地鐵建設(shè)中的環(huán)境巖土工程問題

PAGEPAGE8地鐵建設(shè)中的環(huán)境巖土工程問題分析摘要:地鐵工程是一項建設(shè)規(guī)模大、工期長、投資多、社會效益倍受關(guān)注的工程。沈陽地鐵工程穿過的地層主要為砂性地層,沿線地上穿越多個商業(yè)繁華區(qū),地下管線密集,安全要求高,施工引起的環(huán)境巖土工程問題是地鐵建設(shè)風(fēng)險的重要組成部分。本文立足于沈陽地鐵一號線工程,結(jié)合明挖法、盾構(gòu)法、施工降水等主要施工工法和手段,分析了砂性地層中與地鐵施工相關(guān)的支護(hù)結(jié)構(gòu)變形、位移,流沙、管涌,因土體變形和沉降引起的地面、管線和相鄰建筑物的沉降和破壞,以及與施工降水相關(guān)的土體固結(jié)和地下水環(huán)境的變化等環(huán)境巖土工程問題。關(guān)鍵詞:砂性地層;地鐵;環(huán)境巖土工程問題;沉降;變形

0引言地鐵工程建設(shè)是沈陽自建市以來,規(guī)模最大、工期最長、投資最多、社會效益最受關(guān)注的一項工程。沈陽地鐵一號線沿線穿越多個商業(yè)區(qū)、城市主干道、多種型式和規(guī)模的建筑,因此對地鐵建筑過程中的安全性和涉及到的環(huán)境巖土工程問題進(jìn)行分析,開展專項研究是十分必要的。孫鈞以上海近年來的工程實踐為例,就當(dāng)前城市地下工程活動的環(huán)境巖土工程問題加以總結(jié),歸納了最突出和困難的問題20多處[1],其中沈陽地鐵建設(shè)涉及到的就有10處之多。本文就沈陽地鐵建設(shè)這一特定的工程活動涉及的小環(huán)境巖土工程問題加以分析。1沈陽地鐵一號線概況1.1基本概況沈陽城市軌道建設(shè)共規(guī)劃五條地鐵線路。2005年9月沈陽地鐵一號線獲得批準(zhǔn),并于2005年11月18日開工。沈陽地鐵一號線沿東西向橫穿沈陽市區(qū),自張士經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)至黎明文化宮,全長22.05km,全部為地下線。全線設(shè)18座車站,17個區(qū)間。1.2工程地質(zhì)概況沈陽城區(qū)坐落在遼河平原與東部山區(qū)的銜接地帶,地勢東北高、西南低。地鐵沿線地層上部為第四系全新統(tǒng)人工堆積層和沉積層,一般為粘性土、粉土、中砂、粗砂、礫砂和圓礫土;下覆第三系砂礫巖,局部地段部分地層缺失。工程地質(zhì)分布見表1。1.3水文地質(zhì)特征地下水主要為孔隙潛水,部分地區(qū)存在有承壓水,局部有上層滯水。補(bǔ)給來源主要為大氣降水與地表徑流,水位隨季節(jié)影響而有所變化,變幅1.0~2.0m。地下水的穩(wěn)定水位埋深4.3~12.0m,大部分埋深8.0m左右,主要含水層為中粗砂、礫砂、圓礫層。滲透系數(shù)在34.0~81.4m/d之間。水文地質(zhì)特征呈現(xiàn)為顆粒粗、水量大、滲透快、含水層厚度大。1.4

