徐州市城市軌道交通建設對當?shù)丨h(huán)境地質(zhì)的潛在影響

張偉剛 吳家銘

摘 要： 針對徐州城市軌道交通工程建設特點，對城市軌道交通建設過程中出現(xiàn)的地質(zhì)環(huán)境問題進行總結(jié)，詳細論述了導致地下水污染、巖溶塌陷、地表沉降等環(huán)境地質(zhì)問題的主要因素、過程及不良后果，為施工階段的安全風險控制和開展專項環(huán)境治理提供參考意見。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；環(huán)境地質(zhì)；地下水污染；巖溶；地表沉降

城市軌道交通的建設不可避免地會對城市的環(huán)境造成一定的影響，這些影響主要表現(xiàn)為地下水流場及其水質(zhì)遭到破壞、城市地面塌陷及地面沉降等。本文以徐州軌道交通建設為例，探討研究軌道交通建設對當?shù)丨h(huán)境地質(zhì)的影響[1～2]。

1、徐州市區(qū)工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

徐州市位于魯南丘陵與蘇北平原交匯的殘丘平原上，淺部第四系松散沉積物主要為為湖積粉土、沖積黏土，20m以下的中更新統(tǒng)沖積黏土，土質(zhì)堅硬，普遍夾鐵錳結(jié)核，是徐州市區(qū)第四系老地層的代表，基巖以寒武系、奧陶系碳酸鹽巖為主。巖體產(chǎn)狀和走向為徐州復背斜所控制，其軸部恰過市區(qū)，走向東北，所以山體也多呈北東向帶狀展布[3～4]。

本區(qū)內(nèi)構(gòu)造發(fā)育，主要斷層為張性—張扭性廢黃河斷裂帶，斷裂帶內(nèi)巖石破碎，裂隙、巖溶發(fā)育，為本區(qū)的強裂隙巖溶發(fā)育帶。第四系土層中的潛水主要賦存于沖積形成的粉土，受大氣降水、地表水補給，具有明顯的豐、枯水期變化。第四系孔隙弱承壓水為弱承壓含水層，主要補給來源為上層地下水入滲補給，排泄為向下層含水層入滲排泄或人工水井排泄。基巖裂隙水主要賦存于奧陶系、寒武系灰?guī)r溶洞和裂隙中，受地層地下水及周圍基巖裂隙水補給，在構(gòu)造破碎帶、節(jié)理裂隙密集處匯集，水量較大，具有承壓性。

2、軌道交通對地下水的影響

2.1工程建設對地下水質(zhì)量的影響

建筑材料中的某些化學成分能夠改變地下水的物理化學組分，導致地下水流場發(fā)生變化，使地下水水質(zhì)惡化。化學注漿常使用水玻璃、聚氨酯和環(huán)氧樹脂漿材等化學材料，化學漿液在含水地層中滲透、擴散，污染地下水；工程建設中使用的水泥、沙石、涂料等，產(chǎn)生的泥水、沖洗水，通過地表沖刷和下滲作用，滲入地下含水層，也會使地下水水質(zhì)惡化。施工中的污水如洞內(nèi)漏水、廢漿、施工機械漏油以及工地的生活污水，如排放不當，都會引起地漿下水污染。此外，施工中的建筑垃圾，通過降水淋濾，也可能滲入地下使水質(zhì)惡化。

軌道交通的建設破壞原來的隔水層，導致地下水污染。軌道交通工程埋深較深，有可能穿過隔水層，如果工程的防滲隔水系統(tǒng)不完善，就會導致污染的地表水通過工程入滲污染地下水，或者上部已污染的地下水可能通過隧道流入下部的含水層，造成污染[5]。

車站基坑施工中往往需要人工降水，以達到降低地下水位、疏干基坑、固結(jié)土體、穩(wěn)定邊坡、防止流砂和便于開挖的目的。大面積的人工降水將導致地下水漏斗式下降，使地表水和水位相對較高的地下水回流，從而將污染物帶入地下水系統(tǒng)。此外，人工降水使水位下降，引起黏性土壓密釋水時，黏性土中水的某些組分也隨之進入含水層，導致地下水水質(zhì)發(fā)生變化。

2.2 軌道運營對地下水流場的影響

徐州地下水流向和故黃河河道走向大致一致，軌道交通1、2、3號線路與古河道相截，多次切割地下水的徑流，從而改變了地下水的運移系統(tǒng)。軌道交通對地下水的攔截會導致地下水位的變化，迎水面水位升高和背水面水位降低。地下水位的抬升可能導致部分洼地沼澤化，地下水位的降低可能影響城市的供水。

如果忽略工程建設前后滲流速度的變化，地下線路截住地下水徑流使過水斷面的面積減小，從而使單位時間內(nèi)滲流量減小，那么單位時間古河道向故黃河排泄污水的能力降低，受污染的地下水難以及時排出，使地下水的污染加劇，水質(zhì)惡化。

