某市地裂縫與地鐵工程

某市地裂縫與地鐵工程長安大學二○○七年九月

某市分布有14條地裂縫，成為聞名世界的特殊城市地質災害，對建筑物、道路、管線的破壞性極大，地面建筑物一般采用避讓法防治，而即將修建的某地鐵2＃線將穿過11條地裂縫和兩條次裂縫，無法采取避讓措施。1.前言這些地裂縫對地鐵隧道可能產(chǎn)生什么危害?采取什么樣的結構措施才能防治這種工程病害？這是迄今為止國內外地鐵建設中還沒遇到過的問題。

面臨這一世界性難題，我們在中國地調局支持下，開展了地裂縫對地鐵工程危害的大型物理模型實驗，以及地裂縫活動環(huán)境下地鐵工程的變形破壞模式及防治對策的研究工作，為某地鐵工程設計提供了一系列重要參數(shù)及方案，達到了國土資源大調查項目為國家工程經(jīng)濟建設服務的目的。世界性難題某市地鐵二號線與地裂縫位置分布圖錯斷Q4底界S0(1.2萬年)

0.2m(埋深1.5m左右)錯斷Q3底界S1(12.8萬年)

2.5m(埋深13m左右)錯斷Q2底界S8(73萬年)

35m(埋深約75m左右)某市地質剖面簡圖

14條地裂縫總體走向均為北東60—80o，傾向南東，傾角約為80o。平面形態(tài)呈不等間距近似平行排列。每條地裂縫的延伸長度可達數(shù)公里至數(shù)十公里。地裂縫都發(fā)育在特定的構造地貌部位，即梁崗的南側陡坡上，梁間洼地的北側邊緣

2.1地裂縫的基本特征2.某市地裂縫的基本特征及工程危害。地裂縫大多由主地裂縫和分支裂縫組成，少數(shù)地裂縫則由主地裂縫、次生地裂縫和分支裂縫組成，平面上分支結構較復雜。F6地裂縫平面展布圖地裂縫分枝破裂形態(tài)F11地裂縫探槽展示圖

地裂縫的活動方式為蠕動，主要表現(xiàn)為主地裂縫的南側（上盤）下降，北側（下盤）相對上升。次生地裂縫則表現(xiàn)為北側（上盤）下降，南側（下盤）相對上升。地裂縫的垂直位移具有單向累積的特性，隱伏地裂縫的斷距隨深度的增大而增大。地裂縫在剖面上的形態(tài)一般為上寬下窄的楔形，主干地裂縫與次級地裂縫在剖面上的組合形式大致概化為階梯狀、“y”字型和追蹤式地裂縫剖面形態(tài)汽車學院基坑西壁F7地裂縫汽車學院基坑東壁F7地裂縫建筑物受損和破壞2.2地裂縫的工程災害特征道路受損橋梁受損橋梁錯開橋面開裂道路損壞農田毀壞車間遭到破壞地下管道破壞地裂縫錯斷翠華路供水管道造成突水渭河電廠南部渭河斷裂帶次級破裂黃渠頭起土場黃土中的活動斷裂研究表明，某地裂縫是在隱伏于黃土層中的構造破裂面基礎上形成的，現(xiàn)今超?；顒又饕且虺傻叵滤?。2.3某地裂縫成因分析3.地裂縫對地鐵隧道危害的基本模式某市地裂縫的水平位移量很小，某市地鐵工程可以不考慮

地裂縫水平活動的影響;某市地裂縫的垂直活動產(chǎn)生的垂直位移具有隨時間單向累

積的特征，它對地表和地下的建（構）筑物產(chǎn)生的破壞相當于緩慢的地基失效;地裂縫對地鐵的影響可以等效于地鐵在靜力作用下的變形，靜力荷載大小相當于地裂縫下降盤地鐵重量和上覆土體重量之和;地鐵設計時還應當考慮外部荷載的疊加，外部荷載包括地面交通荷載、地鐵列車荷載以及地面施工荷載、地震荷載等。地裂縫破壞人防、窯洞西北工業(yè)大學人防地道裂縫沿北東東向延伸，縫寬0.1-1cm，垂直錯開明顯臥磚坡道開裂，縫寬3.5cm，垂直錯距2.5cm，顯示垂直張扭性特征地道西出口處的拱墻開裂窯洞開裂合理確定百年內垂直位移量合理確定地裂縫地段設防長度隧道整體與分段式物理模擬試驗4.地裂縫活動引起地鐵隧道變形破壞的防治對策地鐵退二號騰線與宋地裂績縫交詠匯點漢處地菌鐵設痰計用蓬地裂射縫最茂大垂額直位吉移量

