地鐵建設中的環(huán)境巖土工程問題

地鐵建設中的環(huán)境巖土工程問題分析摘要:地鐵工程是一項建設規(guī)模大、工期長、投資多、社會效益倍受關注的工程。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],其中沈陽地鐵建設涉及到的就有10處之多。本文就沈陽地鐵建設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地鐵建設涉及的環(huán)境巖土工程問題2.1

盾構(gòu)施工引起的環(huán)境巖土工程問題問題涉及的主要范圍:①盾構(gòu)在繁華市區(qū)穿越高大建筑物的群樁;②盾構(gòu)穿越地下管網(wǎng)交叉密集地區(qū);③同一地鐵區(qū)間上下行線盾構(gòu)同時或?qū)ο蚴┕ぞ蜻M;④盾構(gòu)進出工作井施工。接主要環(huán)境腫巖土工程獵問液題縮:銷①蓋盾構(gòu)機掘患進過程中反改變了周壽圍土體的皇初始應瓣力吩,早破壞了土丹體的極限擾平衡狀患態(tài)祥,偉引起土層揉的下籌沉笑,尚造成地面賀及其建筑會物的沉降拴和處于工吸作面上方始土體中的就各類管線功發(fā)生沉覽降央,基差異沉降倍過大將造騎成管線的米變形和斷膚裂屯,哄尤其是沈搭陽地區(qū)的旋供排水管常線大都年買代較坦久竊,疤腐蝕老化壯現(xiàn)象嚴牙重解,染抵抗變形扇的能力降缺低補,漫一旦發(fā)生鬧管線破挪裂鹽,孕大量的水葬流入工作襯面埋,界將造成土怖體大面積困垮叛塌介,將后果將十降分嚴色重凳,梁直接影響僑施工范圍言內(nèi)草建筑銀物和人員沙的安全末。鍛②劇盾構(gòu)施工撕對土體的獻擠壓和剪售切作障用堅,責使土體的爆孔隙比減機小級,乏土體被壓熔密朽,有從而引起沾地表的下悼沉抓,草在盾構(gòu)前贏方由于擠谷壓作里用抄,牽局部產(chǎn)生手土體隆起慣。遺③聯(lián)盾構(gòu)在進糕出工作井罷時弦,劣經(jīng)常要采揮取降水措肺施爽,困降水使土米層中的有殺效應力增雄加膜,單土層被壓將密揭;伸另燃外砍,僚由于周圍添土體的不差斷補昌給鑼,跨在一定范塘圍內(nèi)會產(chǎn)廊生動水壓巷力徒(愿沈陽地區(qū)過地下水埋友藏獨淺游,旁蘊含豐曾富款,脅水量補給汗大獄,賴施工降深鑒大燙,綢更易形成腦動水壓瓜力驅(qū))船,袋從而使土碌中有效應匠力進一步頓增功加住,衰產(chǎn)生土體誕主固結(jié)沉筐降。對于和西部張士筑站到黃海其路站尚存鎮(zhèn)在粘性土嗚的次固結(jié)起沉降群。撞④跑盾構(gòu)掘進矮后土體處醫(yī)于應力釋耳放的狀李態(tài)癥,店如果盾尾熱空隙充填澆不足和不安及征時凳,兆將引起土吧體的下基沉汗[2~4營]輔。那

猴舊盾構(gòu)掘進闊引起的土京體變右形博(擊地表位炒移棵)綿沿盾構(gòu)前斤進方向可訂以分為五聽個不同的晃區(qū)豪段鍵,植見秋圖誠1話。距2.2監(jiān)邪基坑開挖撫引起的環(huán)聽境巖土工落程問題遼沈陽地鐵總一號線撕有姜1穴0膜座車站采毅用明挖法裝施工。深肅、大基坑侮的施工產(chǎn)雨生的環(huán)境基巖土工程母問無題伴,檔主要表現(xiàn)菠為土層的委沉降和變值形。由于存土層的沉旬降和變形者使地表及鏈其周邊特建筑僵物產(chǎn)生沉集降、開裂索和傾膝斜瞧,腎地下管線減發(fā)生側(cè)移鍵、沉降和砌開裂。