探討西安地鐵建設中對地裂縫危害的防治措施

王大勇

摘 要：地裂縫是多年以來外土建專業(yè)人士所認識的對于城市建設發(fā)展能夠產生較大影響的一種地質災害。但對于正在大規(guī)模修建地鐵的西安市來說，面對大規(guī)模的地裂縫發(fā)育帶，且分布范圍廣，對城市建設者帶來了前所未有的挑戰(zhàn)。自建國后發(fā)現(xiàn)，特別改革開放以來，由于人為原因從而導致地裂縫的加快發(fā)育，目前作為西安市主要的地質災害，對地鐵建設工程具有很強的危害性。本文研究介紹地裂縫的成因、在地鐵建設中的危害風險及西安地鐵五號線對F10地裂縫治理加固。

關鍵詞：地裂縫；西安地鐵五號線；危害；治理措施

1、地裂縫的成因

地裂縫是土體、地表巖在外在因素的影響而產生裂縫，在地表形成一道裂縫的地質現(xiàn)象，當這種現(xiàn)象經常發(fā)生在人類活動的活動范圍，便可成為一種地質災害。地裂縫成因很多。地質運動、水循環(huán)和部分人類生產生活活是其形成的主要原因。在我國，西安市形成的地裂縫數(shù)量最多，影響范圍較大，目前，西安市區(qū)根據(jù)地表出露形跡和各種類的勘察手段已經確定的地裂縫有14條。

2、地鐵五號線項目工程概況

西安地鐵五號線一期工程西起和平村，沿昆明路向東，先后經富源一路、西三環(huán)、皂河、漢城南路，至西二環(huán)后，線路轉向南下穿豐慶公園，經高新四路后折向東，沿友誼路前行，經太白北路、含光路、長安北路、文藝路、雁塔路、太乙路后，沿雁翔路南行，經西影路、岳家寨后，線路轉向東沿規(guī)劃道路前行至長鳴路，上跨雁鳴湖、東三環(huán)后至本期工程終點紡織城火車站。根據(jù)已有研究記錄和現(xiàn)場地面調查及實際勘探成果，查明西安地鐵五號線穿過f3、f4、f5、等八條地裂縫和三個分支裂縫，F(xiàn)10地裂縫位于雁翔路南段，北起石羊農莊，沿雁翔路自北向南延伸，至雁翔路加氣站處線路改為自西向東延伸至黃渠頭村。地面起伏稍大，呈南高北低之勢，地面高程介于461.66～479.73m，地貌單元屬黃土梁洼。

3、地裂縫對地鐵工程危害

地裂縫是西安典型的地質災害，對地鐵工程的施工和安全運營有較大威脅，特別是和地鐵相交的地裂縫，會給地鐵隧道主體結構帶來嚴重的危害，如與線路小角度斜交時，會造成地鐵隧道結構變形破壞不對稱，并隨著沉降的擴展，首先發(fā)生扭轉變形，然后發(fā)生彎曲和剪切變形破壞。地裂縫對地鐵工程的影響主要集中在以下幾點：

（1）地裂縫兩側上下盤互相來回錯動，因而地鐵主體隧道結構伴隨地層變形發(fā)生結構的開裂或彎曲剪切破壞；

（2）地裂縫帶的地質活動通過襯砌影響到隧道內部的軌道線性，導致穿越地裂縫處的軌道產生位移沉降變形，給列車的安全運行造成很大的風險；

（3）地裂縫的運動造成隧道的主體結構開裂或變形縫防水措施的破壞，引起地下水滲灌入隧道，嚴重威脅列車的安全運行。

（4）地層變形，導致地鐵隧道上層管網滲漏開裂，雨污水浸泡整段地層，從而使隧道外層應力增大有坍塌風險，直接影響地鐵施工或者開通運營。縱觀國內外研究，其成果多為地裂縫的成因機制、區(qū)域地質背景以及地表破裂等宏觀表象分析，而防治研究方面也多次采用宏觀對策進行防治。

4、F10地裂縫治理措施

4.1 隧道通過F10地裂縫的工法

地鐵五號線區(qū)間隧道穿越F10地裂縫，地裂縫段應采用淺埋暗挖法施工，暗挖段設置一處施工豎井及橫通道，施工豎井采用倒掛井壁法施工，橫通道采用臨時仰拱法施工。區(qū)間隧道采用CRD施工，初期支護為鋼格柵加噴射混凝土。各洞室均采用臺階法開挖，各導洞縱向開挖時上下導洞錯開4～5m，左右導洞應錯開4～5m，施工中必須認真組織好各洞室施的施工前后順序。開挖作業(yè)嚴格遵循“小分塊、短臺階、強支護、多循環(huán)、快封閉、勤量測”原則。

