地鐵建設(shè)中的環(huán)境巖土工程問題三

地鐵建設(shè)中的環(huán)境巖土工程問題分析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。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,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,圍護結(jié)構(gòu)主要有型鋼水泥土復合攪拌樁、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。2地鐵建設(shè)涉及的環(huán)境巖土工程問題技2.1囑威盾構(gòu)施工引起萌的環(huán)境巖土工脖程問題第狀極問題涉及的主燭要范痕圍窩:忌①賀盾構(gòu)在繁華市記區(qū)穿越高大陸建筑藍物的群輕樁壽;芹②書盾構(gòu)穿越地下吊管網(wǎng)交叉密集盡地槍區(qū)晚;逢③財同一地鐵區(qū)間銜上下行線盾構(gòu)渡同時或?qū)ο蚴﹦蚬ぞ驑s進廊;煩④鋸盾構(gòu)進出工作量井施工。炒途溜主要環(huán)境巖土掉工程問怠題兩:翻①材盾構(gòu)機掘進過湊程中改變了周詞圍土體的初始疊應仗力閑,伏破壞了土體的彼極限平衡狀漫態(tài)欲,灰引起土層的下粗沉滅,英造成地面及其岡建筑物的沉降纏和處于工作面皆上方土體中的挑各類管線發(fā)生猜沉臨降并,顫差異沉降過大窩將造成管線的闊變形和斷度裂傅,齊尤其是沈陽地捎區(qū)的供排水管巨線大都年代較添久納,徒腐蝕老化現(xiàn)象勉嚴酸重良,冊抵抗變形的能怖力降支低御,量一旦發(fā)生管線禮破多裂振,轟大量的水流入癢工作巨面半,霞將造成土體大嘴面積垮漲塌旁,覆后果將十分嚴衣重淘,截直接影響施工叛范圍內(nèi)羨建筑唯物和人員的安辣全。墻②業(yè)盾構(gòu)施工對土役體的擠壓和剪姨切作逃用丙,雹使土體的孔隙搜比減亦小抹,乞土體被壓艷密永,幫從而引起地表靜的下址沉用,疤在盾構(gòu)前方由諒于擠壓作恒用草,欲局部產(chǎn)生土體禿隆起。慌③格盾構(gòu)在進出工吵作井金時適,應經(jīng)常要采取降句水措造施它,邀降水使土層中灰的有效應力增亂加匙,者土層被壓岔密禾;己另肚外咱,闊由于周圍土體旱的不斷補剩給旱,騰在一定范圍內(nèi)例會產(chǎn)生動水壓弱力扎(山沈陽地區(qū)地下夸水埋藏旗淺接,世蘊含豐自富辜,哥水量補給腔大較,四施工降深軌大別,萬更易形成動水壘壓傍力鏈)于,短從而使土中有荷效應力進一步殲增閃加潤,啊產(chǎn)生土體主固志結(jié)沉降。對于疤西部張士站到愈黃海路站尚存內(nèi)在粘性土的次屈固結(jié)沉降。沿④裙盾構(gòu)掘進后土戰(zhàn)體處于應力釋腦放的狀澆態(tài)閃,殺如果盾尾空隙鍬充填不足和不棒及列時幻,閑將引起土體的繪下供沉淹[2~4俱]秋。虧桃鐘插盾構(gòu)掘進引起謠的土體變篇形書(敘地表位結(jié)移佩)正沿盾構(gòu)前進方疼向可以分為五鞭個不同的區(qū)哲段盆,殿見饒圖溝1鍋。腳2.2慈治基坑開挖引起涉的環(huán)境巖土工銷程問題節(jié)殃嶼沈陽地鐵一號肚線談有賞1斬0笨座車站采用明赤挖法施工。深姿、大基坑的施服工產(chǎn)生的環(huán)境幟巖土工程問搶題杠,芽主要表現(xiàn)為土確層的沉降和變送形。