編號位移量（預估極限值）278141500500500462275223500500根據(jù)草某地賢裂縫爆長期高觀測腳資料宰的分麻析研休究，戒確定尖在地捐鐵百殿年壽符期內愚，地帆裂縫乳最大卻垂直司位移呀量可盯按下始表進福行設說計取鮮值。醉建議陣每一刺條地芽裂縫晝地段脖均按暴50蠢0m優(yōu)m設掏計垂治直位勿移量蝴。4.嶺1贈合理羅確定反百年賭內設屠計垂碎直位呆移量短水閣準剖脫面測從量結處果表遣明，園在地須裂縫釋的兩潔側有熊一定迎寬度轎的變搖形帶剃，該炸變形爛帶是喘由地色裂縫炭帶活法動造夠成土悉體破輛裂而鍋產(chǎn)生捏的，匠該變晃形帶隆稱為番地裂蔬縫的慎影響咱寬度殲。地裂章縫影城響寬店度短爐水準急測量竿結果刮圖1992年1993年1997年1996年1995年1994年S裂縫設防帶避讓帶設防帶4.妥2敵地裂虛縫地搭段設平防長掛度地鐵蓄二號匯線與碼地裂誕縫交桃匯點魔處的鋤影響法帶寬刑度

編號寬度（m）f2f3f5f6f7f8f9f10f11f12地鐵設防長度38.852.349.047.0（40.0）47.062.052.0（41.5）39.044.042.0據(jù)此泳確定刷地鐵油二號口線與校地裂帽縫交惑匯點淚處的脈影響呼帶寬輪度根據(jù)彈某地稈裂縫爬場地盲勘察激與工崖程設角計規(guī)姥程（慢DB撒J6您1-判62荒00舍6）鑄及數(shù)導值計雪算結會果，夜取地待裂縫待地段租設防破長度圣為6稈4m坊。采用趟比例建尺1噸:5殖的整教體式夸閉合趟框架寧結構卵模型艇，研使究某劍典型誓地層蘋埋深乘20省.0漁m范編圍地票裂縫渡活動恢對整濟體式售閉合賀框架掙結構廁的影量響規(guī)盒律，局包括診土與幫結構圾接觸衰壓力稍、結滋構附構近土須體內齒應力矩和變嶄形情培況。確定于閉合咳框架降結構癥的受筒力模萬式，吸為地偵鐵穿面過地皺裂縫穗地段敲的結匹構措堤施提騎供科撓學依嚇據(jù)。大型點單層桂閉合點框架聽隧道見結構符的模刷型試仿驗4.滿3早地裂侄縫對胞地鐵冰隧道良危害御的大累型物喊理模蛋擬試但驗模型旺試驗錘裝置漲與原死理試驗邪平臺：該襖模型落試驗躲在長拒安大艱學大物型地騰基沉翻降模悅擬試臣驗平塞臺上趟進行逃。該物試驗捆平臺才的試主驗有啊效面壁積3伐20眾m2（1天6m叫×2昨0m嫁），蔽最大湊沉降妹量3嗽0c炎m。蘭試驗鞏系統(tǒng)武共有芳三個盈子系純統(tǒng)組秋成，欺依次蔥為：窗①升涌降系送統(tǒng)，記由1碰38乳個變恭速螺順旋式盜電機殼和量揪程為委10芽0t友的千酒斤頂散組成撥；②姨支撐恒系統(tǒng)排，包跪括自姓鎖式子支座喬（含削節(jié)點宅、托請盤）淹以及師23槐0塊秀三角時形活傅動面棍板；露用于水銜接黨千斤截頂與扮面板斥以及若模擬誕地基壤沉降約；③肉控制日系統(tǒng)跨，由叢工控宴機和帶若干蘇傳感窯器（題位移令傳感滾器）寶組成站。試驗矩平臺競系統(tǒng)控制愛系統(tǒng)試驗蘭平臺忽全貌模型鍋立體屠示意散圖試驗逮模型貸地層嚇剖面狀圖結構泡模型樂試驗試驗搏原理煤：為?？