4.2穿越地裂縫帶的隧道襯砌結構分縫原則

根據(jù)以往西安地鐵1、2、3、4號線的研究成果和經驗，斜交條件下地鐵分段隧道與地裂縫的平面投影關系，變形縫設置模式和分段長度優(yōu)化計算模式大致歸為以下兩種模式：

模式一：對縫設置，及分段隧道中有兩段隧道橫跨于地裂縫上；

模式二：騎縫設置，分段隧道中僅一段隧道橫跨于地裂縫上。

4.3擴大斷面預留凈空和局部襯砌加強

西安地鐵五號線沿線地裂縫在設計使用期內設計值300mm和500mm，為防止地裂縫活動引起隧道變形侵入建筑界限，隧道穿越地裂縫變形區(qū)必須擴大斷面預留變形量，在特殊情況下隧道的凈空和行車時的安全能得以保證。采用復合式襯砌確保結構強度，在地裂縫地段隧道必須預留足夠的凈空，地裂縫活動后仍能通過改變線路調坡保證線性的平順和行車的通過性。

4.4分段設縫加柔性接頭

隧道分段設縫后，結構應力釋放，受力明顯減小，但防水壓力明顯增加，因此接頭構造包括結構形式和防水構造，根據(jù)前期地鐵的研究和經驗，分段設縫接頭大致可采用以下三種構造形式或設置方案。

（1）可卸式拼裝柔性接頭設置方案

由于地裂縫活動會導致結構錯位而引起防水失效，重點考慮使用可維修、可更換、易于操作的構造形式上，使用可卸式拼裝柔性接頭具有方便經濟、可操作性強的特點，對不同活動級別的地裂縫地段均可使用。其襯砌第一道剛性防水層，二襯可安裝中埋式止水帶組成第二道防水，內層拼裝結構的防水構成第三道防水。

（2）且行止水帶+中空彈性止水帶+止水帶多道柔性接頭設置方案

該方案在由中鐵第一勘察設計研究院和西北橡膠塑料設計研究院在長安大學課題研究組所提雙層襯砌結構柔性接頭的基礎上提出的它結合進行了多道防水，能起到較好的防水效果。

4.5重難點應對措施

由于地裂縫破碎帶難以形成自然拱，開挖時容易發(fā)生拱部坍塌、變形過大等事故，因此地裂縫暗挖隧道施工的難點和風險源主要應對措施有：

（1）技術保障：項目部專門成立地裂縫段施工專家小組，聘請地鐵設計、施工、科研方面的專家和地質工程專家、西安市從事地裂縫研究和處理專家共同組成科研攻關小組，并對施工過程進行現(xiàn)場指導，借鑒西安地鐵其它線路地裂縫施工成功經驗統(tǒng)籌安排施工；

（2）超前探測：在施工到地裂縫前，對前方地層進行探測，根據(jù)探測到的地形情況對施工方案進行調整；

（3）超前支護：根據(jù)設計要求采用管棚進行超前加固，同時配合小導管超前注漿加固地層；

（4）加強監(jiān)測：項目部成立專項施工監(jiān)測小組，施工過程中對于地裂縫段的地表、地面建筑物和隧道洞內加密布設監(jiān)測點，且施工中增加頻率。將監(jiān)測信息反饋給設計和監(jiān)理單位，及時對監(jiān)測信息進行分析反饋；

（5）制定詳細的應急預案，準備充足的應急物資、設備，根據(jù)監(jiān)測結果對地表建筑物進行有必要的地表注漿加固。

5 結論

地鐵穿越地裂縫建設工程治理理措施研究是一個漫長而復雜的過程，其伴隨著地質活動難以抗拒，作為工程建設者，如果只加強主體結構的強度、剛度來抵抗地裂縫的活動，是不足以安全穿越地裂縫縫，設計方和施工方應對地裂縫將引發(fā)的沉降變形，并將變形量提前考慮在結構尺寸內，這樣才能確保主體結構和運營的安全。最終采用的任何方案，都應遵循以防為主，結構適應變形的原則。

參考文獻：

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[2]西安地鐵五號線穿越地裂縫帶的設防專題研究 （2015.3）

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