地铁建设中的环境岩土工程问题分析.doc

摘 要：随着我国经济的发展城市化进程的不断加快，各地城市构筑大都市理念随之崛起，也有不少城市正向地下拓展城市发展空间，而且将开发和利用城市的地下空间纳入城市建设的总体规划中。这样不仅可以有效的缓解城市人口与资源环境相矛盾的危机，还可以实施可持续发展的重要战略。而发展城市地下空间很大的组成部分就是地铁的建设，地铁建设是一项规模投资很大、建设周期长服务于社会效益的工程，因为地铁工程的建设受到社会各界的广泛关注，所以必须做好地铁建设中的每一个环节本文主要通过工程实例对地铁建设中的环境岩土工程问题进行分析，希望对以后的地铁建设有借鉴作用。关键词：地铁建设；环境岩土工程问题；沉降变形；地下水 1引言 近些年来，随着城市地铁工程建设的开展，地铁建设在保证自身施工安全的同时，也要考虑到周围环境岩土工程的安全，因为地铁建设沿线一般都会穿越多个商业区和城市主干道以及形式和规模不同的建筑，所以对地铁建设过程中的安全性和涉及到的环境岩土工程问题进行分析是十分必要的，而环境岩土工程问题是地铁建设风险的重要组成部分，所以研究轨道交通建设中的环境岩土工程问题，对地铁等轨道交通建设具有重要的实际意义。 2工程概况2.1基本概况 某城市的轨道交通建设总归规划五条地铁线路。2005 年 9 月地铁线路获得批准且于11月开工。地铁一号线路横穿城市市区，全长 22105km且全部为地下线。地铁全线共设立 18 个座车站以及 17 个区间。2.2工程地质概况 地铁建设所在地处于平原与东部山区的衔接地带，地势东北高、西南低。地铁沿线地层上部为第四系全新统人工堆积层和沉积层，一般为粘性土、粉土、中砂、粗砂、砾砂和圆砾土，下覆第三系砂砾岩，局部地段部分地层缺失。工程地质分布可以参见下表：2.3水文地质特征 工程所在地的地下水主要为孔隙潜水。部分地区存在有承压水，局部有上层滞水。地下水的稳定水位埋深 4131210m，大部分埋深 810m 左右，补给来源主要为大气降水与地表径流，水位随季节影响而有所变化，变幅110210m。主要含水层为中粗砂、砾砂、圆砾层。渗透系数在 34108114m/d之间。水文地质特征呈现为颗粒粗、水量大、渗透快、含水层厚度大1。2.4施工方法和围护结构方案 工程实例中的地铁车站采用的施工方法为明挖法、盖挖顺作法、暗挖法，围护结构主要有型钢水泥土复合搅拌桩、钻孔桩加截水帷幕、地下连续墙三种型式；区间主要采用明挖法、盾构法、暗挖法三种施工方法2。 3地铁建中的环境岩土工程问题3.1盾构施工引起的环境岩土工程问题 盾构施工引起的环境岩土工程问题，主要涉及范围有：盾构要在市区穿群桩，要穿越地下管网交叉密集地区以及同一地铁区间上下行线盾构同时或对向施工掘进等。 盾构机在工作掘进时改变了周围土体的初始应力从而破坏了土体的极限平衡状态使得土层下沉和各类管线发生沉降，如果沉降差异过大会造成管线的变形和断裂，特别是遇到施工段供排水管线腐蚀老化，它们抵抗变形的能力比较低，如果发生管线破裂，大量的水进入工作面，很可能会造成土体大面积垮塌，这直接对施工范围内的建筑物和施工人员的人身安全造成了隐患，如果不注意后果将十分严重；与此同时盾构的施工还会给土体带来一定的挤压和剪切力，使得土体的空隙变小且土体被压密，从而导致地表下沉，而由于挤压作用在盾构的前方会产生土体的局部隆起；值得注意的是盾构在进出工作井时，要时常采取降水措施，目的是为了使土层中的有效应力增加从而压密土层，此外，因为周围土体的不断补给，在一定范围内会产生动水压力使得土中有效应力进一步增加产生土体主固结沉降3。