地鐵車站和區(qū)間的主要施工方法和圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案沈陽地鐵車站采用的施工方法為明挖法、蓋挖順作法、暗挖法,圍護(hù)結(jié)構(gòu)主要有型鋼水泥土復(fù)合攪拌樁、鉆孔樁加截水帷幕、地下連續(xù)墻三種型式;區(qū)間主要采用明挖法、盾構(gòu)法、暗挖法三種施工方法。嶺2害蒼地鐵建設(shè)涉及叫的環(huán)境巖土工深程問題布2.1耍汪盾構(gòu)施工引起殼的環(huán)境巖土工矛程問題盤問題涉及的主溪要范燃圍替:抹①端盾構(gòu)在繁華市胡區(qū)穿越高大申建筑密物的群降樁想;雷②紡盾構(gòu)穿越地下掘管網(wǎng)交叉密集佳地騙區(qū)掘;糟③蘋同一地鐵區(qū)間參上下行線盾構(gòu)罩同時或?qū)ο蚴﹤}工掘淘進(jìn)姿;史④拆盾構(gòu)進(jìn)出工作奶井施工。爹主要環(huán)境巖土勒工程問葉題燈:革①梳盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過額程中改變了周數(shù)圍土體的初始扶應(yīng)窗力糾,封破壞了土體的曉極限平衡狀社態(tài)纏,筍引起土層的下龜沉期,旨造成地面及其烏建筑物的沉降往和處于工作面坦上方土體中的咳各類管線發(fā)生尾沉夏降肌,痕差異沉降過大笑將造成管線的餃變形和斷咱裂板,維尤其是沈陽地月區(qū)的供排水管環(huán)線大都年赴代較昏久陸,射腐蝕老化現(xiàn)象麥嚴(yán)吊重僻,剪抵抗變形的能灶力降障低南,容一旦發(fā)生管線舊破塵裂斯,貸大量的水流入蘆工作華面畫,趙將造成土體大慧面積垮扔塌帥,乳后果將十分嚴(yán)銹重漲,謝直接影響施工膏范圍內(nèi)座建筑復(fù)物和人員的安深全捏。務(wù)②絹盾構(gòu)施工對土封體的擠壓和剪排切作奶用信,漂使土體的孔隙急比減秋小拆,脹土體被壓駱密授,劑從而引起地表童的下挽沉誤,回在盾構(gòu)前方由籃于擠壓作田用茄,吸局部產(chǎn)生土體鞭隆起罩?？散蹖毝軜?gòu)在進(jìn)出工托作井當(dāng)時宵,棟經(jīng)常要采取降幻水措劇施鴉,成降水使土層中巴的有效應(yīng)力增辟加償,拍土層被壓烤密紀(jì);曠另陶外夏,旗由于周圍土體增的不斷補(bǔ)帆給跑,膊在一定范圍內(nèi)喝會產(chǎn)生動水壓俊力肥(襲沈陽地區(qū)地下似水埋藏批淺患,伏蘊(yùn)含豐框富偉,工水量補(bǔ)給頸大野,妄施工降深州大史,私更易形成動水林壓圈力響)攔,頌從而使土中有帥效應(yīng)力進(jìn)一步旗增騙加貞,社產(chǎn)生土體主固仇結(jié)沉降。對于勁西部張士站到捐黃海路站尚存貝在粘性土的次布固結(jié)沉降各。童④拌盾構(gòu)掘進(jìn)后土粥體處于應(yīng)力釋舉放的狀押態(tài)與,劉如果盾尾空隙候充填不足和不念及測時喊,亂將引起土體的倆下轟沉室[2~4笨]煌。勝繳志盾構(gòu)掘進(jìn)引起醒的土體變屠形場(斬地表位貌移飛)創(chuàng)沿盾構(gòu)前進(jìn)方狗向可以分為五其個不同的區(qū)穿段邊,霉見兵圖亂1勾。情2.2蠻耽基坑開挖引起飼的環(huán)境巖土工臟程問題泄沈陽地鐵一號盤線手有益1倡0免座車站采用明段挖法施工。深羞、大基坑的施乘工產(chǎn)生的環(huán)境籠巖土工程問蟲題咱,掘主要表現(xiàn)為土齒層的沉降和變終形。由于土層贈的沉降和變形誓使地表及其周羅邊摩建筑居物產(chǎn)生沉降、丟開裂和傾丙斜嫁,瀉地下管線發(fā)生伐側(cè)移、沉降和繳開裂。悅上述問題的出悼現(xiàn)主要涉及以菠下幾個方量面投:惜(1餓)差基坑圍護(hù)蕉結(jié)構(gòu)頓的變形上基坑開挖過程測中刺,鑄圍護(hù)愿結(jié)構(gòu)融主要承受水平悲方向的土壓尤力輛,胖產(chǎn)生向基坑方彎向的水平位束移岔,分從而使坑外地倒表發(fā)生變賓形跪,灣并且隨著開挖技深度的增哥加痛,埋地表變形的范啦圍增抹大翅,叨最大變形量增廳大。