地鐵暗挖隧道穿越西安地裂縫期間的施工監(jiān)測分析

■龔勤波

（四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院四川成都610000）

地鐵暗挖隧道穿越西安地裂縫期間的施工監(jiān)測分析

■龔勤波

（四川省煤田地質(zhì)工程勘察設(shè)計(jì)研究院四川成都610000）

地鐵暗挖隧道穿越西安地裂縫時(shí)，處于特殊的工程地質(zhì)條件下，極有可能引起工程地質(zhì)災(zāi)害，對工程施工、建成后的運(yùn)營、周邊建筑、管道及居民人生財(cái)產(chǎn)的安全等造成嚴(yán)重威脅。因此，需根據(jù)地裂縫成因及工程實(shí)際情況，制定施工監(jiān)測方案，加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)測和數(shù)據(jù)分析，及時(shí)提供可靠的信息和預(yù)報(bào)，以便采取有效措施，避免事故的發(fā)生。

地鐵 地裂縫 施工監(jiān)測

西安市地處黃土地區(qū)并位于渭河斷陷盆地中段南部，西安凹陷的東南隅。西安凹陷是渭河斷陷盆地中的沉積中心之一，周邊為四條深大斷裂帶所切圍，其東邊界為長安—臨潼斷裂，西為啞柏?cái)嗔眩蠟榍貛X山前斷裂，北為渭河斷裂。對地鐵線路有影響的為長安—臨潼斷裂及上盤的西安正斷層組，其地面反映為西安地裂縫。西安地裂縫的成因機(jī)理多樣、復(fù)雜，其主要是構(gòu)造活動和過量抽汲深層承壓水的主要因素；以及地貌界限、地層巖性條件(不均勻、黃土濕陷等)、降水及地表水入滲、建筑荷載及動荷載等其它因素。

本文結(jié)合工程實(shí)例，介紹地鐵在施工期間穿越西安地裂縫時(shí)的監(jiān)測情況，并對監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析。

1 工程簡介

本次列舉的某地鐵暗挖隧道為左右并行的單線單洞隧道，采用馬蹄形斷面，單洞凈空寬度為8.3m，左右線中線間距為13-15m，全長185.903m。地裂縫位于道路南側(cè)某小區(qū)北側(cè)圍墻下，與隧道右線51°相交，與隧道左線54°相交，地裂縫處隧道頂覆土厚23m。地裂縫上盤有一居民小區(qū)，小區(qū)院內(nèi)地坪比道路人行道高3.4m，北側(cè)圍墻兼有擋土墻之用；小區(qū)中的A718-1和A718-2號樓（筏型基礎(chǔ)，樓高約20米）緊鄰圍墻，A718-1號樓平面位置緊挨隧道邊緣和地裂縫。

2 工程地質(zhì)條件

根據(jù)工程地質(zhì)詳勘和地質(zhì)補(bǔ)勘資料，地層自上向下分別為：素填土、新黃土（濕陷性新黃土）、古土壤、粉質(zhì)粘土，隧道位于粉質(zhì)粘土層中。其中新黃土、古土壤均具有濕陷性，新黃土濕陷系數(shù)為0.000～0.087，古土壤濕陷系數(shù)為0.000～0.087。

3 工程水文地質(zhì)條件

施工期間，場地地下水埋深介于23～31m，地下水高程介于392～403.29m之間，地裂縫上盤水位403.29m，下盤水位396.3m。地下水位與季節(jié)、氣候、地下水賦存、補(bǔ)給及排泄有密切的關(guān)系。

地下水為潛水，在4-4粉質(zhì)黏土層上連續(xù)分布有弱含水層，其下為含水層無明顯承壓性。補(bǔ)給源主要為地下逕流、大氣降水及局部水管滲漏等，排泄方式主要為徑流排泄、人工開采、潛水越流排泄及蒸發(fā)消耗等。

4 暗挖隧道穿越地裂縫期間施工監(jiān)測情況及分析

在隧道施工期間，根據(jù)隧道主體的埋置深度、工程地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)規(guī)范要求及現(xiàn)場實(shí)際情況等布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)位，并進(jìn)行地質(zhì)及支護(hù)、地下水位、凈空位移、拱頂下沉、地下管線沉降、地表沉降及建筑物沉降的變形監(jiān)測。

