地铁建设中的环境岩土工程问题

地铁建设中的环境岩土工程问题分析摘要:地铁工程是一项建设规模大、工期长、投资多、社会效益倍受关注的工程。沈阳地铁工程穿过的地层主要为砂性地层,沿线地上穿越多个商业繁华区,地下管线密集,安全要求高,施工引起的环境岩土工程问题是地铁建设风险的重要组成部分。本文立足于沈阳地铁一号线工程,结合明挖法、盾构法、施工降水等主要施工工法和手段,分析了砂性地层中与地铁施工相关的支护结构变形、位移,流沙、管涌,因土体变形和沉降引起的地面、管线和相邻建筑物的沉降和破坏,以及与施工降水相关的土体固结和地下水环境的变化等环境岩土工程问题。关键词:砂性地层;地铁;环境岩土工程问题;沉降;变形

0引言地铁工程建设是沈阳自建市以来,规模最大、工期最长、投资最多、社会效益最受关注的一项工程。沈阳地铁一号线沿线穿越多个商业区、城市主干道、多种型式和规模的建筑,因此对地铁建筑过程中的安全性和涉及到的环境岩土工程问题进行分析,开展专项研究是十分必要的。孙钧以上海近年来的工程实践为例,就当前城市地下工程活动的环境岩土工程问题加以总结,归纳了最突出和困难的问题20多处[1],其中沈阳地铁建设涉及到的就有10处之多。本文就沈阳地铁建设这一特定的工程活动涉及的小环境岩土工程问题加以分析。1沈阳地铁一号线概况1.1基本概况沈阳城市轨道建设共规划五条地铁线路。2005年9月沈阳地铁一号线获得批准,并于2005年11月18日开工。沈阳地铁一号线沿东西向横穿沈阳市区,自张士经济开发区至黎明文化宫,全长22.05km,全部为地下线。全线设18座车站,17个区间。1.2工程地质概况沈阳城区坐落在辽河平原与东部山区的衔接地带,地势东北高、西南低。地铁沿线地层上部为第四系全新统人工堆积层和沉积层,一般为粘性土、粉土、中砂、粗砂、砾砂和圆砾土;下覆第三系砂砾岩,局部地段部分地层缺失。工程地质分布见表1。1.3水文地质特征地下水主要为孔隙潜水,部分地区存在有承压水,局部有上层滞水。补给来源主要为大气降水与地表径流,水位随季节影响而有所变化,变幅1.0~2.0m。地下水的稳定水位埋深4.3~12.0m,大部分埋深8.0m左右,主要含水层为中粗砂、砾砂、圆砾层。渗透系数在34.0~81.4m/d之间。水文地质特征呈现为颗粒粗、水量大、渗透快、含水层厚度大。1.4

地铁车站和区间的主要施工方法和围护结构方案沈阳地铁车站采用的施工方法为明挖法、盖挖顺作法、暗挖法,围护结构主要有型钢水泥土复合搅拌桩、钻孔桩加截水帷幕、地下连续墙三种型式;区间主要采用明挖法、盾构法、暗挖法三种施工方法。2地铁建设涉及的环境岩土工程问题2.1

盾构施工引起的环境岩土工程问题问题涉及的主要范围:①盾构在繁华市区穿越高大建筑物的群桩;②盾构穿越地下管网交叉密集地区;③同一地铁区间上下行线盾构同时或对向施工掘进;④盾构进出工作井施工。接主要环境肿岩土工程猎问液题缩:销①盖盾构机掘患进过程中反改变了周寿围土体的皇初始应瓣力吩,早破坏了土丹体的极限扰平衡状患态祥,伟引起土层揉的下筹沉笑,尚造成地面贺及其建筑会物的沉降拴和处于工吸作面上方始土体中的就各类管线功发生沉览降央,基差异沉降倍过大将造骑成管线的米变形和断肤裂屯,哄尤其是沈搭阳地区的旋供排水管常线大都年买代较坦久窃,疤腐蚀老化壮现象严牙重解,染抵抗变形扇的能力降缺低补,漫一旦发生闹管线破挪裂盐,孕大量的水葬流入工作衬面埋,界将造成土怖体大面积困垮叛塌介,将后果将十降分严色重凳,梁直接影响侨施工范围言内草建筑银物和人员沙的安全末。锻②剧盾构施工撕对土体的献挤压和剪售切作障用坚,责使土体的爆孔隙比减机小级,乏土体被压熔密朽,有从而引起沾地表的下悼沉抓,草在盾构前赢方由于挤谷压作里用抄,牵局部产生手土体隆起惯。遗③联盾构在进糕出工作井罢时弦,劣经常要采挥取降水措肺施爽,困降水使土米层中的有杀效应力增雄加膜,单土层被压将密揭;伸另燃外砍,僚由于周围添土体的不差断补昌给锣,跨在一定范塘围内会产廊生动水压巷力徒(愿沈阳地区过地下水埋友藏独浅游,旁蕴含丰曾富款,胁水量补给汗大狱,赖施工降深鉴大烫,绸更易形成脑动水压瓜力驱)船,袋从而使土碌中有效应匠力进一步顿增功加住,衰产生土体诞主固结沉筐降。对于和西部张士筑站到黄海其路站尚存镇在粘性土呜的次固结起沉降群。撞④跑盾构掘进矮后土体处医于应力释耳放的状李态症,店如果盾尾热空隙充填浇不足和不安及征时凳,兆将引起土吧体的下基沉汗[2~4营]辅。那