脭M具打有正尤斷層蓬性質稀的地女裂縫侄兩側介土體抽活動掀引起弄地鐵譯整體兇式閉錦合框挪架結吩構受烤力變拴形機迎制，渠本次幫試驗供模型瀉一端服跨試曠驗平貸臺，青一端腎跨原謀始地括面，既人為湖控制款試驗管平臺紛的整組體下址降，串以考呈察整肆體式延閉合駝框架珍結構燭的受灰力變貨形直銹至破已壞情持況以賽及土亦體中仔裂縫庸的破擠裂擴今展情憐況潤。模型通試驗縣設計相似攜關系香：以幾跟何相州似比鋸CL＝1敵和重仇度相治似比州Cr＝1販為基應本相辭似比辯，根炸據(jù)相衫似理農論推姐得各油物理工力學飼參數(shù)冠原型付值與武模型耍值的品相似踏比如剪下：欠泊松浴比、擔應變芬和摩泛擦角華相似祥比Cμ＝Cξ＝Cφ＝1毫，強孕度、鐮應力汗、粘耽聚力聽和彈妄性模抹量相埋似比難為CR＝Cσ＝Cc＝CE＝1夠。圍巖害的模點擬：模型傅土取覽某地格區(qū)黃擔土，腳與原粗型土蘭基本遣相同情，可惕以較都好地墻滿足亭結構歐模型太試驗晴中模遮型土象與原忌型土繞各物挖理力肅學指眨標相暴似關德系疊。整體族式閉昆合框階架結敬構的堅模擬夜：根據(jù)承幾何且相似款系數(shù)番＝5利，閉童合框戶架結御構模燙型尺炕寸為掩：1舉0.伴0拖×1珠.2貓10藏×1獵.3言02離m（公長×災寬×適高）尋，壁移厚0賣.1隙2m罵。結懂構模偉型材無料采節(jié)用鋼筑筋混腎凝土弄?；祜嬆亮浜闲奖葹槟模核湍啵簤m水：蝴粗砂框：卵覆石=妥1：碗0.很4：迷1.草4：薦2.洲6岸。分段低結構北的連悄接處祖用5英cm錘厚的償高彈央橡膠填和環(huán)乒氧樹仁脂連蚊接，陰在接剛頭內難側用巡壽鋼條敲和膨激脹螺胸栓將鼠止水免帶矩形前閉合雅框架如結構依模型測點宗布設鋪和量渾測儀紋器1）槐沉降前位移瞧計的綁布設沉降膽杯及諷埋設2）眉土壓應力盒屋的埋慣設3）互應變驅片的或布設應變鋸片量每測系樣統(tǒng)鋼筋沈上布仔設應伙變片整體挎閉合統(tǒng)式框莊架結偷構結緣瑞果及饞分析1）顫土體警沉降孝變化雷規(guī)律-2嘆.0-1途.00.舞01.佳02.雁03.培04.嗓05.搞00.禽05.脈010編.015幕.020蠢.025腥.0位錯繞量2掃0c芝m位錯堂量2閉4c缺m下盤裂縫上盤沿地葡鐵結膚構縱汽向，酸地裂本縫的俗變形逃模式資基本給與以纖往水艙準測機量結劃果一墻致。開挖亂后土允體縱憶斷面煤圖（仗鏡像豎南）-5-4-3-2-1012345-30000-25000-20000-15000-10000-5000050001000015000初始值沉降4cm沉降10cm沉降16cm沉降24cm沉降20cm結構蝴南側ZS敘2測線責縱向固應變誘曲線-5-4-3-2-1012345-30000-25000-20000-15000-10000-50000500010000結構合南側ZN益3測線牙縱向箏應變肅曲線2）祝結構借受力靈變化瘦規(guī)律-5-4-3-2-101234-30000-25000-20000-15000-10000-500005000初始值裂縫上盤下盤L(m)沉降2cm沉降6cm沉降12cm沉降18cm沉降24cm結構侍頂部豬ZS露1測萬線應居變曲治線-5-4-3-2-1012345-20000-15000-10000-50000500010000初始值沉降2cm沉降8cm沉降14cm沉降20cm沉降22cm結構冶底部喬ZD灰S測表線縱廁向應買變曲佛線3）愧變形勸破壞倆模式結構洽變形嗽破壞蛛圖對結構殃內部郊側壁彈裂縫攻圖結構曾頂部雕裂縫抵圖結構南側壁裂閑縫圖結構北側壁裂貓縫圖分段般式閉妻合框奶架結巖構結件果及般分析0.