當(dāng)基坑周占邊作用有不均捷勻超呆載夫(但例如在基坑周廊邊分布有天然斗地基或經(jīng)淺層闊處理的建構(gòu)筑炭物徑)財,秘也將引起土體刪的側(cè)向位翁移端,袍并且隨著超載米量的增供大急,嶺側(cè)向位移量增胃加。同時隨著茂開挖的不斷進(jìn)端行椒,蔑樁體側(cè)向位移嘩也將增加。麥圖飼2滑為沈陽地鐵某衛(wèi)明挖區(qū)間實測假圍護(hù)樁水平位心移曲測線曠,話圖僻3知為某圍護(hù)樁鋼菠管支撐軸力變鼠化曲線。痰(2抖)冒墻外土體的的述固結(jié)沉降江基坑圍護(hù)暑結(jié)構(gòu)羊的外側(cè)地面上鬼擁有不均勻超紛載片,愉丙引起土體的豎貌向固倘結(jié)煉,努造成地表下且沉軌,永并隨著超載量店的增加沉降量潮有所增加。深晃基坑工程一般爆都需要進(jìn)行施爬工降界水籃,院以保證作業(yè)面卻干課燥躬,限改善土體的工劃程性質(zhì)。但嘉是驚,蠟無論是坑內(nèi)降鉗水還是坑外降友水要,紋都將引起坑外鐮土體中孔隙水緊壓力下販降泡,槍有效應(yīng)力增翠加臂,加使土體產(chǎn)生固缸結(jié)沉降。隨著蠶距基坑距離的旬增贊加惠,會沉降量減憶小沙,浩使客建蝕(漁構(gòu)促)惑筑物產(chǎn)生不均棒勻沉降?？油馑榻邓鸬某镣到盗亢陀绊懛缎绹歼h(yuǎn)遠(yuǎn)大于朝坑內(nèi)降勸水片,讓因此條件允許叢的情況思下斗,鍛應(yīng)優(yōu)先考慮坑畝內(nèi)降薦水針,帳減少土層的固惱結(jié)沉降量。餡(3漂)炭基坑坑底隆起燦變形腳坑底隆起通常辜是指在軟弱粘電性土吹中駛,督連續(xù)墻背面的丑土壓引起基坑糧底面的滑動破諷壞現(xiàn)象。在砂暫性土頸中仇,后因上下土層透紡水性相差較肢大改,慨基底處土質(zhì)的臘相對透水性陳低帥,盒土層重量小于金浮旨力鋸,歡亦會產(chǎn)生基底劑隆智起棗[6統(tǒng)]急。因此盡管沈死陽的地層多為熔砂性臥土逃,尚坑底隆起變形忠仍是沈陽地鐵區(qū)施工中應(yīng)加以吐關(guān)注的一個問洲題。員坑底隆起變形倍主要由以下幾民個因素產(chǎn)太生劃:艷由于坑內(nèi)土體定的挖鐵除殲,擋坑底土的自重敘應(yīng)力釋腥放咸,掏向上回鍋彈味,慧土體產(chǎn)生松弛償和蠕括變?nèi)?而基底隆沉起散;登坑內(nèi)的卸雙載予,剩使圍護(hù)探結(jié)構(gòu)支在上應(yīng)面互(1臭)腹所述的多種原賺因共同作用潤下變,喂產(chǎn)生向內(nèi)的位霉移摩,漏在坑底范圍悶內(nèi)調(diào),拐向基坑方向擠斬壓土冰體君,畫造成坑底隆化起蹄;臉由于施工管理努不善、基坑開梨挖后擱置時間妹過長、降雨等蓬原因造成作業(yè)續(xù)面大量積謹(jǐn)水門,誓土體吸水膨燃脹漢(追尤其是粘性土襲、軟粘土和膨飲脹性結(jié)土輩)掉,興引起坑底隆起喂。捷(4銷)額流沙和管涌問愧題龜基坑施工過程話中由于施工降什水的作唇用矛,于造成坑內(nèi)外水厚頭薪差哥,掙產(chǎn)生因動水壓億力引起的滲流郵破便壞只,派主要表現(xiàn)為流屯沙和管涌。該捉種破壞更多的取出現(xiàn)在砂性地麗層庫中材,沃因此沈陽地鐵輛施工應(yīng)給以足不夠的重視。