猴旧盾构掘进阔引起的土京体变右形博(击地表位炒移棵)绵沿盾构前斤进方向可订以分为五听个不同的晃区豪段键,植见秋图诚1话。距2.2监邪基坑开挖抚引起的环听境岩土工落程问题辽沈阳地铁总一号线撕有姜1穴0膜座车站采毅用明挖法装施工。深肃、大基坑侮的施工产雨生的环境基岩土工程母问无题伴,档主要表现菠为土层的委沉降和变值形。由于存土层的沉旬降和变形者使地表及链其周边特建筑僵物产生沉集降、开裂索和倾膝斜瞧,肾地下管线减发生侧移键、沉降和砌开裂。蚀上述问题剖的出现主亮要涉及以佣下几个方样面律:异(1散)腿基坑围护栋结构旱的变形浆基坑开挖庸过程窑中屑,舰围护妻结构点主要承受已水平方向践的土压间力腥,辣产生向基鄙坑方向的京水平位想移败,川从而使坑搏外地表发绑生变很形怒,银并且随着悬开挖深度躲的增走加献,洪地表变形述的范围增次大跌,县最大变形旺量增大。崖当基坑周判边作用有停不均匀超稀载蔽(浓例如在基消坑周边分拢布有天然潮地基或经梯浅层处理蓬的建构筑犁物岔)躁,呼也将引起曲土体的侧誓向位报移班,夫并且随着甘超载量的乌增搏大昆,误侧向位移谁量增加。违同时随着状开挖的不诸断进型行铜,悄桩体侧向嚷位移也将件增加。裹图极2觉为沈阳地斯铁某明挖辱区间实测哲围护桩水跨平位移曲爱线架,泡图世3岗为某围护盈桩钢管支弦撑轴力变邪化曲线。趁(2葡)犁墙外土体画的的固结捕沉降秃基坑围护逐结构晃的外侧地阔面上拥有喜不均匀超并载裹,盲沸引起土体致的竖向固概结沈,轮造成地表掠下醉沉徒,水并随着超祝载量的增害加沉降量杆有所增加汽。深基坑斜工程一般蔽都需要进即行施工降丢水扔,气以保证作旷业面干来燥佣,艰改善土体晨的工程性锤质。但塔是傍,吧无论是坑耕内降水还休是坑外降驱水惑,红都将引起当坑外土体然中孔隙水速压力下万降暗,涝有效应力岛增狭加肉,凭使土体产葱生固结沉沉降。随着担距基坑距盯离的增灭加谣,血沉降量减霞小归,慰使匠建突(医构关)雹筑物产生伪不均匀沉于降。坑外靠降水引起厚的沉降量联和影响范沸围都远远幸大于坑内聪降屋水总,跑因此条件隐允许的情砌况至下团,亿应优先考所虑坑内降棋水保,秘减少土层捐的固结沉从降量。到(3格)玻基坑坑底映隆起变形川坑底隆起心通常是指嘱在软弱粘室性土纳中蜡,伍连续墙背匪面的土压替引起基坑荐底面的滑职动破坏现崭象。在砂蝇性土阳中龙,晴因上下土稀层透水性鸦相差较者大戚,拦基底处土译质的相对摆透水性玩低富,缘土层重量温小于浮割力逐,衬亦会产生在基底隆译起慢[6扣]骑。因此尽共管沈阳的颠地层多为摊砂性立土陶,野坑底隆起售变形仍是桐沈阳地铁束施工中应佛加以关注境的一个问加题。睛坑底隆起翅变形主要浓由以下几键个因素产斜生芬:宋由于坑内快土体的挖垃除额,散坑底土的耀自重应力桂释毙放搁,偏向上回唉弹末,傍土体产生炕松弛和蠕挠变掏,驶基底隆胖起拾;丈坑内的卸朝载段,娘使围护盐结构回在上旬面思(1世)族所述的多疼种原因共宵同作用掩下择,横产生向内谎的位厕移厅,牛在坑底范倒围怀内景,果向基坑方灵向挤压土宣体撇,域造成坑底木隆浩起掉;氧由于施工芳管理不善阶、基坑开耗挖后搁置文时间过长刘、降雨等从原因造成桨作业面大些量积山水店,汪土体吸水所膨槽胀左(住尤其是粘弯性土、软淘粘土和膨谢胀性心土圾)评,宵引起坑底啄隆起。洁(4摄)负流沙和管秧涌问题筑基坑施工裕过程中由薪于施工降络水的作这用险,约造成坑内念外水头呀差产,府产生因动哈水压力引骨起的渗流贞破感坏演,占主要表现身为流沙和厌管涌。该肯种破坏更滩多的出现刺在砂性地圆层记中属,敞因此沈阳都地铁施工帽应给以足碍够的重视或。祝当基坑以润下的土层恶为疏松的侧砂土挑层畜,斑当渗流作前用产生的菜动水力坡艳度大于砂茄土的极限炭动水力坡道度洗时脚,忠土层将失艰去稳特定痛,饶而处于悬翻浮状猎态膊,奥并在渗流纹水压力的标作用下脱晌离平衡位炸置碗,亩从基底土露中流出。侍流沙严重版的时肌候羊,狭将引起基恰坑塌陷和雪地面下沉由。当土层式中的细小侄颗粒被渗逮透水流带御走栋,佛在渗流口嚼形成空住洞傅,猜进而逐渐苗形成水流梯集中的管扛道粮,央渗流及其筐携带的泥猫沙从已形后成的管道吉涌轧出逆,绵形成管涌成。管涌使间土层变狠松开,紧孔隙增哗大乎,非土体强度枯降萝低芒,猫从而导致斜坑壁失稳监。链

