西安地裂縫地段地鐵線路調(diào)坡設(shè)計研究

文/姚錫偉、趙壹、毛朝勛

1 西安地裂縫機理研究

1.1 西安地裂縫概述

西安地裂縫是一種地區(qū)性的地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)象，包括已出露地表的地裂縫和未在地表露出的隱伏地裂縫。“西安地裂縫”一詞具有其特定的意義，它專指在過量開采承壓水產(chǎn)生不均勻地面沉降條件下，臨潼—長安斷裂帶西北側(cè)的一組北東走向的隱伏地裂縫出現(xiàn)活動，在地表形成的破裂[1]。其分布由南而北在黃土梁洼之間有規(guī)律排列，均位于黃土梁的南側(cè)，呈帶狀分布，并且各條地裂縫帶大體呈等間距近似平行排列的特征。

1.2 西安地裂縫成因

1.2.1 構(gòu)造活動

深部構(gòu)造活動是地裂縫活動的內(nèi)因，決定了地裂縫延伸和展布的規(guī)律及其力學(xué)性質(zhì)。地裂縫是大范圍深部構(gòu)造活動或斷裂的蠕動在地表的反映，它表現(xiàn)出在大范圍內(nèi)有統(tǒng)一的受力方向，并且與區(qū)域構(gòu)造方向以及區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場的力學(xué)性質(zhì)有很好的一致性[2]。西安斷陷受應(yīng)力場控制，由應(yīng)力-應(yīng)變分析表明，在NE-SW 向擠壓應(yīng)力與上地幔隆升作用下，產(chǎn)生形變。作用的結(jié)果使NW-SE 向出現(xiàn)伸展應(yīng)變。這種伸展應(yīng)變是材料的泊松效應(yīng)，也是渭河盆地區(qū)域主應(yīng)力的成因[3]。據(jù)歷史記載，西安歷史上出現(xiàn)的多次地裂活動與臨潼—長安斷裂帶的地震活動在活動時間及活動周期上具有很好的一致性。因此，西安地裂縫形成主要與斷裂的長期活動有關(guān)[4]。

1.2.2 人為活動

西安市所在關(guān)中地區(qū)是人類早期活動區(qū)域之一，城市開發(fā)久，人口稠密，供水需求極大。但是西安市屬缺水城市，主要的供水水源為地下水。目前最大累積沉降量已超過1000mm，并成為西安市沉降速率最大的地區(qū)[5]。因此，洼地部位的地面沉降量大于梁地部位的沉降量，產(chǎn)生差異沉降。西安地裂縫均發(fā)育在梁地向洼地的過渡地帶，且主要活動方式為南傾南降的正斷型活動（局部除外）。這種差異沉降正好與地裂活動正向疊加，使其表現(xiàn)出超常的活動。

1.2.3 其他原因

斷裂活動是西安地裂縫形成的地質(zhì)構(gòu)造基礎(chǔ)，在此基礎(chǔ)上的大規(guī)模開采地下水又加劇了活動趨勢。此外低洼地的雨水積聚、黃土濕陷變形、修建建筑物引起的地面荷載及震動等都會為裂縫的擴展提供一些有利條件。

由于西安地裂縫災(zāi)害分布在西安市區(qū)及近郊，對城市工程建設(shè)影響較大，特別是近年來隨著地鐵工程建設(shè)的突飛猛進，研究西安地裂縫對地鐵線路設(shè)計的影響和處理措施，就顯得非常有理論意義和實踐意義，本文以西安地鐵六號線二期工程為例，對西安地裂縫段的地鐵線路設(shè)計進行深入的研究和分析。

2 工程概況

西安地鐵六號線二期工程起于一期工程勞動南路站后，主要沿勞動南路、西關(guān)正街、西大街、東大街、東關(guān)正街、咸寧路、紡織城正街、長樂東路行進，在長樂東路與柳鳴路路口設(shè)置二期工程終點站紡織城站。線路長約19.493km，均為地下線；設(shè)車站17 座（其中換乘站6 座），最大站間距1.708km（豐慶路站—西關(guān)正街站），最小站間距0.732km（西關(guān)正街站—貢院門站），平均站間距1.161km；設(shè)停車場一座（見圖1）。

圖1 西安地鐵六號線二期工程線路走向示意圖

根據(jù)《西安市地鐵六號線工可階段沿線地裂縫勘察報告》[6]，并結(jié)合初步勘察階段結(jié)果，二期工程全線分布有f4、f5、f6、f7、f8、f8-1、f6北共7 條地裂縫（或帶），相交地段11 處。與地鐵六號線相交的各條地裂縫對地鐵六號線影響程度分級定性評價等級在A～C 之間。其中東關(guān)正街—興慶路區(qū)間影響等級為B，紡五路-紡三路區(qū)間影響等級為C。