4.1 地質(zhì)及支護(hù)觀察

在隧道挖設(shè)過程中，隨時(shí)觀察地質(zhì)及支護(hù)，情況為：①隧道挖設(shè)接近地裂縫時(shí)，處于粉質(zhì)粘土層，土體穩(wěn)定，連續(xù)性好，掌子面超前探孔內(nèi)出水，水量較小。②隨著隧道繼續(xù)挖設(shè)，掌子面土體逐漸破碎，含水量逐漸增大，隧道進(jìn)入地裂縫下盤。③隧道再繼續(xù)挖設(shè)臨近地裂縫時(shí)，掌子面土體更加破碎并有少量土體坍塌，土體含水量大，呈軟塑狀，有散狀清水出現(xiàn)，每天出水約100方，主要集中在右線Ⅰ部，右線Ⅲ部和左線Ⅰ部也有出滲。④在隨后的隧道挖設(shè)中，采取全斷面超前注漿加固土體后，掌子面出水量減少，土體逐漸穩(wěn)定、連續(xù)性逐漸變好，呈硬塑狀態(tài)，隧道已進(jìn)入地裂縫上盤，將穿出地裂縫影響區(qū)域。結(jié)合測量資料，本工程地裂縫影響區(qū)域沿隧道走向約有31m，其中：地裂縫1m、上盤20m、下盤10m。

4.2 洞內(nèi)監(jiān)測情況及分析

隧道穿越地裂縫時(shí)，初期支護(hù)后洞內(nèi)拱頂沉降及水平收斂變化速率均在允許范圍內(nèi)，最大拱頂沉降為19mm，最大水平收斂17mm。表明隧道初期支護(hù)后，洞內(nèi)受土體壓力形變小，地表沉降與隧道初支變形無較大關(guān)聯(lián)。

4.3 地下水位監(jiān)測情況及分析

地下水位監(jiān)測采用在降水井內(nèi)觀測，記錄抽水量，在地裂縫附近有4口降水井，分別在上下盤左右線各一口。經(jīng)監(jiān)測，地裂縫下盤降水井內(nèi)水量少，未進(jìn)行抽水，水位保持在隧道底部以下2-3m；上盤有兩口井不間斷抽水，水位保持在隧道底部高程以下，隧道穿越地裂縫前抽水量約220m3/d，右線穿越過程中抽水量約150m3/d，左線通過穿越過程中抽水量增加到約240m3/d，隧道穿越地裂縫后約120m3/d。監(jiān)測情況與水文地質(zhì)資料描述基本吻合，且存在有地下水補(bǔ)給源。

4.4 隧道縱向地表沉降監(jiān)測情況及分析

根據(jù)隧道穿越地裂縫過程縱向沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，沉降發(fā)展分為：①隧道接近地裂縫時(shí)，提前降排水，部分飽和土失水固結(jié)沉降；地裂縫上盤土體高度和水位均高于下盤，并有建筑物位于上盤，上盤土體荷載和失水量均較下盤大，上盤土體沉降速率1.05mm/d大于下盤，下盤土體略有隆起與沉降量相當(dāng)。②右線隧道挖設(shè)進(jìn)入地裂縫下盤時(shí)，在土體失水固結(jié)、隧道開挖土體應(yīng)力釋放及地層松動影響下，地表沉降增大明顯，右線上方地表沉降速率增大至1.5mm/d，左線上方地表沉降開始發(fā)展有0.95mm/d。③右線隧道挖設(shè)通過地裂縫進(jìn)入地裂縫上盤時(shí)，土體破碎，隧道開挖對地層松動影響增大，沉降速率增大為右線1.8mm/d、左線1.38mm/d。④左線隧道挖設(shè)進(jìn)入地裂縫時(shí)，沉降速率迅速增加，不符合正常沉降變形發(fā)展規(guī)律，有除土體失水固結(jié)、土體應(yīng)力釋放及地層松動主要影響因素外的其它主要因素影響。⑤隧道通過后，土體內(nèi)部應(yīng)力重新平衡完成，到達(dá)穩(wěn)定狀態(tài)，沉降逐漸趨于穩(wěn)定。

