重庆地铁一号线在建中的环境岩土工程问题讨论

重庆地铁一号线在建 中的环境岩土工程问题讨论 摘 要 重庆 地铁一号线 东起朝天门，西至大学城，远期延伸至璧山，全长约 46用地铁系统 ， 总投资 元 。 该线路是轨 道交通线网东西方向的主干线，也是连接渝中区和沙坪坝区的重要交通 道。地铁一号线所经区域由于 城市的大型建筑物密集、管线密布、工程地基无选择性等特殊性 ， 地铁工程建设将不可避免地带来一系列的环境岩土工程问题 ,而且严重影响着城市工程建设的正常运行和建筑物的安全使用。 本论文 从重庆地铁一号线的工程特点出发 ,结合重庆市特定的地质条件 ,分析地铁一号线工程中 可能出现的环境岩土工程问题 ,并提出预防途径、措施、方法和建议 。 关键字 : 重庆地铁 一号线 ， 衬砌内力 ， 围岩稳定，盾构法 ，勘查 目 录 摘 要 . I 关键字 . I 第一章 引言 . 1 国地铁发展现状 . 1 庆地铁一号线简介 . 1 程施工的主要 措施 . 2 础持力层埋深 . 2 护结构 . 3 工排水 . 3 第二章 沿线岩土地质概况 . 3 形地貌 . 3 层岩性特性 . 3 文地质条件 . 4 应力状况 . 5 第三章 地铁一号线建设中主要的岩土工程问题 . 5 基坑开挖引起的地基变形 . 5 道施工引起的地面位移 . 6 下水与地面沉降 . 6 第四章 地铁一号线 建设中地下水对岩土体的作用 . 7 铁隧道疏干排水对环境岩土体作用 . 7 下水壅高对岩土环境影响 . 8 高地下水对浅基础的影响 . 8 高地下水对浅基础建筑埋深和地基承载力影响 . 8 号线地铁站基坑开挖排水对周边环境岩土扰动 . 10 台开挖排水的不良地质现象 . 10 铁站台基坑降水办法 . 10 坑排水造成的管涌与砂土、粉土液化 . 10 铁站台基坑与地铁隧道的防水措施 . 12 第五章 地铁隧道明挖和车站基坑明挖中的岩土问题 . 12 层沉降原因 . 12 挖法施工对基坑周边地表沉降的影响 . 12 挖法引起基坑底部液化和管涌 . 13 层液化与管涌的原因 . 13 层液化形成条件 . 13 涌和基底液化的防治 . 14 坑坑底隆起 . 14 第六章 对于一号线建设中的环境岩土工程问题总结 . 14 参考文献 . 16 第一章 引言 国 地铁发展现状 地铁是地下铁道的简称，它是一种独立的有轨交通系统不受地面道路情况的影响，能够按照设计的能力正常运行，从而快速、安全、舒适的运送旅客。 自 1863年伦敦建成世界 上 第一条地铁以来，到 1990年世界上已有 30多个同家和地区的 100余座城市建成地铁并投入了使用。几乎世界著名的城市如伦敦、纽约、柏林、巴黎、莫斯科、东京、新加坡、香港等都先后建成并形成地铁网络促进了经济的发展 。 有的地铁已成为现代化城市的著名景现 (如莫斯科地铁 )。目前，伦敦的地铁总长已达 380市已形成一个四通八达的地铁网。每天载客 160余万人次。 并 且发达国家的地铁设施也非常完善，均为居民带来了非常便利的公共交通条件。 可见 ， 是否具有地铁已成为现代化大城市的标志，根据 国 外发展城市交通的经验，对于人 数 超过 100万的城市一般应 发展地铁以解决城区交通，促进 经济 的发展 。 