由于土層餓的沉降和變形冶使地表及其周匪邊綿建筑朵物產(chǎn)生沉降、極開裂和傾軍斜綠,訊地下管線發(fā)生洪側(cè)移、沉降和乘開裂。譽絕嘉上述問題的出翼現(xiàn)主要涉及以器下幾個方甩面犯:數(shù)法(1蜓)筐基坑圍護凈結(jié)構(gòu)側(cè)的變形固董能基坑開挖過程腹中神,放圍護墳結(jié)構(gòu)曾主要承受水平艇方向的土壓廚力蔑,姿產(chǎn)生向基坑方蕉向的水平位暑移疼,隱從而使坑外地坦表發(fā)生變墨形準,資并且隨著開挖眉深度的增蘇加犯,嶄地表變形的范涂圍增減大筋,蜘最大變形量增乎大。當基坑周灣邊作用有不均連勻超載載昌(市例如在基坑周者邊分布有天然孕地基或經(jīng)淺層栗處理的建構(gòu)筑除物艇)勤,拘也將引起土體卻的側(cè)向位筍移旁,純并且隨著超載盼量的增讀大市,超側(cè)向位移量增化加。同時隨著香開挖的不斷進挎行著,位樁體側(cè)向位移及也將增加。描圖醬2身為沈陽地鐵某趙明挖區(qū)間實測制圍護樁水平位禿移曲冠線計,珍圖參3志為某圍護樁鋼鐮管支撐軸力變秩化曲線。悅婦(2企)疊墻外土體的的撇固結(jié)沉降耽擾杰基坑圍護存結(jié)構(gòu)達的外側(cè)地面上開擁有不均勻超掀載豐,捆漢引起土體的豎謎向固槽結(jié)少,蝕造成地表下把沉統(tǒng),訂并隨著超載量梁的增加沉降量睬有所增加。深塵基坑工程一般培都需要進行施拳工降婆水餅,可以保證作業(yè)面蛋干曾燥遲,強改善土體的工悄程性質(zhì)。但掀是莊,津無論是坑內(nèi)降偉水還是坑外降春水盯,抹都將引起坑外堂土體中孔隙水已壓力下食降暑,稍有效應力增宴加隱,輕使土體產(chǎn)生固痕結(jié)沉降。隨著站距基坑距離的鄙增拖加岡,琴沉降量減汗小宗,常使位建門(榮構(gòu)流)溉筑物產(chǎn)生不均年勻沉降?？油饪偨邓鸬某临F降量和影響范道圍都遠遠大于杏坑內(nèi)降榆水坊,掀因此條件允許通的情況肺下祖,黨應優(yōu)先考慮坑奧內(nèi)降瘦水泛,屢減少土層的固鞋結(jié)沉降量。穴俊(3還)似基坑坑底隆起讓變形瓜賭溝坑底隆起通常歲是指在軟弱粘眨性土紀中版,槽連續(xù)墻背面的呆土壓引起基坑戀底面的滑動破衡壞現(xiàn)象。在砂恭性土撲中染,冰因上下土層透漫水性相差較倦大鵝,傾基底處土質(zhì)的猾相對透水性叼低恭,屆土層重量小于哥浮老力蜻,子亦會產(chǎn)生基底謊隆兼起鄰[6衰]涉。因此盡管沈掃陽的地層多為己砂性及土醉,宰坑底隆起變形愁仍是沈陽地鐵仆施工中應加以馬關(guān)注的一個問安題。封秒項坑底隆起變形異主要由以下幾療個因素產(chǎn)廣生形:貪由于坑內(nèi)土體買的挖輩除謝,肢坑底土的自重易應力釋齒放鉛,倚向上回不彈統(tǒng),傻土體產(chǎn)生松弛步和蠕賭變口,疑基底隆拐起傍;盲坑內(nèi)的卸顧載泥,或使圍護逐結(jié)構(gòu)巷在上密面居(1核)膜所述的多種原煉因共同作用賤下俯,層產(chǎn)生向內(nèi)的位醒移革,筐在坑底范圍命內(nèi)救,藝向基坑方向擠干壓土通體神,蕉造成坑底隆胃起聯(lián);彩由于施工管理伴不善、基坑開材挖后擱置時間炒過長、降雨等釣原因造成作業(yè)鄉(xiāng)面大量積舞水牌,恭土體吸水膨霜脹涌(導尤其是粘性土桃、軟粘土和膨鋼脹性雷土朋)比,慈引起坑底隆起怠。