树印砂层、砂慢砾层地基朋的施工是避近年来凯隧道被施工面临刚的重要地雄质问题。开关于含水慰砂层的稳携定性判断佛可参考洗表熟2[7克]就。扛(5差)崖其他相关凉问题谨除上述引琴起土体变晌形和失稳午的主要因傻素跑外云,担在地铁设迷计和施工意过程中还夕应该考虑看下列相关陈问帽题虎:闯由于管井条降水带走励砂土及地漆下连续墙凡墙体接缝踩处砂土流替失等造成画地层损校失奏,毛引起沉躲降或;烟由于施工椒中开挖面次暴露时间肠过眨长完,幕一次性开绵挖范围过们大前,垫未能及时掏支护等原锄因抄,妇造成土体砌的滑落、视流失。睡2.3券汇与地下水薪相关的问尚题嫂沈阳地铁贤全部线路菠都埋藏在椒地下水位堵以乌下芳,允全线砂层白、砂砾层煮分布厚度刘大、水量链丰富、降傍水深度糕大丹;沙地铁本身券又具有点游多、线长温、施工时升间长的特恩点蓬,换地铁一号擦线穿越铁废西广场、岁沈阳站、仗中街等多责个商业茂区私,灶周边多种何型式的懒建筑瞧物林认立沸,嫁地下管线财密形集婆,喷因此与地估下水相关贯的环境岩巩土工程问渣题是沈阳教地铁建设贱的一个不舒容忽视的局关键问题塑。苦与地下水庭相关的环哈境岩土工串程问题主未要涉及两售个方面。惠一是地铁偿建设中的赢施工降水欠引起土层两压密和缺丸失壳,宏导致地面称及其周边览建筑手物的沉降四和变肚形似,贸地下管线甲的沉降和庄移合位轧,呼乃至破倍坏肆;侍二是由于摔地铁施工屠对地下水浮环境的影逝响误,嫂改变地下汽水的渗流杯路减径藏,班污染水笔质纠,谦改变地下赢水的分布知状态。死(1尝)法地下水引奖起地面的声变形蹲①染施工降水喊引起地面扰的固结沉只降养,良土层压浊密乏,傅地表下叙沉探,缘该项沉降路是施工过检程中不可朋避免的。篮沈阳地铁筐一号功线犹1机8昨座车猪站恢,爽其中采用临坑内降水所的势4丛座构,糠坑外降水晨的掌9间座练,喝坑内、坑规外相结合亡的朱4急座撒,救坑内降水朵和堵水相碍结合润的找1斑座。坑外螺降水影响醉范围滥大搂,强保证施工倚的前提姨下行,孟降排水量析大边,报对地面及辰周边建筑牛物的影响歼比坑内降克水更大。孝例如青年排大街站采价用坑外降滥水笔,概降水深度烧达沟16.5惕m悄,掏根据前期装的研补究滔,打初步确定消其降水影锹响半径可晚达衫150m统,抱形成范围盈较大的降弱落漏酬斗械,满从而引起补地面及周荐边唉建筑绿物的不均税匀沉阴降裁,镰如厉图敲4纯。葛②泥在施工过桌程演中种,鹅由于施工腐工艺及管路理等问判题气,转造成地下复水渗透作贪用牢,份引起基底拥隆走起谱,货流沙、流不土等现象璃。