在 中 国目前有北京、上海、 广 州等 12个城市 36条城市轨道交通线路 ， 以北京、上海、广州三个城市最多。北京、上海、天津、重庆、广州、深圳、南京、杭州、武汉、成都、哈尔滨、长春、沈阳、西安、苏州等 15个城市的城市轨道交通建设规划已得到批复 ， 在未来 10余年里， 15个城市建设轨道交通线路总长约1700总投资达到 6200亿元。 中国的人口数量多 ， 城市人口密度大，中国城市发展迅速 。 城市人口急剧上升，客流增大，所以中国的地铁发展是必要的和必然的。地铁开辟 了 人类的地下空间 ，减轻 了 地 面上的拥挤，建设地铁已成为 21世纪中国城 市 基础设施、城市交通的主要形式，这是历史的选择、必然的结果 。 庆地铁一号线简介 重庆市轨道交通一号线 (后简称地铁一号线 )为重庆市轨道交通线网中的一条骨干线路 ,线路 东 起朝天门站 ,西止 大学城站。线路整体上呈东西走向 ,主要途经朝天门、较场口、两路口、大坪、石桥铺、沙坪坝、双碑、大学城等地。线路全长约 46中地下线长 占全长的 55% ,均为人群密集、建筑物密集、 交通繁忙的闹市区 ,一号线工程拟分两期建设 ,一期工程由朝天门至沙坪坝站 ,全长约 成后将 成 贯穿西部新城南北城市轨道交通主线 ,为今后西部新城居民提供方便、快捷的出行方式。 重庆是著名的山城 ,市区内地质地貌非常复杂 ,长江、嘉陵江在市区交会 ,由于两江切割和侵蚀的影响 ,城市地质环境比较差 ，地铁一号线在修建工程中遇到了诸如基坑失稳、地面沉降变形、岩溶崩塌、硐室失稳、巷道突水等一系列的环境岩土工程问题。 早在 1994年 ，曾 对 1号线的工程地质背景进行了阐述与分析 ,经过 10多年的反复论证 ,当初的轻轨方案发展为地铁方案 ,本 论 文拟在此基础上结合工程实际 ,对地铁工程建设初期可能遇到的环境岩土工程问题及相 应应对措施进行初步探讨。 图 重庆地铁一号线线路示意图 程施工的主要措施 重庆地铁一号线在建设中采用了诸多的施工方法：对于 卵石含量高 、高富水、含水砂卵石层自稳性差的区域，采用了盾构施工方法；在建筑物周边施工时，采用明挖法施工；对于地形起伏较大的区域采用高架桥的方式通过。 础持力层埋深 场地卵石土、强风化泥岩、中风化泥岩均可作为车站、隧道基础持力层。明挖法施工的结构顶部覆土厚度应满足地下管线铺设及绿化种植等要求 ,当无要求 时 ,覆土厚度一般不得小于 挖法施工的结构顶部覆 土厚度一般可按 护结构 多采用土钉墙结构，柱列式灌注桩围护结构，放坡喷锚支护围护结构围护结构类型。选择时需依据场地工程地质及水文地质条件、环境情况、开挖深度、施工方法、工期、工程造价、地区常用的围护结构型式作综合的技术经济比较。 工排水 无论是车站还是区间隧道 , 当采用明挖施工时 , 由于结构底板置于透水性强、富水性好、含水丰富的砂卵石含水层中 , 因此需采用管井降低地下水位至设计基础底面标高以下不小于 施工前 ,应 作专门的基坑降水设计方案。重庆 地铁一 号线隧道明挖疏干排水可能引发地面沉降及建筑物破坏 ;由于排水量巨大、排水时间长 ,可能对重庆 市地下水系统的径流、交替有一定影响 ，从而影响上部建筑的稳定。 第二章 沿线 岩土地质概况 形地貌 重庆是著名的山城 ,市区内地质地貌非常复杂 ,长江、嘉陵江在市区交会 ,由于两江切割和侵蚀的影响 ,城市地质环境比较差。