擬建杭州市地鐵一號(hào)線巖土工程問(wèn)題初步探討

1、擬建杭州市地鐵一號(hào)線巖土工程問(wèn)題初步探討摘要： 杭州市地鐵一號(hào)線是杭州“跨入新世紀(jì)，構(gòu)筑大都市，建設(shè)新天堂”的重大舉措，是杭州市重大基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目。 關(guān)鍵詞： 路橋結(jié)構(gòu) 地鐵工程 一、前言 地鐵一號(hào)線北起余杭區(qū)臨平鎮(zhèn)，沿線經(jīng)過(guò)喬司、彭埠、火車東站、汽車東站、武林廣場(chǎng)、延安路、城站路、城站火車路、秋濤路、錢江路、復(fù)興地區(qū)、再經(jīng)錢江四橋跨錢塘江至蕭山區(qū)，沿北塘路轉(zhuǎn)至市心路，終于蜀山車輛段，全線總長(zhǎng)約 52km。其中興隆村站至鳳凰城站及蕭山區(qū)市心路段均為地下線，埋深約在現(xiàn)地表下1020m；其余均為高架線路或地面線路。其中地下線路部分均為人群密集、建筑物密集、 交通 繁忙的鬧市區(qū)。 二、沿線地基土層

2、的構(gòu)成與特征 杭州市位于杭嘉湖平原與浙西山區(qū)交會(huì)處的浙北地區(qū)，錢塘江下游，京杭運(yùn)河南端，地理位置為北緯 30°15，東經(jīng)120°10。由于地質(zhì) 歷史 上受多次海侵海退 影響 ，且區(qū)內(nèi)多山，錢塘江又從市內(nèi)穿過(guò)，造成杭州市地貌形態(tài)眾多，地基土層復(fù)雜多變。 就地鐵沿線所經(jīng)過(guò)區(qū)域，主要為兩種地貌形態(tài)。一為臨錢塘江的沖海積平原，屬錢塘江河口相沖海積堆積的粉性土及砂性土地區(qū)，由于堆積年代及固結(jié)條件不同，性質(zhì)不一，豎向由松散至中密狀變化，厚度一般在 20m左右；其下為海陸交互相沉積的淤泥質(zhì)軟土及粘性土；地面下深約4050m為古錢塘江河床堆積的圓礫層，中密密實(shí)狀態(tài)，底部基巖

3、埋深一般在地表下5065m左右。另一種為海陸交互相沉積的粘性土地區(qū)，主要集中在杭州老城區(qū)即艮山門站至中河路站一帶及蕭山市心路區(qū)段，地層軟硬交替，一般上部20m左右均以軟粘性土為主，下部基巖埋深約在地面下4045m左右。 根據(jù)大量鉆孔資料及原位測(cè)試和室內(nèi)土工試驗(yàn)成果資料顯示，杭州市淤泥質(zhì)軟粘土天然含水量一般在 3045%左右，天然孔隙比一般在0.851.50左右，雙橋靜力觸探錐尖阻力約為500800Kpa，壓縮模量約為1.53.0Mpa，地基承載力fk約為7080Kpa左右；局部夾有粉土，或呈互層狀。軟粘土性質(zhì)類似與上海的淤泥質(zhì)粘性土。而錢塘江兩岸的河口相沖海積形成的粉土、砂性土（主要分布于城東

4、地區(qū)），由于堆積年代、沉積環(huán)境、固結(jié)條件等的差異，其性質(zhì)變化較大。資料顯示，其密實(shí)度一般由松散至中密狀態(tài)變化，含水量一般在2335%左右，孔隙比約在0.81.1左右，雙橋靜探端阻力一般為20009000Kpa，標(biāo)貫擊數(shù)一般為820擊/30cm。顆粒組成以粉粒為主，一般表現(xiàn)為粘質(zhì)粉土及砂質(zhì)粉土，為上細(xì)下粗，符合一般沉積 規(guī)律 。其壓縮模量在620Mpa，地基承載力fk約為80220Kpa。 綜上述，地下線路掘進(jìn)范圍內(nèi)各土層總體特征是：高含水量和大孔隙比、高壓縮性、低強(qiáng)度，淤泥質(zhì)軟粘性土具較高靈敏度、弱透水性，粉土、砂性土透水性好，易產(chǎn)生流砂、管涌現(xiàn)象。三、地下線路掘進(jìn)過(guò)程中可能遇到的巖土工程 問(wèn)