蝕上述問題剖的出現(xiàn)主亮要涉及以傭下幾個方樣面律:異(1散)腿基坑圍護棟結(jié)構(gòu)旱的變形漿基坑開挖庸過程窯中屑,艦圍護妻結(jié)構(gòu)點主要承受已水平方向踐的土壓間力腥,辣產(chǎn)生向基鄙坑方向的京水平位想移敗,川從而使坑搏外地表發(fā)綁生變很形怒,銀并且隨著懸開挖深度躲的增走加獻,洪地表變形述的范圍增次大跌,縣最大變形旺量增大。崖當基坑周判邊作用有停不均勻超稀載蔽(濃例如在基消坑周邊分攏布有天然潮地基或經(jīng)梯淺層處理蓬的建構(gòu)筑犁物岔)躁,呼也將引起曲土體的側(cè)誓向位報移班,夫并且隨著甘超載量的烏增搏大昆,誤側(cè)向位移誰量增加。違同時隨著狀開挖的不諸斷進型行銅,悄樁體側(cè)向嚷位移也將件增加。裹圖極2覺為沈陽地斯鐵某明挖辱區(qū)間實測哲圍護樁水跨平位移曲愛線架,泡圖世3崗為某圍護盈樁鋼管支弦撐軸力變邪化曲線。趁(2葡)犁墻外土體畫的的固結(jié)捕沉降禿基坑圍護逐結(jié)構(gòu)晃的外側(cè)地闊面上擁有喜不均勻超并載裹,盲沸引起土體致的豎向固概結(jié)沈,輪造成地表掠下醉沉徒,水并隨著超祝載量的增害加沉降量桿有所增加汽。深基坑斜工程一般蔽都需要進即行施工降丟水扔,氣以保證作曠業(yè)面干來燥傭,艱改善土體晨的工程性錘質(zhì)。但塔是傍,吧無論是坑耕內(nèi)降水還休是坑外降驅(qū)水惑,紅都將引起當坑外土體然中孔隙水速壓力下萬降暗,澇有效應力島增狹加肉,憑使土體產(chǎn)蔥生固結(jié)沉沉降。隨著擔距基坑距盯離的增滅加謠,血沉降量減霞小歸,慰使匠建突(醫(yī)構(gòu)關)雹筑物產(chǎn)生偽不均勻沉于降?？油饪拷邓鸷竦某两盗柯?lián)和影響范沸圍都遠遠幸大于坑內(nèi)聰降屋水總,跑因此條件隱允許的情砌況至下團,億應優(yōu)先考所慮坑內(nèi)降棋水保,秘減少土層捐的固結(jié)沉從降量。到(3格)?；涌拥子陈∑鹱冃未拥茁∑鹦耐ǔＪ侵竾谠谲浫跽呈倚酝良{中蠟,伍連續(xù)墻背匪面的土壓替引起基坑薦底面的滑職動破壞現(xiàn)嶄象。在砂蠅性土陽中龍,晴因上下土稀層透水性鴉相差較者大戚,攔基底處土譯質(zhì)的相對擺透水性玩低富,緣土層重量溫小于浮割力逐,襯亦會產(chǎn)生在基底隆譯起慢[6扣]騎。因此盡共管沈陽的顛地層多為攤砂性立土陶,野坑底隆起售變形仍是桐沈陽地鐵束施工中應佛加以關注境的一個問加題。睛坑底隆起翅變形主要濃由以下幾鍵個因素產(chǎn)斜生芬:宋由于坑內(nèi)快土體的挖垃除額,散坑底土的耀自重應力桂釋斃放擱,偏向上回唉彈末,傍土體產(chǎn)生炕松弛和蠕撓變掏,駛基底隆胖起拾;丈坑內(nèi)的卸朝載段,娘使圍護鹽結(jié)構(gòu)回在上旬面思(1世)族所述的多疼種原因共宵同作用掩下?lián)?橫產(chǎn)生向內(nèi)謊的位廁移廳,牛在坑底范倒圍懷內(nèi)景,果向基坑方靈向擠壓土宣體撇,域造成坑底木隆浩起掉;氧由于施工芳管理不善階、基坑開耗挖后擱置文時間過長劉、降雨等從原因造成槳作業(yè)面大些量積山水店,汪土體吸水所膨槽脹左(住尤其是粘彎性土、軟淘粘土和膨謝脹性心土圾)評,宵引起坑底啄隆起。潔(4攝)負流沙和管秧涌問題筑基坑施工裕過程中由薪于施工降絡水的作這用險,約造成坑內(nèi)念外水頭呀差產(chǎn),府產(chǎn)生因動哈水壓力引骨起的滲流貞破感壞演,占主要表現(xiàn)身為流沙和厭管涌。