地铁一号线中 沙坪坝站 0由西向东穿越师大， 沿线穿越师大宿舍教学楼。地面海拔高程 最大高差 地势比较平坦。穿越地段主要表现为现状路 面及密布的多、高层房屋。建筑物多为 1 9层房屋。建筑物基底距隧道垂直距离为 25m。区间隧道埋深较大 ,避开了地下管线 ,受外部条件制约较少。 层岩性特性 地铁一号线 工程在长江、嘉陵江两大水系切割交汇而成的狭长丘陵半岛上 , 大致以东西方向顺着山脊线穿越 ,其地表高差达 189m,中部高、东西部低 ,起伏也大 ,坡度为 0工程区出露地层为中侏罗统上沙溪庙组和第四系。上沙溪庙组岩性以泥岩为主、砂岩为次、砂岩成层性清楚 ,各层厚度不等 ,小至数十毫米 ,大 至 40层、中厚层、厚层、巨厚层均有分布 , 每层本身 厚度变化也大 ,常尖灭和分叉，泥岩多呈巨厚层、厚层、中厚层状产出。薄层砂岩往往以泥岩体中的夹层形式出现。第四系厚度一般为 基本上是残 坡积层和人工填积层。本工程洞身段均在浅部基岩中 通过 。 工程沿线岩体的岩性与层厚的基本组合形式是厚层砂岩 (单层厚度在 多在 连续出露厚度多在 10,厚层砂岩与泥岩互层 (层厚不等的砂岩、泥岩相问产出 ,以中厚至厚层者居多 , 部分地段以巨厚层为主 ),薄层砂岩与泥岩互层 (层厚不等的砂岩、泥岩相 间 产出 ,以薄层为主 )。其中薄层砂岩与泥岩互层岩体较少见 。 据重庆岩基研究中心试验统计资料 , 砂岩干抗压强度一般为 28饱和抗压强度一般为 泥岩的干抗压强度一般为 饱和抗压强度一般为 砂岩一般为硬质岩 ,泥岩一般为软质岩。泥岩的水稳性 质不稳定 ,变异大 ,一般较差 ,软化系数多在 有的低至 左右。砂岩的水稳性能相对较好 , 软化系数一般为 线路由东向西依次穿越解放碑向斜、两路口背斜、石马向斜和沙坪坝背斜 , 褶曲轴线多为 岩层 倾角多小于 18 无断层分布。线路走向与构造线 方向的夹角大多很大 ， 构造裂隙一般不发育 , 多为剪性裂隙 , 以 倾角大于 75,在同一处往往只发育其中的一组。砂岩中裂隙一般延伸 较远 ,间距多为 微张夹泥 ； 泥岩中裂隙一般延伸不远 , 主要裂隙间距为 闭合 , 产状变化较大 。 工程围岩岩体结构有整体状结构、块状结构、层状结构、碎裂状结构 4类。厚层砂岩岩体大多具有整体状结构 , 多数厚层泥岩岩体和部分厚层砂岩岩体具有块状结构 , 厚层砂岩与泥岩互层岩体一般具有厚层状 结构 , 薄层砂岩与泥岩互层岩体多数具有薄层状结构 ,风 化强烈的泥岩或薄层砂岩岩体具有碎裂状结构。 总的来说 ， 工程围岩岩体结构以块状结构、厚层状结构为主 ， 整体状结构为次 ， 薄层状结构和碎裂状结构较少 见。岩体完整性系数一般大于 文地质条件 地铁 一号线沿线多位于构造剥蚀丘陵地貌上 ,地势居高 ,第四系覆盖层厚度小 ,基岩大片出露 ,为砂质泥岩互层的陆相碎屑岩 ,含水微弱。地下水富水性受地形地貌、岩性及裂隙发育程度控制 ,为大气降雨和地面池塘水体渗漏补给。一般 情况下 ,第四系松散层含孔隙水 ,砂岩含空隙裂隙水 (主要为裂 隙水 ),泥岩为相对隔水层。根据沿线地下水的赋存条件、水理性质及水力特征 ,沿线地下水可划分为第四系松散层孔隙水、碎屑岩类空隙裂隙水。 