思當(dāng)基坑以下的慌土層為疏松的貢砂土胡層株,繭當(dāng)滲流作用產(chǎn)然生的動水力坡殘度大于砂土的律極限動水力坡使度裹時播,橫土層將失去穩(wěn)住定蠅,維而處于懸浮狀執(zhí)態(tài)術(shù),已并在滲流水壓匹力的作用下脫莊離平衡位寨置態(tài),溫從基底土中流售出。流沙嚴(yán)重蜜的時頃候辛,瘡將引起基坑塌扒陷和地面下沉紫。當(dāng)土層中的仔細(xì)小顆粒被滲運(yùn)透水流帶藍(lán)走塌,醫(yī)在滲流口形成蹦空宜洞逐,觀進(jìn)而逐漸形成明水流集中的管穗道己,忘滲流及其攜帶穗的泥沙從已形儀成的管道涌著出懂,僑形成管涌。管床涌使土層變瓦松袍,刃孔隙增醬大去,英土體強(qiáng)度降布低形,鑒從而導(dǎo)致坑壁壯失穩(wěn)涂。妄茫疤砂層、砂礫層浮地基的施工是遭近年來午隧道疾施工面臨的重桿要地質(zhì)問題。診關(guān)于含水砂層仁的穩(wěn)定性判斷喬可參考族表日2[7蠟]圍。照僚(5堆)撫其他相關(guān)問題羨除上述引起土士體變形和失穩(wěn)乒的主要因素陣外仗,頃在地鐵設(shè)計和遵施工過程中還咸應(yīng)該考慮下列胖相關(guān)問倚題役:明由于管井降水慈帶走砂土及地棟下連續(xù)墻墻體六接縫處砂土流耕失等造成地層詢損份失身,碧引起沉夏降青;克由于施工中開證挖面暴露時間帝過污長坡,剩一次性開挖范北圍過漫大先,供未能及時支護(hù)情等原健因乎,緒造成土體的滑顏落、流失。葬2.3撿戲與地下水相關(guān)剖的問題逢沈陽地鐵全部靠線路都埋藏在劑地下水位以奪下霜,肺全線砂層、砂勒礫層分布厚度躍大、水量豐富蔬、降水深度骨大芳;列地鐵本身又具拉有點多、線長匆、施工時間長糕的特裙點借,駕地鐵一號線穿濃越鐵西廣場、它沈陽站、中街狐等多個商業(yè)欲區(qū)癥,躍周邊多種型式炒的標(biāo)建筑堪物林誕立張,微地下管線密聞集瞧,任因此與地下水雙相關(guān)的環(huán)境巖近土工程問題是保沈陽地鐵建設(shè)漲的一個不容忽姐視的關(guān)鍵問題奏。辟與地下水相關(guān)于的環(huán)境巖土工印程問題主要涉瓜及兩個方面。球一是地鐵建設(shè)縱中的施工降水希引起土層壓密削和缺彼失猛,頓導(dǎo)致地面及其寨周邊內(nèi)建筑隆物的沉降和變元形旋,殺地下管線的沉跡降和移答位稅,上乃至破步壞臨;稀二是由于地鐵遭施工對地下水論環(huán)境的影補(bǔ)響禍,清改變地下水的拉滲流路膊徑襪,捉污染水螺質(zhì)狼,穴改變地下水的初分布狀態(tài)。鳳(1莊)爪地下水引起地挺面的變形昆①可施工降水引起陸地面的固結(jié)沉?xí)兘祽c,那土層壓言密私,祖地表下朝沉圈,著該項沉降是施使工過程中不可彩避免的。沈陽遠(yuǎn)地鐵一號勿線赴1沫8功座車鏡站播,柔其中采用坑內(nèi)寶降水稀的寇4決座戒,棋坑外降水蕉的煎9驢座就,鼓坑內(nèi)、坑外相讓結(jié)合澤的秒4比座磁,恒坑內(nèi)降水和堵臟水相結(jié)合辰的象1熊座?？油饨邓m影響范圍求大獅,聾保證施工的前纏提清下猴,涼降排水量先大府,殃對地面及周邊脊建筑物的影響超比坑內(nèi)降水更耗大。例如青年枝大街站采用坑點外降笛水魯,饒降水深度藏達(dá)鑰16.5m龜,趟根據(jù)前期的研陰究本,皺初步確定其降櫻水影響半徑可歇達(dá)電150m綁,砍形成范圍較大政的降落漏檔斗垃,辨從而引起地面嚇及周邊墳建筑慈物的不均勻沉比降評,辣如受圖株4擱。示②溜在施工過程販中問,癢由于施工工藝榴及管理等問勇題餅,培造成地下水滲枯透作并用夜,純引起基底隆胡起挪,量流沙、流土等諒現(xiàn)象。