地裂縫段地鐵工程線路設計新方案探究

屈良寬，劉宇航，文德一

[摘要]地鐵建設經常會發生線路穿越地裂縫帶的情形，而地裂縫的活動又會對地鐵施工和建成后運營的安全產生不利的影響。因此，如何確保地鐵線路各系統在地裂縫活動下的整體性、穩定性以及運行的安全性是需要重點去研究和探索的問題和難題。在原常規處理地裂縫段地鐵工程設計經驗的基礎上，結合西安地鐵六號線工程下穿特殊地裂縫段具體實例分析研究，提出新的線路設計方案，從而總結出一套針對不同地裂縫段更全面更完善的研究策略，將更有效地解決地裂縫對地鐵工程的危害。

[關鍵詞]地裂縫； 地鐵； 線路設計； 研究策略

[中國分類號]U212.35? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?[文獻標志碼]A

0引言

我國地裂縫主要分布的華北和長江中下游，以汾渭地塹、太行山東麓平原和大別山北路平原為三大地裂縫發育地帶。在陜西、山西、河北、河南、山東等省的西安、大同、邯鄲、鄭州、淄博等地較為普遍，其中以陜西西安的地裂縫最為典型和嚴重。目前，西安地鐵的建設經常會發生線路穿越地裂縫帶的情形，而地裂縫的活動又會對地鐵施工和建成后運營的安全產生不利的影響。因此，如何確保地鐵線路各系統在地裂縫活動下的整體性、穩定性以及運行的安全性，是西安地鐵工程建設中除濕陷性、穿越古建筑地基之外，又一需要重點去研究和探索的問題和難題［1］。

1西安地裂縫的基本特征

地裂縫發育具有方向性和延展性，同一區域地裂縫發育方向基本相同［2］；地裂縫災害具有非對稱性、不均一性、漸進性及周期性等特征。西安的地裂縫為在正斷層組的基礎上發育而來的，在黃土梁洼之間從南到北呈現出有規律性的排列，形狀呈條帶狀帶的分布［3］。西安地裂縫共發育14條，在平面上起分布特征主要表現為定向性和似等間距性。在剖面形態上，地裂縫一般呈上寬下窄的楔形狀態，向下逐漸收縮變窄［4］。其主體一般向南面傾斜，傾斜角度一般較陡（在70°以上）。主、次級地裂縫在剖面組合形式上具有多樣性，一般可以分為3種形狀：階梯狀、“y”字型和側羽式［5］。

西安的地裂縫一般是作正斷層式的活動，從其活動的特征上來看，它的上盤相對下盤來看總是產生向下的滑動，其豎向上的差異運動在地表地層中形成一個影響帶，該影響帶主要由微變形區和主變形區組成，影響帶的寬度伴隨著地層深度的不斷增加而逐漸減小［6］。

2地裂縫對地鐵工程的影響

通過長期檢測數據分析，地裂縫在水平方向上活動的位移量一般非常小，位移量不會因為時間的增加而出現位移量加大的情況。因此，城市軌道交通工程的建設基本可以忽略地裂縫水平方向上位移帶來的影響。

但是，地裂縫在垂直方向上活動的位移量具有隨時間增加而加大的特點，由于地裂縫豎向滑動速率非常小，一般不會對地下建構筑的基礎產生動力破壞，但會對地下建構筑物基礎產生緩慢破壞作用，因此，其對地鐵工程的作用等同于地鐵工程在靜力作用下的變形，靜力荷載大小相當于地裂縫上盤地鐵重量和上覆土體重量之和［7］。

地裂縫作為一種典型地質災害，對地鐵工程的建設及建成后的運營均有不同程度的危害影響：

（1）地裂縫上、下盤滑動引起隧道結構跟隨其錯動而變形，從而導致隧道管片開裂等。

（2）地裂縫活動通過隧道管片等傳遞到軌道上，導致穿越地裂縫段的軌道變形，對列車的運營安全產生極大的威脅。

（3）地裂縫活動引起隧道變形開裂從而導致防水防滲設施損壞，出現洞內漏水滲水，進而影響地鐵的運營安全。

3地裂縫段地鐵線路常規處理方法

3.1調坡段的設置

為確保地裂縫上、下盤發生較大的豎向位移量后線路的平順性，經多方案的比選研究，主要通過調整線路縱斷面坡度來實現地鐵適應地裂縫的變形。一般做法為根據地裂縫豎向上有規律的變形位移，當其上盤發生豎向上的位移量A時，則沿其上盤方向調坡，詳見圖1。