岩层富水性差 ， 地下水主要储存在土层孔隙和基岩风化裂隙中 ,孔隙水的泉水流量在 裂隙水的泉水流量在 向洞内排泄的地下水流多为滴水或间歇性股状水流。 应力状况 工程区地应力水平不高。根据已建地下工程毛洞自稳状况调查结果 ， 整体状结构砂岩岩体很少发生破坏。块状结构砂岩岩体仅在洞室的某些部位可能有完 全受结构面控制的塌 落或掉块现象。块状结构泥岩岩体 的破坏由结构面性状和岩石强度共同控制 ， 它在干燥 条件下也有较强的自承能力。层状结构岩体的破坏 同时受结构面和岩性组合制约 ， 一般说来 ， 边崎的稳定性好于拱顶 ， 厚层状结构岩体好于薄层状结构岩体。厚 层状结构岩体的稳定性又因顶拱 岩性与层厚的不同而有所不同。当顶拱为厚层砂岩时 ， 稳定性较好。当顶拱为泥岩或薄层砂岩时 ,稳定性较差 ； 当泥岩的厚度达到 数米又处于干燥 状态时 ， 岩体仍有较好的自承能力 ， 当顶拱的泥岩厚度较小 ， 为砂岩、泥岩递变或接触地段时 ， 常发生顶拱塌落。薄层状结构岩体稳定性差。碎裂状结构岩体较难保持稳定。 第三章 地铁一 号线建设中主要的岩土工程问题 重庆地铁一号线由于沿线的工程地质条件较复杂，在建设中出现了诸如 基坑失稳、地面 沉降 变形 、岩溶塌陷、洞室失稳、巷道突水等一系列的 环境岩土工程问题 ,这 不仅严重影响工程建设和周围建筑物 安全 ,如果处理不好 将会 给国家造成重大经济损失。 基 坑 开挖引起的 地基 变形 在地铁一号线的建设中， 由于地下车站多集中在闹市区 ,周围建筑物密集 ,地下管线多 ,环境条件复杂 ,且地下站埋深大 ,基坑深 ,一般均在 10 20 又岩土性质较差 ,地下水位高，在 基坑开挖时 ,坑壁土体在水土压力作用下不能自立 ,必须采 取有效的支护措施 ,以 免塌坍而影响工程安全及周围环境。在施工中应 根据基坑工程设计所选定的主要施工参数 ,按基坑规模、几何尺寸、支撑形式、开 挖深度和地基加固条件 ,提出详细的可操作的开挖和支撑的施工程序及施工参数 ， 并且加强现场监测以保证基坑安全施工 ;同时应尽量开发和利用新技术、新工艺 ,如新的桩型 ,新的止水、降水措施等。 道施工引起的地面位移 地下工程在施工中或竣工后 ,出现地面变形问题是最常见的环境工程地质问题 ,如日本东京地铁施工中引起地面突然出现大陷坑 ,致使 4辆机动车落人坑中 ；天津地铁西门试验段施工中 ,在 箱体顶进过程中 ,因降水 ,顶进时超挖及土体扰动 ,使箱体的整个高程下沉 7板的端部下沉 5见施工方法的选择 ,受沿线工程地质、水文地质条件以及所处环境、地面建筑物、地下构筑物、河道交通、道路交通、施工难度、工期和土建造价等等多种因素的影响和制约 ,方案的选择不仅要满足地铁工程本身的使用功能 ,同时也要满足合理开发利用地上、地下有效空间的要求 ,充分考虑并尽量减小施工期间对地面交通、房屋拆迁、管线改移的不利影响。 下水与地面沉降 地铁一号线工程建设不可避免地会对地下水环境造成一定的影响。区内岩层富水 性差 ,地下水主要储存在土层孔隙和基岩风化裂隙中 - 裂隙水的泉水流量在 向洞内排泄的地下水流多为滴水或间歇性股状水流。隧道掘进过程中必须及时衬砌 ,并做好注浆止水。 地下水问题在地下车站基坑开挖中显得尤为突出 ,必须足够重视 。