3 地裂縫設(shè)防段及調(diào)坡段研究

3.1 一般地段地裂縫

一般地段地裂縫設(shè)防段長度按照長安大學(xué)編制的地裂縫研究報告進行設(shè)計；調(diào)坡段位于地裂縫上盤，設(shè)防段之外；調(diào)坡段長度等于130m 減去上盤設(shè)防段長度，如圖2 所示。

圖2 一般地段地裂縫調(diào)坡段設(shè)置示意圖

3.2 一般地段地裂縫調(diào)坡設(shè)計

根據(jù)地裂縫的變形規(guī)律，當(dāng)?shù)亓芽p上盤發(fā)生垂直位移量時，應(yīng)從地裂縫處沿上盤方向調(diào)坡，如圖3所示。

圖3 一般地段地裂縫調(diào)坡設(shè)計示意圖

對于調(diào)整的坡段長度，在線路縱斷面設(shè)計時最大位移量按地裂縫設(shè)防研究報告、地勘報告中建議位移量數(shù)值，考慮運營行車條件的平順性及舒適度，兼顧土建工程量，調(diào)坡段線路兩個豎曲線之間的夾直線長度滿足≥50m，同時調(diào)坡后的縱坡不大于設(shè)計最大坡度，不小于最小排水坡度要求。

就西安地鐵六號線二期工程東關(guān)正街站—興慶路站區(qū)間縱坡調(diào)坡設(shè)計進行實例研究。根據(jù)長安大學(xué)《西安地鐵六號線穿越地裂縫帶設(shè)防研究》，東關(guān)正街站—興慶路站區(qū)間f5地裂縫處于二類場地地裂縫與地鐵六號線交匯處，最大垂直位移預(yù)留量建議值為500mm。縱向設(shè)防長度設(shè)計建議值上盤35m，下盤30m，總計65m。按照地鐵設(shè)計使用期（100年），經(jīng)檢算，在上盤設(shè)防段外地鐵區(qū)間隧道垂直最大沉降為500mm 時，由地裂縫與線路交點處設(shè)置變坡點，向上盤方向100m 處設(shè)置調(diào)線調(diào)坡以滿足調(diào)坡段外的地鐵區(qū)間隧道沉降，調(diào)坡后的線路即可滿足規(guī)范要求，原軌面坡度為11‰，調(diào)整后軌面坡度i=i0-A/100m=11‰-0.5m/100m=6‰（i0為原軌面坡度，A為最大垂直位移）。因此調(diào)整后坡度滿足最大坡度及最小排水坡度要求，如圖4 所示。

圖4 東關(guān)正街站—興慶路站區(qū)間調(diào)線調(diào)坡示意圖

3.3 特殊地段地裂縫調(diào)坡設(shè)計

當(dāng)同時存在兩條主地裂縫或同時存在主地裂縫和次生地裂縫，且相距較近時，按照一般情況就不具備調(diào)坡條件，需要針對具體情況，具體分析解決。本文以西安地鐵六號線二期工程紡五路站—紡三路站區(qū)間為例進行實例分析研究。

紡五路站—紡三路站區(qū)間有兩條均為f7的地裂縫，兩條地裂縫相距較近，約為14m，且均為主地裂縫。按照一般情況，難以設(shè)置調(diào)坡段及設(shè)防段，且調(diào)坡后坡度坡長難以滿足規(guī)范要求。根據(jù)地裂縫設(shè)防研究報告、地勘報告，并經(jīng)與地勘、結(jié)構(gòu)等相關(guān)專業(yè)研究，調(diào)坡段設(shè)置在第一條f7地裂縫上盤，第二條f7地裂縫不設(shè)置調(diào)坡段，兩條f7地裂縫之間采用框架結(jié)構(gòu)板進行調(diào)節(jié)，設(shè)防段長度及調(diào)坡方式如圖5 所示。

圖5 紡五路站—紡三路站區(qū)間地裂縫設(shè)防段設(shè)置圖

4 結(jié)語

以往，針對地裂縫形成機理、地裂縫加固措施和地裂縫結(jié)構(gòu)設(shè)計的研究較多，針對在地裂縫情況下的地鐵線路調(diào)坡設(shè)計的研究較少。本文以西安地鐵六號線二期工程為例，對地裂縫形成機理，對地鐵線路影響和調(diào)坡設(shè)計進行了研究和實例分析，以期對相關(guān)設(shè)計和工程實踐提供參考。