朗000.和801.侵602.振403.惡204.嗚004.陽802.靜002.丟503.謙003.返504.恨004.乒505.湊005.棒506.濫00L(臉m)△ε泳(×捉10恥)-3初始稅值2c違m6c象m10秘cm14辦cm16弄cm18咐cm20相cm0.覽000.件801.識602.原403.隔204.偵004.車805.基602.五003.冊004.隊005.轟006.高007.星00-3L(牲m)初始電值2c禍m6c嫌m10壺cm14墊cm16麗cm18鋼cm20酬cm△ε洽(×廉10抵)地裂弟縫下催盤結任構側壁測線飛縱向欄應變說曲線地裂閣縫下然盤結勞構底板測線暮縱向滅應變安曲線0.買801.踏602.伶403.勸204.毒004.陸801.道002.亦003.摧004.簽005.先006.級00-3L(拳m)初始關值2c秩m8c劑m12撲cm18畏cm24巨cm△ε鍛(×盛10故)地裂揚縫上副盤結嫩構頂部測線頓縱向福應變望曲線0.損000.芽801.沃602.軍403.沾204.油001.趴002.齒003.蚊004.瘦00-3L(笨m)初始后值6c裙m10世cm16界cm18辜cm20到cm22中cm24把cm△ε綱(×插10佛)地裂騎縫上怖盤結槍構底板測線獻縱向呼應變幻玉曲線分段刮設縫司的隧液道結殊構的惰變形輪主要于局限灣在變襲形縫乖上，朋上盤憂隧道認沿縫斥下降查18期cm丟，橡玻膠止演水帶謀被扭逃曲剪鮮破；命上盤駝隧道減中的宜軌道誼懸空揀15窩cm總，隧枝道其么他地私方未悠見破標壞；壘下盤臺隧道款反翹塊脫離得底部降土體建5-辜8c哥m。模擬鉛結果姥表明分段沒式結瘦構之悟間的隸相對祥位移弄(鏡帖向:黎北)蹦－暫－結緣瑞構完莖好無幸損分段廉式結吐構接哪頭處百止水愧帶的命固定牽與撕筍裂狀騎況軌道犁調整蠢的模辛擬PV煤C管（L旱=4煎m,客D=縣10周0m窗m）應變鐮片應變蹄片連接使監(jiān)測蔽線路跨地智裂縫鋪埋設很的P兇VC盈管道吃斷裂蜂情況眠及素您描圖整體構式馬吵蹄形奪隧道筒模型分段幅式馬梯蹄形墊隧道升模型燥澆注跨地桑裂縫稱地段畜馬蹄貞形隧幣道結杜構的濱破壞煩性試職驗正在郊實施川的盾機構隧疾道模橡型實雜驗盾構意法圓逢形隧滋道的鉆三維豆模型忽及橫滿斷面摩圖地裂洋縫的沉活動提在土撞體中收產(chǎn)生泉何種依效應宏、土屯體的第下沉蔥會對貼隧道暫結構竊造成罪何種糟影響吉等，嫌是一晉個復傳雜的爭土與幻玉結構懸相互腿作用歐的問箏題。地鐵煩有限烈元仿跌真模栽擬及遙結果4.徐4究隧道胡變形仆破壞農模式泉數(shù)值泊分析模型灑材料圣計算殲參數(shù)隧道為襯砌鍵位移粗云圖燃（變侮形×索50妙）襯砌餐相對屢沉降襖量曲豈線隧道芹襯砌灣縱向低應力逆云圖襯砌塔縱向奪應力醉云圖掛橫斷色面計算極模型匙及模毅型尺束寸同樹有限惹元計香算模指型離散龜元仿蹈真模失擬及攝結果不同朝錯距高時襯濟砌縱妻斷面拖壓應肆力曲擱線材料參數(shù)不同紐奉錯距劍時襯砌暖縱斷毒面的變祖形曲形線不同幫錯距乓時襯寨砌縱漿斷面扔拉應扯力曲污線結構盤措施辛原則跨地群裂縫差地段脆地鐵單隧道資結構倆的受橡力分善析－蠟結構繡荷載財法擴大弦截面弟的淺跑埋暗材挖法稻馬蹄喚形隧統(tǒng)道分閣段結奏構數(shù)酒值分畫析淺埋豬暗挖舒法馬霜蹄形童襯砌勁結構患的接頸頭方印案4.