在建设中主要需注意以下两点：第一， 结构防水设计中遵循 “ 以防为主、刚柔结合、多道防线、因地制宜、综合治理 ” 以及 “ 防水与结构设计并重和统一考虑 ” 的原则 ,应根据不同的结构型式、水文地质条件、施工方法、施工环境、气候条件等 ,采取相适应的防水、限量 排水措施。 第二， 重点调查区域地下水位下降、地下水资源衰减、地面沉降、地裂缝、生态环境恶化、水质污染 ,土地盐渍化、沼泽化、地方病等。调查其分布、规模、危害、形成条件及产生原因。 第四章 地铁一号线建设中地下水对 岩土体的作用 重庆是著名的山城 , 地铁一号线 工程在长江、嘉陵江两大水系切割交汇而成的狭长丘陵半岛上 ，地下水含量丰富，对工程影响较大， 因此在地铁开挖施工过程中，需要解决渗流场的问题。一号线施工的主要水文问题有隧道疏干排水，施工后期地下水水位壅高给地面浅基础建筑带来的危害和地铁站台明挖的基坑排水问题。 铁隧道疏干排水对环境岩土体作用 地铁隧道施工中地下水排水抽取会对隧道附近地面发生沉降。究其原因，主要是：（ 1） 在疏干排水过程中周围含水层中的泥、沙等固体物质大量的被带出 ，破坏了地层结构 ,造成地面沉降 ； （ 2） 水位下降使得地层孔隙中的静水压力减少 ， 给地基土施加一个附加应力 ，导致土层压缩而引起地面沉降。 根据土力学相关知识 ,利用分层综合法可以得到土体的总沉降量： 01nz i z 0110 s :地面沉降量； ：自重应力与附加应力之和； 压缩模量； 土层分层厚度；0 i 层土初始孔隙比；缩细数 通过分层综合法导出地下水位下降时地面沉降量算法： 粘性土层沉降计算 ：01i i i w ii i：地 i 层含水层的给水度；第 i 层水位计算点水位下降值；w：水的容重； i 层土层厚度 砂土层计算： H ：第 i 计算点水位下降值； 土层厚度； 压缩模量 下水壅高对岩土环境影响 地铁隧道施工时，在围岩支护和衬砌时，会在围岩和衬砌之间加入隔水材料，地铁隧道的防水等级规范为二级，整体结构不允许透水。因此，凡是地铁隧道经过的地下水径流都会被阻断，地铁隧道成了含水层中的一道人工隔水墙， 造成地铁隧道和车站迎水面地下水位升高 , 背水面地下水位降低 ，地下水位升高的那一面可能会影响到地面浅基础建筑的持力层，造成地基失稳，给地面建筑安全带来危险。 高地下水对 浅基础的影响 通常情况下 ,地下水对浅基础地基承载力的影响主要表现在 : 地下水水位的升高 ,使得水位以下的土体失去由毛细管应力或弱结合水形成的表面凝聚力 ,使承载力降低 ； 由于地下水的浮力作用 ， 使得土体的有效重力减小 ， 使土的承载力降低。目前 ， 前者仅仅处于理论研究阶段 ， 无法运用到工程实践中。因此 ，都假定土体的表面凝聚力不发生变化 ， 而只考虑由于水的浮力作用对浅基础承载力的影响。 高地下水对浅基础建筑埋深和地基承载力影响 (1)对建筑基础埋深影响 地下水对浅基础的影响主要可以分为 4 种情况 ( 1) 当地下 水位处于所要确定的基底最大影响深度 不考虑地下水位对地基土的重度影响 ； ( 2) 当地下水位介于基底与 基底下的土体重度取在最大影响深度 水中土体采用有效重度的加权平均重度 ； m a xm a x() m：有效容重加权平均容重； ：土体容重； Z ：基础底部距地下水面距离； ：土的有效容重；底最大影响深度 ( 3) 地下水位位于基底平面时 , 基底面以下土取有效重度 ； 地下水位位于基底平面以上的土体 (即在基础埋置深度 ， 采用土的天然重度 ； ( 4) 地下水位处于基础埋深 土体的重度 ,水下部分采用有效重度 ,水上部分采用天然重度。 