該肯種破壞更灘多的出現(xiàn)刺在砂性地圓層記中屬,敞因此沈陽都地鐵施工帽應給以足礙夠的重視或。祝當基坑以潤下的土層惡為疏松的側(cè)砂土挑層畜,斑當滲流作前用產(chǎn)生的菜動水力坡艷度大于砂茄土的極限炭動水力坡道度洗時腳,忠土層將失艱去穩(wěn)特定痛,饒而處于懸翻浮狀獵態(tài)膊,奧并在滲流紋水壓力的標作用下脫晌離平衡位炸置碗,畝從基底土露中流出。侍流沙嚴重版的時肌候羊,狹將引起基恰坑塌陷和雪地面下沉由。當土層式中的細小侄顆粒被滲逮透水流帶御走棟,佛在滲流口嚼形成空住洞傅,猜進而逐漸苗形成水流梯集中的管扛道糧,央滲流及其筐攜帶的泥貓沙從已形后成的管道吉涌軋出逆,綿形成管涌成。管涌使間土層變狠松開,緊孔隙增嘩大乎,非土體強度枯降蘿低芒,貓從而導致斜坑壁失穩(wěn)監(jiān)。鏈

樹印砂層、砂慢礫層地基朋的施工是避近年來凱隧道被施工面臨剛的重要地雄質(zhì)問題。開關于含水慰砂層的穩(wěn)攜定性判斷佛可參考洗表熟2[7克]就?？?5差)崖其他相關涼問題謹除上述引琴起土體變晌形和失穩(wěn)午的主要因傻素跑外云,擔在地鐵設迷計和施工意過程中還夕應該考慮看下列相關陳問帽題虎:闖由于管井條降水帶走勵砂土及地漆下連續(xù)墻凡墻體接縫踩處砂土流替失等造成畫地層損校失奏,毛引起沉躲降或;煙由于施工椒中開挖面次暴露時間腸過眨長完,幕一次性開綿挖范圍過們大前,墊未能及時掏支護等原鋤因抄,婦造成土體砌的滑落、視流失。睡2.3券匯與地下水薪相關的問尚題嫂沈陽地鐵賢全部線路菠都埋藏在椒地下水位堵以烏下芳,允全線砂層白、砂礫層煮分布厚度劉大、水量鏈豐富、降傍水深度糕大丹;沙地鐵本身券又具有點游多、線長溫、施工時升間長的特恩點蓬,換地鐵一號擦線穿越鐵廢西廣場、歲沈陽站、仗中街等多責個商業(yè)茂區(qū)私,灶周邊多種何型式的懶建筑瞧物林認立沸,嫁地下管線財密形集婆,噴因此與地估下水相關貫的環(huán)境巖鞏土工程問渣題是沈陽教地鐵建設賤的一個不舒容忽視的局關鍵問題塑?？嗯c地下水庭相關的環(huán)哈境巖土工串程問題主未要涉及兩售個方面?；菀皇堑罔F償建設中的贏施工降水欠引起土層兩壓密和缺丸失殼,宏導致地面稱及其周邊覽建筑手物的沉降四和變肚形似,貿(mào)地下管線甲的沉降和莊移合位軋,呼乃至破倍壞肆;侍二是由于摔地鐵施工屠對地下水浮環(huán)境的影逝響誤,嫂改變地下汽水的滲流杯路減徑藏,班污染水筆質(zhì)糾,謙改變地下贏水的分布知狀態(tài)。死(1嘗)法地下水引獎起地面的聲變形蹲①染施工降水喊引起地面擾的固結(jié)沉只降養(yǎng),良土層壓濁密乏,傅地表下敘沉探,緣該項沉降路是施工過檢程中不可朋避免的。籃沈陽地鐵筐一號功線猶1機8昨座車豬站恢,爽其中采用臨坑內(nèi)降水所的勢4叢座構(gòu),糠坑外降水晨的掌9間座練,喝坑內(nèi)、坑規(guī)外相結(jié)合亡的朱4急座撒,救坑內(nèi)降水朵和堵水相礙結(jié)合潤的找1斑座?？油饴萁邓绊懽矸秶鸀E大摟,強保證施工倚的前提姨下行,孟降排水量析大邊,報對地面及辰周邊建筑牛物的影響殲比坑內(nèi)降克水更大。孝例如青年排大街站采價用坑外降濫水筆,概降水深度燒達溝16.5惕m悄,掏根據(jù)前期裝的研補究滔,打初步確定消其降水影鍬響半徑可晚達衫150m統(tǒng),抱形成范圍盈較大的降弱落漏酬斗械,滿從而引起補地面及周薦邊唉建筑綠物的不均稅勻沉陰降裁,鐮如厲圖敲4純。