闖飯(4獨)稍流沙和管涌問集題臭動惡基坑施工過程歡中由于施工降踏水的作昏用寬,嘉造成坑內(nèi)外水水頭芳差壺,裳產(chǎn)生因動水壓霧力引起的滲流烈破族壞叫,遠主要表現(xiàn)為流川沙和管涌。該憑種破壞更多的超出現(xiàn)在砂性地懸層并中言,醉因此沈陽地鐵惱施工應給以足列夠的重視。乒侍板當基坑以下的充土層為疏松的暑砂土筍層晌,揉當滲流作用產(chǎn)配生的動水力坡禁度大于砂土的埋極限動水力坡鹽度啊時穿,貌土層將失去穩(wěn)灌定佩,羨而處于懸浮狀元態(tài)夾,觀并在滲流水壓申力的作用下脫放離平衡位世置品,屬從基底土中流溝出。流沙嚴重迫的時練候蹈,振將引起基坑塌掛陷和地面下沉錦。鍛太癢當土層中的細靈小顆粒被滲透丹水流帶弱走惹,燙在滲流口形成廢空略洞碰,紛進而逐漸形成刃水流集中的管壺道浴,纖滲流及其攜帶晉的泥沙從已形給成的管道涌座出裁,灣形成管涌。管吃涌使土層變劉松攝,服孔隙增慚大革,累土體強度降蔥低無,鋤從而導致坑壁苦失穩(wěn)腔。絕羨寨政砂層、砂礫層推地基的施工是停近年來閉隧道搬施工面臨的重瓜要地質(zhì)問題。均關(guān)于含水砂層投的穩(wěn)定性判斷虜可參考無表夢2[7青]資。悠厭暈(5杏)糖其他相關(guān)問題穩(wěn)蘇帽除上述引起土匆體變形和失穩(wěn)奇的主要因素駁外晌,戚在地鐵設(shè)計和儲施工過程中還萍應該考慮下列聰相關(guān)問做題蹤:藝由于管井降水曲帶走砂土及地樸下連續(xù)墻墻體偽接縫處砂土流炭失等造成地層貫損藏失嚴,恢引起沉熊降相;尋由于施工中開扭挖面暴露時間豈過式長代,戚一次性開挖范董圍過遮大老,途未能及時支護外等原砍因急,客造成土體的滑荷落、流失。表2.3沃犯與地下水相關(guān)脖的問題熱顛蓋沈陽地鐵全部秋線路都埋藏在語地下水位以水下巾,合全線砂層、砂因礫層分布厚度傻大、水量豐富追、降水深度秩大鏟;潤地鐵本身又具冊有點多、線長罩、施工時間長遍的特庭點備,錫地鐵一號線穿叼越鐵西廣場、藏沈陽站、中街法等多個商業(yè)誼區(qū)石,拔周邊多種型式念的徑建筑樂物林間立因,使地下管線密檢集午,供因此與地下水淡相關(guān)的環(huán)境巖扮土工程問題是濁沈陽地鐵建設(shè)哨的一個不容忽他視的關(guān)鍵問題傳。答打巧與地下水相關(guān)蛋的環(huán)境巖土工線程問題主要涉沿及兩個方面。紹一是地鐵建設(shè)裹中的施工降水獲引起土層壓密揉和缺斬失例,貌導致地面及其匠周邊傭建筑齡物的沉降和變號形攔,做地下管線的沉燭降和移述位菜,只乃至破輛壞凍;桿二是由于地鐵忌施工對地下水菠環(huán)境的影心響摸,摔改變地下水的視滲流路袋徑串,不污染水蕩質(zhì)拌,執(zhí)改變地下水的潤分布狀態(tài)。繩蜓(1麗)徑地下水引起地貍面的變形武求①郊施工降水引起踢地面的固結(jié)沉早降藝,賭土層壓輛密奮,吸地表下桌沉重,裝該項沉降是施引工過程中不可睜避免的。沈陽若地鐵一號喚線地1屯8售座車鋪站往,為其中采用坑內(nèi)營降水籮的擋4輛座壞,灰坑外降水醋的歉9擔座拜,宴坑內(nèi)、坑外相行結(jié)合中的縱4蠟座暗,犧坑內(nèi)降水和堵敏水相結(jié)合包的既1尼座?？油饨邓疂嵱绊懛秶蠓?么保證施工的前剖提驟下懷,撲降排水量孟大拍,類對地面及周邊咽建筑物的影響鄰比坑內(nèi)降水更略大。例如青年遣大街站采用坑飛外降高水疫,喘降水深度達韻16.5m何,共根據(jù)前期的研狂究邪,本初步確定其降態(tài)水影響半徑可拍達醬150m許,柄形成范圍較大片的降落漏苦斗蓬,抵從而引起地面鬧及周邊賭建筑咸物的不均勻沉柜降館,漫如疏圖那4墊。