朵4銜地鐵惠區(qū)間默隧道奧穿過懶地裂奧縫的密結構燦措施氧研究結構釋措施壁的基愚本原于則是痛“分達段處螺理、嘴柔性扛接頭葡、預瓶留凈空、途局部汁加強筍、先份結構聰后防界水”壺。地裂鴉縫的糕活動妥是不脊可抗潮拒的農，因籠此，策區(qū)間院隧道端穿越正地裂縫產(chǎn)宜采捷取分愧段處鈴理，地裂褲縫主怪變形傲區(qū)為10予m，是主壁要的設敬防區(qū)容，建液議按10舌m進行雀隧道渣分段,微變簡形區(qū)古雖然勻存在地些裂縫群沉降夏變形細的影欄響，甚但其拆垂直尿形變同僅占崖總變遵形量的10禁%-認20尖%,微變剝形段昨按10必-1頭5m進行稀分段劈燕。每段饑隧道侍結構語接頭息應采誤用柔垮性接總頭，止同時碰局部童擴大功隧道斷算面預斜留凈敞空，閘局部夏加強充確保南襯砌凳結構塵強度到。結構混措施習原則馬蹄瘡形襯栽砌斷乓面圖地鐵恩二號時線經(jīng)車過地充裂縫迅地段哪隧道底結構蘋主要朝采用鑰淺埋開暗挖省法施檢工的資擴大設馬蹄儉形襯妹砌斷次面?？绲孛┝芽p灣地段非地鐵聯(lián)隧道扎結構氣的受振力分露析－趕結構泊荷載獻法地裂饑縫地邁段地凳鐵隧肆道結劑構沿訓縱向超分段夏示意義圖隧道志結構醉在地扮裂縫璃地段興采取許分段飾處理繩，在圖主地買裂縫窮上盤年取長蠅度1野0m近的2膠段，隔下盤矮在地梢裂縫疲附近格取1妄0米樂長一腳段，糞其余學每段擱長1發(fā)5m貿。跨地笨裂縫件地段爹地鐵渣隧道益結構榨的受超力分竄析－響結構危荷載勢法半無著限空及間的擴彈性肢地基砌梁模引型懸臂涂梁模隙型兩端匠支撐殘中間終脫空慨的地溫基梁某模型兩端嘆支撐伙中間斃未完幕全脫商空的喇地基纖梁模買型跨地釣裂縫補地段唉地鐵盼隧道串結構丹受力聾分析布－結圍構荷氏載法根據(jù)濁地裂版縫的俊活動曬情況猛、地賢裂縫潑與地葡鐵隧錢道的泄相互岸作用少，本姐次計予算大證致分昂為如櫻下四韻種分激析計舒算模帝型：計算沙結果叨分析當?shù)胤e鐵隧撈道通扶過變何形很款小的即地裂荒縫地手段時煤地鐵虎設計穿宜采盟用長奶度L=篩10以.0未m的隧釋道結釣構。當?shù)鼐髓F隧繞道穿猾過活演動強雁烈的襲地裂卡縫地凡段時某，一昏旦在臉地裂筒縫上倉盤主片變形附區(qū)隧香道結相構完何全脫議空，彩不管哈隧道溪結構部采取華分段傅處理瘦的何蓬種長柿度形睬式都偽不會廢對結苦構內辜力有底所改該善。當?shù)卦阼F隧漏道穿自過活謠動強找烈的英地裂仔縫地槽段時蘇，隨壞著脫貫空區(qū)識的增拖大，消隧道暗結構困內力破明顯穴增大白。因戴此，樂應加澇強地廁裂縫業(yè)強烈施活動先地段則的地葛鐵隧昌道底日部脫騾空區(qū)樹的監(jiān)嗚測，嚷同時翼在地摘鐵設能計時揪隧道鍬結構醉內部濫應預揮留注賭漿孔撓，以湯便出量現(xiàn)脫守空時歷即可涉注漿攪加固穩(wěn)處理達，防幫止脫排空區(qū)捏的進咽一步慮擴大失導致抱隧道隊結構充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