图 地下水影响深度 4种情况 (2)对地基承载力的影响 依据普朗特假定，太沙基地基承载力计算式： 12c r r q N q N c N ,r q N ：承载力系数； B ：基础宽度； q ：上覆荷载； c ：粘聚力（砂土 0c ） 对于地下壅水对基础埋深影响，对地基承载力的影响同样可以分为四种情况，分类方法同地下水影响深度的 4 种情况一样 （ 1）原始水位位于 下，水位壅高后位于 上，基底以下； （ 2）原始水位和壅高水位都位于 上，基底以下； （ 3）原始水位位于 上，基底以下，水位壅高后位于基地以上； （ 4）原始水位和壅高后水位都位于基底以上； 将： m a xm a x() 代入 12c r r q N q N c N 中 可以得到壅水后与壅水前地基承载力比值 : 号线地铁站基坑开挖排水对周边环境岩土扰 动 重庆 地铁一号线地铁站台的埋深一般在 10 20m，站台所处的位置土层分层主要为人工填土，软土，第四纪粘土，粉质黏土和少量粉土，部分深基坑位于砂卵石层中，土石层含水量较高，在基坑开挖前，必须要进行基坑排水。 台开挖排水的不良地质现象 （ 1） 开挖深度范围内及基坑以下土层含水量高、渗透性强 ,内摩擦角小 ,含水后具有低强度、高灵敏度 ,自稳性差 ,基坑开挖时易产生侧向变形而导致开挖面失稳。 （ 2） 粉土及粉、细砂含水量较高 ,强度较低 ,属中等压缩性 ,中 高灵敏度。基坑开挖时 ,在地下水水头作用下易产生涌土、涌砂、 开挖面不稳现象 ,对施工不利。 （ 3） 车站施工时进行大面积的降水 ,易导致周围地面及道路出现地面沉降。而道路两侧大部分为高层建筑 , 风险较大。 （ 4） 场地 22砂 ,基坑排水过程中，地下水上涌，容易造成地基液化，需要判定其是否为液化土层 铁站台基坑降水办法 降水需达到的目地和要求： （ 1） 疏干基坑开挖范围内土层中的地下水及确保在基坑开挖时地下水位控制在开挖面以下 2 3m,满足基坑无水开挖施工的要求。 (2)通过降水提高整个土壤层的土体强度 ,以提高土体水平抗力 ,减少基坑位 移和周围地基沉降 ,便于机械施工。 (3)降低承压水头高度 ,确保基坑稳定开挖和结构施作。 降水施工首先确定降水方案，明确降水岩土层潜水，承压水位置，成都地区承压水水位一般在 3 6m,车站基坑主要为明挖法，宜采用 封闭式管井井点降水方法 。 坑排水造成的管涌与砂土、粉土液化 场地 22m 深度范围内分布的粉土及粉细砂、中砂 ,根据现场标准贯入试验 ,按国家标准进行液化判别为液化土层。 液化判定是通过现场标贯试验完成的，标贯试验是用 穿心 锤，以 高度自由落下，将一定规格的标 准贯入器，先在孔底预先打入土中 计锤击数，然后再测计打入 锤击数 N。 130 3( 0 . 9 0 . 