3 、軌道交通對巖溶穩(wěn)定性的影響

通過對徐州市巖溶塌陷情況的分析，地面巖溶塌陷有一定的時空規(guī)律： （1）巖溶塌陷產(chǎn)生的時間與地下水的大量開采時間相對應，塌陷時塌陷地帶附近的地下水開采都較強烈，且地下水位的升降幅度較大；（2）塌陷都發(fā)生在巖溶強烈發(fā)育地段，即本區(qū)的廢黃河斷裂帶及其附近；（3）塌陷大都發(fā)生在松散層較薄的地帶，且松散層呈多層結(jié)構(gòu)，本區(qū)塌陷處松散層厚度均小于30 m；（4）在降雨期和地表受到強烈震動時，易發(fā)生巖溶塌陷[4]。

巖溶的危害是不容忽視的，隧道圍巖中隱伏巖溶發(fā)育，軌道交通施工中圍巖容易大量失水、坍塌，破壞盾構(gòu)機的水壓平衡，導致其下沉、偏轉(zhuǎn)，并引起差異沉降而影響隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與變形以及后期的管片滲漏，甚至引起地面塌陷等事故。隱伏巖溶是徐州軌道交通工程的一大隱患，將嚴重危及隧道施工和運營安全，應進行加固處理。為防止地面沉降、突泥突水、滿足隧道永久變形與防水要求、避免盾構(gòu)機的陷落或偏轉(zhuǎn)等事故發(fā)生，可以通過綜合勘察手段（調(diào)繪、物探、鉆探和水文試驗及室內(nèi)試驗）和超前地質(zhì)預報，基本查明巖土層結(jié)構(gòu)、構(gòu)造以及巖溶的空間分布和地下水的活動規(guī)律。高壓劈裂注漿是巖溶綜合治理中起決定性作用的措施[7]。

目前尚未發(fā)現(xiàn)有巖溶地面塌陷災害發(fā)生，但在部分巖溶發(fā)育地段，巖溶水與孔隙承壓水含水層聯(lián)通，具備巖溶地面塌陷地質(zhì)背景條件，現(xiàn)狀中雖未發(fā)現(xiàn)巖溶塌陷，但隨著巖溶水的開采，水位繼續(xù)下降，具有產(chǎn)生巖溶地面塌陷的可能性。

4、軌道交通對地面沉降的影響

徐州軌道交通的隧道施工方式有礦山法和盾構(gòu)法。影響盾構(gòu)隧道地表沉降因素有開挖模式、渣土倉壓力、覆土厚度、地層性質(zhì)、盾尾注漿時間、注漿量和注漿壓力、出土量及盾構(gòu)推進速度等，地表沉降是這些因素綜合作用的結(jié)果[6]。

盾構(gòu)法開挖隧道引起地表沉降的主要原因是土體的初始應力狀態(tài)受到擾動。原地層受擠壓、剪切等復雜的應力路徑，平衡狀態(tài)受到破壞。特別是在強風化地層和全風化地層施工時，盾構(gòu)隧道施工不可避免地對地下水產(chǎn)生擾動。特別是在富水地段，采用敞開模式開挖，可能引起地下水位大幅下降，使地層中土體有效應力增加，從而導致地層發(fā)生較大的固結(jié)沉降。如果遇到隧道覆土有較厚的軟弱地層，固結(jié)沉降占總沉降量的比重很大，而且由此引起的地表下沉范圍很大，往往對周圍環(huán)境產(chǎn)生災害性影響。

此外，盾構(gòu)施工中的盾構(gòu)糾偏、盾構(gòu)停機、出土量變化、管片變形等因素都會對地表沉降產(chǎn)生不利影響。

5、結(jié)論

（1）軌道交通建設會對徐州地區(qū)的地下水產(chǎn)生潛在污染，對廢水、廢渣要進行必要的處理，盡可能地減少污染源，要注意選擇適宜的地點作為廢水、廢渣的填埋存儲場所，對供水水源地應建立嚴格的防護帶。

（2）車站基坑施工降水會形成降落漏斗，造成地下水位下降，應合理使用井點，采用減緩降水速度避免土粒帶出或是井點連續(xù)運轉(zhuǎn)避免間歇和反復抽水等措施，將這種影響控制在周圍環(huán)境可以承受的范圍之內(nèi)[8]。

（3）建成后的隧道洞身會切割地下水流場，影響地下水補給、排泄通道和流速變化，導致地下水位下降，污染地下水質(zhì)量。

（4）隱伏巖溶導致的地面塌陷是徐州軌道交通建設的重大隱患，施工前需開展詳細的工程地質(zhì)勘察工作，查明巖溶裂隙發(fā)育規(guī)律及覆蓋層變化規(guī)律，劃分出易塌陷區(qū)的范圍，應盡可能地遠離易塌陷區(qū)，或?qū)σ姿輩^(qū)內(nèi)的建筑物地基進行特殊處理。

（5）地表沉降是由隧道盾構(gòu)施工中多種因素綜合作用的結(jié)果，但土體的初始應力狀態(tài)受到擾動和地下水位下降是引起地表沉降的主要原因。

參考文獻：

[1]劉爾烈、徐斌.城市快速軌道交通工程施工的環(huán)境影響分析與對策[J]天津理工學院學報，2002，18（2）：85-86.

作者簡介：

張偉剛，男，工程師，主要從事巖土工程勘察設計工作.