圖1 縱向地表沉降曲線圖

4.5 隧道橫向地表沉降監(jiān)測情況及分析

根據(jù)隧道穿越地裂縫過程橫向沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，沉降槽表現(xiàn)為：①隧道通過距地裂縫20m處時(shí)（正常地層），斷面最大沉降46.8mm，左線監(jiān)測點(diǎn)沉降量略大于右線。②右線隧道通過地裂縫時(shí)，斷面最大沉降位于右線正洞上方，沉降量為63.2mm，左線監(jiān)測點(diǎn)位受右線挖設(shè)影響產(chǎn)生沉降。③隧道通過地裂縫后，斷面最大沉降119mm，遠(yuǎn)大于正常地層沉降量。④左線單獨(dú)通過地裂縫時(shí)所產(chǎn)生沉降根據(jù)趨于穩(wěn)定的總體沉降扣除右線沉降后得出，但此時(shí)右線沉降量反而大于左線沉降，不符合沉降槽變化規(guī)律，沉降異常。經(jīng)槽探探明：在右線地表沉降異常處附近有管道斷裂漏水，水進(jìn)入地裂縫土層破碎帶后引起黃土濕陷導(dǎo)致沉降異常。

圖2 橫向地表沉降曲線圖

4.6 建筑物沉降監(jiān)測情況及分析

根據(jù)隧道穿越地裂縫過程中A718-1號樓最靠近隧道點(diǎn)位沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)，沉降情況為：①隧道接近地裂縫時(shí)，提前降水，建筑物下方土體失水固結(jié)，測點(diǎn)沉降速率0.5mm/d；②隧道通過地裂縫時(shí)，建筑物下方土體繼續(xù)失水固結(jié)，加上隧道開挖應(yīng)力釋放、地層松動及黃土濕陷的影響下，沉降速率增大至1.5mm/d；③隧道通過后，沉降逐漸趨于穩(wěn)定，最終沉降量75.3mm。

5 結(jié)論

本文通過上述工程實(shí)例的監(jiān)測方法、監(jiān)測情況及分析，得出以下結(jié)論：

（1）在地鐵暗挖隧道穿越地裂縫前，有必要根據(jù)隧道主體的埋置深度、工程地質(zhì)條件、設(shè)計(jì)規(guī)范要求及現(xiàn)場實(shí)際情況等合理選擇監(jiān)測方法，布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)位。

（2）地裂縫范圍內(nèi)土層結(jié)構(gòu)是從均勻連續(xù)到破碎再到均勻連續(xù)變化的，在地鐵暗挖隧道穿越時(shí)，初期支護(hù)后洞內(nèi)變形小，地表沉降和建筑物沉降受土體失水固結(jié)、開挖土體應(yīng)力釋放和地層松動影響大，較隧道通過正常地質(zhì)情況下的沉降量大大增加。

（3）地下管線在地裂縫長期活動和隧道施工的影響下，容易發(fā)生不均勻沉降而漏水、漏電及漏氣，將導(dǎo)致黃土濕陷、觸電、爆炸等危害。

（4）由于地裂縫區(qū)域土體破碎不均勻，不能采用經(jīng)驗(yàn)公式理論計(jì)算地表沉降槽的寬度、形狀及沉降值大小，對沉降進(jìn)行有效預(yù)估；只能加強(qiáng)施工過程中的監(jiān)測，及時(shí)收集分析數(shù)據(jù)，提供及時(shí)、可靠的信息用以評定地鐵隧道穿越地裂縫期間的安全性、風(fēng)險(xiǎn)及對周邊環(huán)境的影響，并對可能發(fā)生的危及環(huán)境安全的隱患或事故及時(shí)、準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，以便及時(shí)采取有效措施，避免事故的發(fā)生。

[1]李新生,王靜,王萬平,李忠生,張福忠,彭建兵.西安地鐵二號線沿線地裂縫成因分析 [J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2008,05:33-36.

[2]李攀.西安地鐵暗挖隧道地表沉降的監(jiān)測分析研究 [D]:[碩士學(xué)位論文].西安：西安理工大學(xué).2012

[3]佘芳濤,韓日美,劉庚,邵生俊.西安地鐵雙線隧道地表沉降預(yù)測模型研究 [J].防災(zāi)減災(zāi)工程學(xué)報(bào),2011,05:560-566.

Construction monitoring analysis of undercutting subway tunnel crossing during the period of ground fissures in Xi'an

Undercutting subway tunnel crossing ground fissures in Xi'an in special engineering geological conditions,most likely caused by engineering geological disasters,poses a serious threat to the engineering construction,after the completion of the operation,surrounding buildings and pipelines and the people life and property security.Therefore,it is necessary to construction monitoring programs are formulated according to the geneses of the ground fissures and the actual situation of the project,strengthen the construction process of monitoring and data analysis, in a timely manner to provide reliable information and forecasting,so as to take effective measures to avoid accidents.

subway；ground fissure；construction monitoring

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-5-370-2