3.2調坡段及設防段長度

調坡段范圍位于上盤的設防段之外；調坡段的長度等于一列車長120 m加上豎曲線切線長的和（約130 m）減去上盤設防段的長度。詳見圖2［8］。

3.3線路設計注意事項

調整前縱斷面、調整后的縱斷面設計均要滿足規范要求，如：最小坡度、最大坡度、2個豎曲線間的夾直線長度要求等。

4地裂縫段地鐵線路新處理方法

為確保地裂縫段發生較大變形后保持地鐵工程線路的平順性，提升地鐵工程適應地裂縫豎向位移變形的能力，一般通過調整線路縱斷面坡度來實現。其具體做法為：調坡段設置在地裂縫下盤，區間隧道下部空間根據預測的地裂縫最大垂直位移量進行加大，可調式框架板下的墊塊高度由地裂縫最大豎向位移量確定。當上盤產生豎向上的位移時，則沿下盤方向調坡（圖3）。

調坡段位于下盤，設防段范圍之外；調坡段長度B2等于一列車長120 m加豎曲線切線長之和（約130 m）減去下盤設防段長度A1。

5地裂縫段地鐵線路設計新方案的實例分析

本次針對西安地鐵6號線丈八一路站至科技八路站區間地裂縫，在借鑒以往常規處理方法的設計經驗之上，根據地裂縫上、下盤周邊環境的復雜性等對其采用本文提出的線路設計新方案。

丈八一路站至科技八路站區間在靠近科技八路站有f8、f7地裂縫，控制性建筑主要有都市之門地下停車場、一品竹園新概念火鍋、永陽置業公司、丈八東路立交橋、人行天橋、遠期八號線。其中f8地裂縫距離丈八東路立交橋約75 m，丈八東路立交橋位于f8地裂縫上盤，f8與f7地裂縫之間相距約300 m。區間周邊環境條件如圖4所示。

從圖4可知，地裂縫上盤外部施工環境復雜，風險及投資等代價較大，將調坡段由上盤調整至下盤（圖5）。

采用新的設計方案后由盾構替代礦山法穿越建筑和立交橋樁基密集段約90 m（雙線），由于該段采用了WWS工法注漿，每單延米礦山法土建投資按12萬元考慮，調整后的每單延米盾構法土建投資按5萬元考慮，因此新的設計方案可將該90 m（雙線）工程投資減少約1 260萬元，節約工期約5個月，大大降低了前期費用、協調工作量及工程實施風險。

6結束語

在對西安地鐵6號線丈八一路站至科技八路站地下區間進行地裂縫綜合研究及分析后發現：在地鐵工程線路設計時，如果將調坡段范圍設置在下盤，則能有效解決暗挖法隧道施工困難的區域，減少礦山法區間隧道施工長度；同時軌道采用“主動沉降”的方式來適應地裂縫沉降，以達到減小地裂縫活動對地鐵建設和建成后運營產生不利影響的目的。可見針對地裂縫段地鐵工程進行線路設計研究后提出的新方案，無論從風險控制、工程投資、施工工期及后續線路條件預留等方面都有較大優勢，大幅降低工程實施難度及風險，創造良好經濟效益，可為類似工程提供有利借鑒。

參考文獻

［1］魏鵬勃.淺談西安地裂縫對地鐵工程的危害及其防治措施［J］.中國西部科技，2012，11（1）：15-17.

［2］潘懋， 李鐵鋒. 災害地質學［M］. 北京：北京大學出版社， 2002.

［3］林康利.西安樞紐南環線地裂縫地區的勘察及選線［J］.山西建筑，2007（14）：298-300.

［4］張結紅， 劉洋， 李凱玲，等. 地裂縫環境下馬蹄形地鐵隧道與土體相互作用的研究［J］. 防災減災工程學報， 2011， 31（3）：7.

［5］林康利. 西安地鐵二號線沿線地裂縫帶的結構及防水措施［J］. 鐵道勘察， 2007， 33（4）：3.

［6］黃強兵. 地裂縫對地鐵隧道的影響機制及病害控制研究［D］.西安：長安大學，2009.

［7］李團社.西安地鐵穿越地裂縫帶線路與軌道工程方案研究［J］.鐵道工程學報，2009，26（12）：81-85.

［8］劉堯江. 西安地鐵六號線穿越地裂縫設計措施選取與思考［C］// 中國鐵道學會鐵道工程分會工程地質與路基專業委員會第25屆年會暨學術交流會論文集. 中國鐵道學會， 2016.