(yè)班組的技術(shù)水平。為了適應不同的地質(zhì)環(huán)境，現(xiàn)代盾構(gòu)技術(shù)發(fā)展出土壓平衡盾構(gòu)機、巖石盾構(gòu)機和復合型盾構(gòu)機等多種類型的盾構(gòu)機，每種類型的盾構(gòu)機都有其特定的設計和功能。

3.4 深坑支護施工技術(shù)要點

在預先規(guī)劃好的施工區(qū)域內(nèi)建立地下連續(xù)墻、鋼支撐系統(tǒng)或錨桿等臨時或永久的支護系統(tǒng)，地下連續(xù)墻通常通過挖掘機或特殊的挖掘工具進行地面開挖，然后填入混凝土構(gòu)成堅固的墻體，它可以有效地隔離地下水并支撐周圍的土壤。在土壤較為疏松或水位較高的區(qū)域，可能還需采用錨固技術(shù)，通過在土層中設置錨桿增強土壤的穩(wěn)定性。隨著挖掘的深入，需要安裝水平支撐或斜撐來進一步確保挖掘面的安全，這些支撐結(jié)構(gòu)必須根據(jù)實際地質(zhì)條件和挖掘深度精確設計，并定期進行檢查和維護。為了防止地下水對施工的影響，深坑中還必須設計有效的排水系統(tǒng)，避免了雨水積聚在施工區(qū)域內(nèi)。

4 結(jié)束語

軌道交通工程建設時間長且施工范圍大，施工過程中要綜合考慮城市規(guī)劃和地質(zhì)條件，不斷優(yōu)化粉質(zhì)粘土層、雜填土等不同土質(zhì)條件的處理方法。隨著技術(shù)的進一步發(fā)展，軌道交通工程將更加側(cè)重于優(yōu)化施工技術(shù)并不斷提升復雜地質(zhì)條件下的施工方法，為未來的城市交通發(fā)展奠定堅實的基礎。

參考文獻

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收稿日期：2024-06-20

作者簡介：趙興旺（1987—），男，福建廈門人，本科，工程師，研究方向：城市軌道。