1 ( ) ) ( )c r s d d （ 1） 63.5 2） 为标贯临界锤击数 ;；0N：为基准贯入锤击数；标准贯入点深度；地下水位深度；c： 为土中粘粒含量百分率 ,当小于 3 时取 3；为实测标贯锤击数 ； 当初步计算结果满足（ 1）（ 2）两式时，可判断为液化土。 对存在液化土层的地 基， 场地液化等级的评价是按孔进行计算 的， 即按每个试验孔计算液化指数根据场地一定深度内各土层抵抗液化的能力、可液化土层厚度和埋深等 因素， 计算每个钻孔的液化 指数， 根据各钻孔液化指数的 大小， 判断场地内在水平方向上液化土层的位 置及液化 程度。 1( 1 )n i ii c r d 化指数；i 点的土层厚度；为 i 土层考虑单位土层厚度的层位影响权函数值 ； 图 液化等级表 为防止 施工时涌水涌砂可采用超前 注浆的方法 。 根据粉细砂层的孔隙 率 ， 分析各孔各段的注浆量 （ 注浆时要严格记录 ）， 计算填充率。一般情况下 ， 孔隙的填充率不应低于 75 。填充率太低 ， 说明浆液注进去的少 ， 固结率就低 ， 开挖时容易产生涌水涌砂。二是根据以上分析计算结果 ， 寻找注浆薄弱部位 ， 并选取若干个点进行钻孔检验 ， 钻孔深度要大于开挖段长。钻孔后发现涌水涌砂者 ， 下管进行补注 ， 然后再次钻孔检查 ， 直到不出现涌水涌砂时再进行开挖。 铁站台基坑与地铁隧道的防水措施 基坑防水主要 做到整体结构防水和接口处防水（细部构造防水）。 车站尽可能不设变形缝 ， 可以根据不同的工程结构、类别及工程地质 情况采用加强带、后浇带等做法。但车站与区间接头、车站与人行通道接头、明暗挖接头、结构变化大的位置以及地层承载力变化较大的位置，宜设置变形缝。车站施工缝间距为 12m 左右，区间除盾构法施工段外，矿山法与明挖法施工段 10 防水材料的选择 放坡开挖车站，可采用硅橡胶涂料或非焦油聚氨酯涂料；质量可靠的膨润土板。明挖法区间，选材同明挖法车站。盾构法区间，可采用管片外侧涂环氧类防水涂料。 第五章 地铁隧道明挖和车站基坑明挖中的岩土问题 层沉降原因 天然土体一般是由矿物颗粒构成骨架体 , 孔隙水和气体填充骨架体而组成的三相体系。外载荷作用在土体上 ,一部分由孔隙水承担 ,另一部分则由土骨架承担 ,这部分为有效应力， 对引起压缩和产生强度有效。土体的变形是孔隙流体及气体体积减小、颗粒重新排列、颗粒间距离缩短和骨架体发生错动的结果。粘性土有一定的厚度 ,水总是在土层透水面先排出 ,使孔隙压力降低然后向土层内部传递。这种孔压力降低的过程 ,一方面取决于土的渗透性 ,另一方面取决于在土中的位置。软粘土的渗透系数很低 ,固结过程很长。土体受外力后 ,土粒和孔隙中的流体均将发生位移。当建筑物通过基础将压力传递给地基后或 者土层下部通过土石方开挖而失去支承 ,土体内部将发生应力变形。从而引起地基下沉或地表下沉。 挖法施工对基坑周边地表沉降的影响 沉降原因分析从两个方面考虑 :一是施工全过程的直接影响；二是考虑地质等情况的间接影响。建筑物周边施工时，尽管采取各种扰动小的工艺，但对既有建筑一般均会产生或多或少的影响。楼房附近依次进行过围护桩施工、基坑降水、基坑开挖、结构施工等， 这些阶段都可能会造成周边地表不同程度的沉降。 （ 1） 围护桩施工阶段 ：此阶段为了防止开挖时土体侧移，利用旋喷桩工艺对基坑侧壁支护， 对于土体小扰动的施工 ， 有目的的控制施工工艺 ， 对周围土体沉降几乎无影响 ； （ 2） 降水阶段：在施工排水过程中通过观测结合坑外水位、孔隙水压力基本 正常的情况，可以基本判断基坑降水一般不会对建筑物产生直接的影响； （ 3） 基坑土方开挖阶段 ：周围地表的沉降主要集中在这个阶段， 基坑到建筑物方向土体位移随着距离的增加而变浅，为了不给建筑物造成较大影响，在开挖过程中，严格控制挖土深度，边开挖边支撑，架设完毕及时施加应力，使之对围护结构外土体的影响深度变浅 ； （ 4）结构施工： 与基坑开挖阶段比略有降 低， 但从数值看仍相对前两阶段较大，在浇注完主体结构 侧墙一段时间后地表沉降点逐渐趋于稳定 ； 总的来说，还是基坑开挖阶段对地面沉降的影响最大。 挖法引起基坑底部液化和管涌 基坑施工过程中由于施工降水的作用 , 造成坑内外水头差 , 产生因动水压力引起的渗流破坏 , 主要表现为流沙和管涌。 成都地铁一号线施工的区段膨胀土、黏性土层经国家标准判定为液化土层。 层液化与管涌的原因 当基坑以下的土层为 粘性土层， 当渗流作用产生的动水力坡度大于砂土的极限动水力坡度时 ， 土层将失去稳定 ， 而处于悬浮状态 ， 并在渗流水压力的作用下脱离平衡位置，从基底土中流出。流沙严重 的时候，将引起基坑塌陷和地面下沉。 当土层中的细小颗粒被渗透水流带走 ， 在渗流口形成空洞 ， 进而逐渐形成水流集中的管道 ， 渗流及其携带的泥沙从已形成的管道涌出 ， 形成管涌。管涌使土层变松 ， 孔隙增大 ， 土体强度降低 ， 从而导致坑壁失稳。 层液化形成条件 当土的粒径级配不均匀系数10，土的孔隙率较大，在粗粒之间的细粒填料（粒径 d 占比例大于 30 35 ,且土质疏松，透水快时，容易发生液化。 水动力条件： ( 1 ) (1 )c r si d n 修正后为 1 . 1 7 ( 1 ) ( 1 )c r si d n 当已知土体的干容重n 时，土体下部承压水的水头达到1 . 1 7 ( 1 ) ( 1 )时，可能会发生地基液化。 涌和基底液化的防治 在基坑开挖前应该事先人工降低地下水位，尽量避免在水下开挖施工，在施工时，一旦出现了流砂现象，不能采用坑内抽排水措施，否则会加剧破坏。应向液化地点抛填粗砂、碎石、砖块等，在坑外抽水降低地下水位。这种做法，一方面以抛填料的自重作为压重平衡动水压力，另一方面也可以造成倒滤层的抛填顺序以防止土颗粒被带走，基坑内造成一定积水同时也降低了水头差，减少液化破坏。 坑坑底隆起 坑底隆起通常是指在软弱粘性土中 , 连续墙背面的土压引起基坑 底面的滑动破坏现象。在砂性土中 ， 因上下土层透水性相差较大 ， 基底处土质的相对透水性低 , 土层重量小于浮力 ， 亦会产生基底隆起 坑底隆起变形主要由以下几个因素产生 ： 由于坑内土体的挖除 ， 坑底土的自重应力释放 ， 向上回弹 ， 土体产生松弛和蠕变 ， 基底隆起 ； 坑内的卸载 ， 使围护结构在多种原因共同作用下 ， 产生向内的位移 ， 在坑底范围内 ， 向基坑方向挤压土体 ， 造成坑底隆起 ； 由于施工管理不善、基坑开挖后搁置时间过长、降雨等原因造成作业面大量积水 ， 土体吸水膨胀(尤其是粘性土、软粘土和膨胀性土 )， 引起坑底隆起。 第六章 对于 一号线建设中的环境 岩土工程问题总