降水過雁程拖中厲,介水流帶走大量留的砂義土畏,任引起土層缺匙失沒,饅造成土體坍塌攜、地面沉五陷吵;負(fù)由于動水壓力桶的作耕用促,帖造成連續(xù)墻接房縫處發(fā)生砂土觀流奔失胞,羽加大圍護(hù)寸結(jié)構(gòu)義外側(cè)土層的變須形萍;叔連續(xù)墻泥漿溝洗槽施工圣中向,盜地下水滲入溝據(jù)槽間,繳稀釋泥界漿有,絞降低泥漿的濃住度植,貧喪失護(hù)壁作北用屈,婚導(dǎo)致土體向側(cè)跡向變盛形稼,跪同時引起豎直液沉降變形遍等趕[8秩]爛。岡(2鵝)棋地鐵建設(shè)對地起下水的影響枯①楚施工期間產(chǎn)生宮的影響。沈陽拖地鐵一號線施時工降水范圍廣街、降水量大、咽歷時責(zé)長鄉(xiāng),蹈將在一個較長添時間內(nèi)形成施煙工降落漏莊斗夠,姐使地下水的動賀力場和化學(xué)場陸發(fā)生變熟化遵,巡引起地下水中蝦某些物理化學(xué)爹組分和微生物批含量的變蔽化山,密導(dǎo)致地下水的獄污染加牢劇星;栽沈陽地鐵一號皮線的張士站和民沈新路站臨近凝張士水源燕地例,侄這兩個車站及畫其區(qū)間的施工事降掌水翼,局將對張士水源我地的取水產(chǎn)生爪一定影暮響躬;活施工中為改善賀土體的強(qiáng)度和忙抗?jié)B能力采取權(quán)化學(xué)注鎮(zhèn)漿爸,牲施工產(chǎn)生的廢赤水、洗刷水、宅廢漿以及機(jī)械曾漏油闊等更,錘都可能影響地賓下水質(zhì)。柜②巡地鐵運(yùn)營期間衫對地下水的影烈響。地鐵沿線昌全部處于地下鏟水含水層既中步,華地鐵線路猶如包一道圍堰貫穿延沈陽東噸西非,板截住了地下水割的徑流路牢徑鞠,廳降低了地鐵附抱近地下水的徑余流速聽度旋,鍵使得地下水難扔以及時向渾河稅、運(yùn)河排榜泄隨,閑污染物不斷積學(xué)累喇,肺污染加劇。地恢鐵隧道對地下恩水的攔截作弟用瓦,鞏使僑隧道烏兩側(cè)的地下水辱位發(fā)生變左化缸,速迎水面水位壅禁高瓣,傾背水面下肌降虎,例影響城市供水掘及地表植物的獄生萍長稅,延進(jìn)而影響整個墾城市的芝生態(tài)刮環(huán)取境賞,羞這個影響是大撐范圍、長久棚的牛[9闊]元。沈陽地鐵一甩號線在東西部葛分別襯穿越新開河與虛衛(wèi)工明唱渠類,賭地下桑隧道愉的攔截作用將炭影響這兩部分筋水體的滲流路質(zhì)徑、補(bǔ)給量和它排泄量技。獻(xiàn)4結(jié)論捏地鐵工程建設(shè)展是沈陽自建市蠅以伴來此,助規(guī)模最大、工翅期最長、投資疊最多、社會效疲益最受關(guān)注的蜻一項基礎(chǔ)設(shè)施枝建設(shè)。地鐵在送改善城市晴交通膛狀招況灘,毛加快城市建繁設(shè)造,鼠促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展慕等方面都將發(fā)偏揮巨大作經(jīng)用盡,生同時還要用科晌學(xué)的觀點和方常法拍,淚將地鐵建設(shè)對單環(huán)境的影響降預(yù)到最浙小搶,繞做到科學(xué)設(shè)計反、嚴(yán)格管康理名;槳加強(qiáng)施工和運(yùn)弟營期間的監(jiān)往測昌,熄力求實現(xiàn)信息副化施燦工史;功保證安全施耕工情,殼減小施工對地杰面、圾建筑加物和地下管線屋的影鳴響珍,債做到防患于未沫然匆;煤盡可能減小地降鐵建設(shè)對城市臭生態(tài)趟環(huán)境的影響和裙破壞。參