3.2基坑开挖引起的环境岩土工程问题3.2.1基坑围护结构的变形 地铁施工基坑开挖的过程中，由于围护结构主要承受水平方向的土压力同时会产生向基坑方向的水平位移，从而使得基坑的外部地表发生变形，而且随着开挖深度的增加地表变形也会随之增大。如果基坑的周边作用有不均匀超载也会在一定程度上引起土体的侧向位移，而且位移量的增加也是随着超载了的增大而不断增大的。与此同时开挖的不断进行也会使得桩体侧向位移增加。3.2.2墙外土体的固结沉降 因为不均匀超载普遍存在于基坑围护结构的外侧，所以引起土体的竖向固结从而造成地表下沉，而且随着超载量的增加沉降量也会有所增加。除此之外要通过施工降水，来保证深基坑工程作业面干燥的需要，从而改善土体的工程性质。要尤其注意的是不管是坑内降水还是坑外降水，都要增加有效应力，将引起坑外土体中孔隙水压力下降，使土体固结沉降。因为坑外降水引起的沉降量和影响范围都比坑内降水的影响大，所以在条件允许的情况下应优先考虑坑内降水，从而减少土层的固结沉降量4。3.2.3基坑坑底隆起变形 首先基坑的坑底隆起指的是在一般情况下的软弱粘性土中，连续墙背面的土压引起基坑底面的滑动破坏现象。而如果在砂性土中上下土层的透水性差距很大，而在基底处土质的相对透水性低，土层重量小于浮力，也会产生基底隆起。因为工程实例中的地层多为砂性土，坑底隆起变形仍是地铁施工中应加以关注的一个问题。 产生坑底隆起变形主要有以下几个原因：因为坑内土体的挖除，坑底土的自重应力释放，从而导致向上回弹使得土体产生松弛和蠕变引起了基底隆起。此外坑内的卸载，使围护结构在多种因素的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，从而造成坑底隆起。还有一个原因是因为施工管理不到位，在基坑开挖后没有及时施工，加上降雨等原因造成作业面大量积水，土体吸水膨胀从而引起坑底隆起。3.2.4流沙和管涌问题 流沙和管涌问题是指基坑在施工过程中，因为施工降水的作用致使坑内外水头差，而产生因动水压力引起的渗流破坏。这种类型的破坏大多出现在砂性地层中。当基坑以下的土层为疏松的砂土层而且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，土体结构的稳定性将会降低，土层处于悬浮状态，而且还会受到渗流水压力的作用脱离平衡位置，从基底土中流出。施工过程中如果流沙问题严重就会导致基坑塌陷和地面下沉。 管涌是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。管涌的危害会使得整个施工的土层变松，土体的空隙增大，从而降低了土体的强度导致坑壁失稳。3.2.5其他相关问题 除了综上所述的几点引起土体变形和失稳的主要因素外，在地铁的施工过程还要对以下几点问题进行考虑：管井因为降水带走砂土及地下连续墙墙体接缝处砂土流失等而造成地层损失从而引起的沉降；地铁在施工过程中因为挖面暴露时间过长且一次性开挖范围过大，没有及时进行支护从而造成土体的滑落、流失。3.3与地下水相关的问题 地铁在施工的过程中往往因为施工降水而引发地面固结沉降，使得土层压密以及地表下沉，但是这种沉降是施工过程中不可避免的。与此同时，在施工的过程中因为施工工艺和管理等问题而导致的地下水渗透会引起基底隆起，流沙等现象。尤其是在降水的过程中，水流会将砂土等带走使得土层缺失，从而又引起了地面的沉陷和土体的坍塌，此外又因为动水压力的作用会使得连续墙接缝处发生砂土流失