降水过惊程党中园,吓水流带走捷大量的砂笨土涂,巷引起土层城缺艰失碌,壮造成土体淋坍塌、地帅面沉倡陷僻;齿由于动水捧压力的作肥用旨,娇造成连续岔墙接缝处正发生砂土晋流宣失踏,先加大围护狱结构围外侧土层骂的变那形粒;钞连续墙泥肤浆沟槽施搞工巨中给,快地下水渗负入沟阴槽写,织稀释泥姥浆穴,膜降低泥浆水的浓卧度挣,陶丧失护壁捞作梳用灰,纠导致土体蚀向侧向变补形钳,脂同时引起锁竖直沉降春变形摇等摔[8绩]锯。片(2斑)睬地铁建设纷对地下水剖的影响胖①恶施工期间吩产生的影膏响。沈阳朱地铁一号皮线施工降箱水范围广绕、降水量胖大、历时参长迫,袄将在一个应较长时间基内形成施宅工降落漏叨斗洗,列使地下水抖的动力场稠和化学场版发生变虏化胳,闲引起地下鞭水中某些醉物理化学瞎组分和微幅生物含量谜的变景化厦,杜导致地下款水的污染盐加夕剧鸟;讯沈阳地铁搏一号线的陈张士站和首沈新路站各临近张士庆水源俊地笛,谷这两个车融站及其区忙间的施工兼降巡水兴,福将对张士售水源地的捆取水产生伟一定影狐响疤;描施工中为固改善土体惠的强度和查抗渗能力凉采取化学灰注族浆么,曲施工产生瓶的废水、庭洗刷水、皆废浆以及析机械漏油庙等迎,封都可能影蒜响地下水量质。曲②扭地铁运营宜期间对地钳下水的影脂响。地铁变沿线全部拆处于地下云水含水层涌中的,销地铁线路挣犹如一道等围堰贯穿瓦沈阳东合西挎,鲜截住了地之下水的径砖流路润径吨,拌降低了地巩铁附近地秆下水的径痰流速篇度孟,晶使得地下吼水难以及劲时向浑河牛、运河排飘泄蜻,春污染物不缘断积绝累医,储污染加剧逝。地铁隧骨道对地下创水的拦截炼作汗用剧,花使积隧道霞两侧的地锐下水位发屑生变谜化昂,码迎水面水备位壅耗高反,躁背水面下惠降海,陕影响城市纤供水及地罩表植物的种生院长谢,月进而影响瓦整个城市孔的遗生态窝环富境导,沈这个影响易是大范围摆、长久投的宋[9拥]碧。沈阳地无铁一号线抽在东西部全分别妖穿越新开忧河与卫工铸明岂渠叨,鞠地下燃隧道更的拦截作萄用将影响炊这两部分织水体的渗礼流路径、膏补给量和刺排泄量兔。惩

4结论渣地铁工程杀建设是沈闪阳自建市蓬以亿来肆,士规模最大皇、工期最阅长、投资捧最多、社烘会效益最谨受关注的终一项基础勒设施建设虎。地铁在单改善城市系交通券状羞况证,似加快城市霜建择设善,倡促进经济偿发展等方去面都将发秆挥巨大作锅用剪,景同时还要童用科学的增观点和方脚法裂,烛将地铁建牢设对环境歉的影响降嗓到最略小天,义做到科学症设计、严次格管滤理醉;沙加强施工茎和运营期牙间的监显测芹,烛力求实现宵信息化施曲工趴;射保证安全集施京工喇,像减小施工骄对地面、云建筑弯物和地下冶管线的影蓬响诵,蒜做到防患偶于未元然受;跳尽可能减盾小地铁建匀设对城市妖生态垮环境的影站响和破坏铅。参考文献脚[