探究地鐵建設中的環境巖土工程問題

孫程頤+王永強

摘 要：伴隨社會經濟發展，城市化進程加快，大城市建設理念也隨之發展起來，部分城市正逐漸向地下空間進行拓展，將地下空間的開發與利用作為城市建設的重要組成部分，以此來改善人口與環境之間存在的矛盾問題，踐行可持續發展。地鐵屬于地下空間利用的重要項目，且取得良好社會效益，因此受到廣泛關注。本文通過工程概況介紹，總結基坑開挖、盾構施工相關的環境巖土工程問題。

關鍵詞：地鐵；基坑開挖；盾構施工；環境巖土工程

伴隨城市地鐵的深入開展，建設過程中除保證施工安全之外，還應確保環境巖土工程安全，由于地鐵沿線通常會涉及到城市主干道、商業區等不同規模和形式的建筑，因此對其建設中環境巖土工程相關問題進行分析是十分有必要的。地鐵建設涉及到的安全問題與環境巖土工程息息相關，所以應引起重視。

1 工程概況

某城市地鐵1號線建設從2006年11月正式施工，橫向貫穿城市整個城區，長度共計22.79千米，路線全部屬于地下線，地鐵整個路線共設置了17個區間、20個車站。線路建設位置位于東部山區與平原相接處，呈東高西低走勢，城區內地形相對平坦，扇狀平原影響地勢。本工程中區間隧道深埋為2-15米、車站深埋5.9-14.7米。工程沿線經過區域地下水存在埋藏深、變幅小等特點，有明顯的季節性變化。以二環路地下水埋深度為準，其內為3.92米，其外為3.41米。地下水流向與工程呈大角度相交。

2 基坑開挖相關環境巖土工程問題

2.1 基坑圍護結構變形問題

在地鐵建設過程中涉及到基坑開挖，因圍護結構的土壓力主要來自于水平方向，并且在基坑方向上會出現水平位移，在此作用下基坑外部地表出現變形，且變形程度隨開挖深度增加而增加，若基坑周邊存在不均勻超載的作用，也會使土體出現一定程度的側向位移，且超載作用增加，其位移幅度也隨之增加，持續性地開挖過程也會增加樁體側向位移。

2.2 基坑坑底隆起變形問題

一般情況下，基坑坑底隆起是在連續墻背面土壓作用下軟弱粘性土發生的滑動性破壞，如果涉及到上土層、下土層透水性有較大差異的砂性土，則其基地處土質僅有較低的透水性，浮力比土層重量大，也可以導致基底隆起。在本工程中，砂性土為主要地層土體，因此在地鐵建設過程中應注意坑底隆起變形問題。

基坑坑底出現隆起變形的原因包括以下內容：第一，由于挖除坑內土體之外，釋放了坑底土自重所帶的應力，使其向上回彈，進而導致土體蠕變和松弛，產生了基底隆起現象。第二，坑外卸載，在多種因素影響下圍護結構出現向內位移，坑底土體則會受到基坑方向上的擠壓，進而產生坑底隆起問題。第三，施工管理不充分，在開挖好基坑之后未及時施工，在降雨等因素影響下導致作業面出現大面積積水問題，土體在吸收水分之后發生膨脹，進而產生坑底隆起問題。

2.3 墻外土體固結沉降問題

在基坑圍護結構外側普遍存在不均勻超載問題，因此可導致土體豎向固結，進而出現地表下沉現象，且其沉降量隨著超載量增加而增加。利用施工降水達到干燥作業面的效果，使土體工程性質得到有效改善，特別需要注意的是，不論是坑內降水，還是抗外降水，均應對其有效應力進行增加，以降低其孔隙水壓力，達到固結沉降土體的目的。由于相比于坑內降水，坑外降水的影響范圍比較廣、沉降量比較大，因此在允許的條件下，應優先選擇坑內降水，使固結沉降量減少。

2.4 管涌與流沙問題

在基坑施工中，管涌與流沙問題的產生主要是因降水引起坑內、坑外水頭差，在動水壓力影響下出現滲流破壞現象，此類問題通常在砂性地層中多見。如果基坑之下屬于疏松砂土土層，且在滲流作用下動水坡度超出砂土動水坡度極限時，則會降低土體穩定性，使土層懸浮。另外在滲流水壓力的影響下，土體失去平衡，并從基底土中逐漸流出。如果施工中有嚴重的流沙問題則會引起地面下沉和基坑塌陷。

管涌問題則是在滲透水流將土層中小顆粒土帶走之后，滲流口處出現空洞，并逐漸發展成為水流管道，在已經形成的管道中被帶走的泥沙和滲流涌出。管涌現象嚴重則會松動施工土層，增加土體空隙，使土體強度降低，坑壁將失去穩定性。

2.5 其他問題

除上述問題之外，在地鐵建設中還應注意以下問題：第一，由于降水導致的砂土流失、地下連續墻存在砂土流失問題等引起地層損失，進而導致沉降。第二，施工過程中，由于挖面長時間暴露在外、一次性開挖過大面積且未及時支護而導致的土體流失和滑落問題。

3 盾構施工相關環境巖土工程問題

在地鐵建設中，與盾構施工相關的環境巖土工程問題，包括盾構需要于市區內穿群樁，同時盾構需要從交叉密集的地下管網中穿越，同一地鐵區間內上行線和下行線盾構需要對向或同時掘進。在掘進過程中，盾構機使附近土體初始應力發生改變，土體原本的平衡狀態被打破，使得各類管線出現沉降問題，同時土層發生下沉現象，若沉降和下沉的幅度過大則容易導致管線出現變形情況，甚至出現斷裂問題，尤其是施工段給排水管線本身已經老化腐蝕，其對變形的抵抗能力相對較弱，一旦出現管線破裂問題，則工作面會有大量水進入，容易引起土體的大范圍垮塌，進而影響著施工范圍內人員安全和建筑安全等，若未引起注意則將導致嚴重后果。另外，盾構施工給土體造成剪切力和擠壓，縮小了土體空隙，土體在外力作用下更加密實，這很容易引起地表下沉，盾構前方土體在擠壓作用下會出現局部隆起現象。還需要注意的使，在進出工作井過程中，盾構需要經常性地降水，以增加土層有效應力，壓密土層。因周圍土體持續供給，有供水壓力產生，進一步增加了土體內應力，進而出現主固結沉降現象。

4 結語

地鐵作為城市交通狀況得以改善的有效方式，在建設過程中應注意考慮環境巖土工程問題，以盡量降低環境對工程建設的影響，保證建設質量和效率，充分發揮地鐵的社會效益。

參考文獻

[1]朱國恩.長沙地鐵1號線環境巖土工程問題及對策[J].山西建筑，2012（06）.

[2]肖日亮.淺析地鐵建設中的環境巖土問題[J].中國新技術新產品，2016（02）.

[3]牟啟巍，丁戈.地下工程中的環境巖土工程問題[J].建筑工程技術與設計，2015（32）.

[4]馮國宏.地鐵建設中的環境巖土工程問題分析[J].中華民居，2013（09）.

[5]程忻.地鐵施工中巖土錨固技術的應用分析[J].中國科技投資，2016（05）.