葛②泥在施工過桌程演中種,鵝由于施工腐工藝及管路理等問判題氣,轉(zhuǎn)造成地下復水滲透作貪用牢,份引起基底擁隆走起譜,貨流沙、流不土等現(xiàn)象璃。降水過驚程黨中園,嚇水流帶走捷大量的砂笨土涂,巷引起土層城缺艱失碌,壯造成土體淋坍塌、地帥面沉倡陷僻;齒由于動水捧壓力的作肥用旨,嬌造成連續(xù)岔墻接縫處正發(fā)生砂土晉流宣失踏,先加大圍護獄結(jié)構(gòu)圍外側(cè)土層罵的變那形粒;鈔連續(xù)墻泥膚漿溝槽施搞工巨中給,快地下水滲負入溝陰槽寫,織稀釋泥姥漿穴,膜降低泥漿水的濃臥度掙,陶喪失護壁撈作梳用灰,糾導致土體蝕向側(cè)向變補形鉗,脂同時引起鎖豎直沉降春變形搖等摔[8績]鋸。片(2斑)睬地鐵建設紛對地下水剖的影響胖①惡施工期間吩產(chǎn)生的影膏響。沈陽朱地鐵一號皮線施工降箱水范圍廣繞、降水量胖大、歷時參長迫,襖將在一個應較長時間基內(nèi)形成施宅工降落漏叨斗洗,列使地下水抖的動力場稠和化學場版發(fā)生變虜化胳,閑引起地下鞭水中某些醉物理化學瞎組分和微幅生物含量謎的變景化廈,杜導致地下款水的污染鹽加夕劇鳥;訊沈陽地鐵搏一號線的陳張士站和首沈新路站各臨近張士慶水源俊地笛,谷這兩個車融站及其區(qū)忙間的施工兼降巡水興,福將對張士售水源地的捆取水產(chǎn)生偉一定影狐響疤;描施工中為固改善土體惠的強度和查抗?jié)B能力涼采取化學灰注族漿么,曲施工產(chǎn)生瓶的廢水、庭洗刷水、皆廢漿以及析機械漏油廟等迎,封都可能影蒜響地下水量質(zhì)。曲②扭地鐵運營宜期間對地鉗下水的影脂響。地鐵變沿線全部拆處于地下云水含水層涌中的,銷地鐵線路掙猶如一道等圍堰貫穿瓦沈陽東合西挎,鮮截住了地之下水的徑磚流路潤徑噸,拌降低了地鞏鐵附近地稈下水的徑痰流速篇度孟,晶使得地下吼水難以及勁時向渾河牛、運河排飄泄蜻,春污染物不緣斷積絕累醫(yī),儲污染加劇逝。地鐵隧骨道對地下創(chuàng)水的攔截煉作汗用劇,花使積隧道霞兩側(cè)的地銳下水位發(fā)屑生變謎化昂,碼迎水面水備位壅耗高反,躁背水面下惠降海,陜影響城市纖供水及地罩表植物的種生院長謝,月進而影響瓦整個城市孔的遺生態(tài)窩環(huán)富境導,沈這個影響易是大范圍擺、長久投的宋[9擁]碧。沈陽地無鐵一號線抽在東西部全分別妖穿越新開憂河與衛(wèi)工鑄明豈渠叨,鞠地下燃隧道更的攔截作萄用將影響炊這兩部分織水體的滲禮流路徑、膏補給量和刺排泄量兔。懲

4結(jié)論渣地鐵工程殺建設是沈閃陽自建市蓬以億來肆,士規(guī)模最大皇、工期最閱長、投資捧最多、社烘會效益最謹受關注的終一項基礎勒設施建設虎。地鐵在單改善城市系交通券狀羞況證,似加快城市霜建擇設善,倡促進經(jīng)濟償發(fā)展等方去面都將發(fā)稈揮巨大作鍋用剪,景同時還要童用科學的增觀點和方腳法裂,燭將地鐵建牢設對環(huán)境歉的影響降嗓到最略小天,義做到科學癥設計、嚴次格管濾理醉;沙加強施工莖和運營期牙間的監(jiān)顯測芹,燭力求實現(xiàn)宵信息化施曲工趴;射保證安全集施京工喇,像減小施工驕對地面、云建筑彎物和地下冶管線的影蓬響誦,蒜做到防患偶于未元然受;跳盡可能減盾小地鐵建勻設對城市妖生態(tài)垮環(huán)境的影站響和破壞鉛。參考文獻腳[