屠涂②必在施工過程暢中討,醫(yī)由于施工工藝宮及管理等問鍵題損,脊造成地下水滲王透作話用湊,奇引起基底隆念起憤,匹流沙、流土等馳現(xiàn)象。降水過塞程襯中準,夜水流帶走大量挖的砂鍋土淺,名引起土層缺仔失績,部造成土體坍塌影、地面沉淡陷卵;胃由于動水壓力徹的作警用算,微造成連續(xù)墻接寨縫處發(fā)生砂土末流御失社,薪加大圍護君結(jié)構(gòu)難外側(cè)土層的變注形春;鉗連續(xù)墻泥漿溝硬槽施工盤中爆,游地下水滲入溝議槽蘋,糕稀釋泥押漿懼,恭降低泥漿的濃躁度社,創(chuàng)喪失護壁作認用惰,填導致土體向側(cè)睡向變紡形線,攜同時引起豎直杰沉降變形西等討[8港]礙。錫羅(2尺)律地鐵建設(shè)對地為下水的影響壁凱①窩施工期間產(chǎn)生漁的影響。沈陽烈地鐵一號線施侮工降水范圍廣針、降水量大、鋪歷時拼長姿,寫將在一個較長奶時間內(nèi)形成施戶工降落漏揮斗男,拐使地下水的動請力場和化學場誘發(fā)生變懇化泊,衫引起地下水中脅某些物理化學即組分和微生物燭含量的變錄化咳,歲導致地下水的謝污染加隔劇慕;框沈陽地鐵一號離線的張士站和晴沈新路站臨近戚張士水源月地去,搖這兩個車站及搶其區(qū)間的施續(xù)工降斧水記,財將對張士水源尺地的取水產(chǎn)生派一定影煙響宮;勾施工中為改善墻土體的強度和蓬抗?jié)B能力采取歌化學注置漿枝,譽施工產(chǎn)生的廢嚴水、洗刷水、喚廢漿以及機械車漏油織等梳,躺都可能影響地尚下水質(zhì)。妹勒②丟地鐵運營期間蔽對地下水的影唇響。地鐵沿線汪全部處于地下蒜水含水層詢中妙,貓地鐵線路猶如擁一道圍堰貫穿住沈陽東尾西農(nóng),挺截住了地下水球的徑流路必徑妹,友降低了地鐵附順近地下水的徑菜流速館度禍,身使得地下水難金以及時向渾河穿、運河排妖泄宅,彼污染物不斷積硬累除,劈污染加劇。地董鐵隧道對地下燦水的攔截作討用翻,鋼使職隧道杠兩側(cè)的地下水聽位發(fā)生變聾化最,沾迎水面水位壅醒高急,沾背水面下歉降智,繡影響城市供水騰及地表植物的酒生辱長化,皆進而影響整個雙城市的測生態(tài)捷環(huán)剖境蚊,番這個影響是大染范圍、長久架的扯[9銅]堂。沈陽地鐵一游號線在東西部談分別穿越新開束河與衛(wèi)工明于渠動,振地下績隧道已的攔截作用將術(shù)影響這兩部分膛水體的滲流路窯徑、補給量和身排泄量幫。辟4結(jié)論綁挎咬地鐵工程建設(shè)喬是沈陽自建市除以爸來壩,降規(guī)模最大、工多期最長、投資掌最多、社會效急益最受關(guān)注的邪一項基礎(chǔ)設(shè)施態(tài)建設(shè)。地鐵在莖改善城市惑交通打狀浪況規(guī),胳加快城市建狠設(shè)布,麗促進經(jīng)濟發(fā)展纏等方面都將發(fā)黃揮巨大作瞎用全,里同時還要用科周學的觀點和方蝴法銳,慕將地鐵建設(shè)對陳環(huán)境的影響降打到最記小皆,霉做到科學設(shè)計鄉(xiāng)、嚴格管直理黎;響加強施工和運禽營期間的監(jiān)兼測將,藏力求實現(xiàn)信息慕化施費工毯;荷保證安全施鏈工墳,戲減小施工對地汁面、預建筑扮物和地下管線員的影五響飽,盾做到防患于未鉤然獄;酬盡可能減小地牛鐵建設(shè)對城市厲生態(tài)萌環(huán)境的影響和董破壞。