5、題 （一）地基土層的強(qiáng)度問(wèn)題 掘進(jìn)范圍內(nèi)地基土主要為飽和粉土、砂土及軟粘土，一般均具低強(qiáng)度特性，因此盾構(gòu)掘進(jìn)較易。由于粉土、砂土與軟粘土的強(qiáng)度等存在差異，及局部地段（如延安路段）在深度 1520m左右存在可塑狀粘性土，與上部軟粘土差別較大，造成掘進(jìn)面上存在兩種不同強(qiáng)度的地層，掘進(jìn)過(guò)程中容易造成軟弱層排土過(guò)多過(guò)快而引起地層下沉，或造成盾構(gòu)在線路方向上的偏離。同時(shí)，由于低強(qiáng)度特性，隧道掘進(jìn)時(shí)應(yīng)及時(shí)襯砌并采取相應(yīng)止水措施，以防掘進(jìn)面地層產(chǎn)生應(yīng)力釋放，產(chǎn)生沉降。杭州軟粘土尚存在較高靈敏度特性，故有較明顯觸變、流變特性，在動(dòng)力作用下，極易造成土體結(jié)構(gòu)破壞，使強(qiáng)度降低，且土體排水固結(jié)需要很長(zhǎng)時(shí)間，如施工不

6、當(dāng)，極易造成工后沉降大和不均勻沉降，因此施工過(guò)程中須嚴(yán)格控制偏移量，盡量避免蛇曲推進(jìn)。 （二）地基土層的變形問(wèn)題 隧道基底土以粉土、淤泥質(zhì)軟土為主，均具低強(qiáng)度，高壓縮性等特點(diǎn)，因此必須驗(yàn)算基底土強(qiáng)度和變形。同時(shí)，粉土、砂土和軟粘土在變形特性上存在差異，其壓縮沉降量不同，當(dāng)隧道在穿越兩種地層時(shí)，容易在界面附近造成沉降差。再則，兩類地基土的固結(jié)特性也存在明顯差異，粉土、砂土超孔隙水壓力消散快，固結(jié)時(shí)間短，軟粘土固結(jié)周期長(zhǎng)，因此施工造成的工后不同沉降，導(dǎo)致差異沉降。 另外，軟粘土尚存在蠕變特性，后期沉降量大，時(shí)間長(zhǎng)，建成運(yùn)營(yíng)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生軟大變形。國(guó)內(nèi)某些修建于軟土地層中的地鐵線路已有類似工程問(wèn)題產(chǎn)生

7、。因此設(shè)計(jì)、施工中對(duì)于變形問(wèn)題應(yīng)引起足夠的重視。 （三）地下水問(wèn)題 區(qū)內(nèi)地下水有上層滯水、淺層潛水和深部承壓水三類，潛水位一般在地表下 14m左右。承壓水含水層為深部圓礫層，水位一般呈年周期性變化，承壓水頭一般在地表下67m左右。隧道掘進(jìn)范圍內(nèi)軟粘土為弱透水性地層，粉土、砂土則透水性好，其滲透系數(shù)一般為10-510-4cm/s。隧道掘進(jìn)過(guò)程中必須及時(shí)襯砌，并做好注漿止水，以防粉土、砂土在水頭差作用下產(chǎn)生流砂、管涌現(xiàn)象。地下水問(wèn)題在地下車站基坑開(kāi)挖中顯得尤為突出，必須足夠重視。由于開(kāi)挖深度大，必須考慮下部承壓水的影響。 （四）地下車站基坑開(kāi)挖問(wèn)題 由于地下車站多集中在鬧市區(qū)，周環(huán)建筑物密集，地下

8、管線多，環(huán)境條件復(fù)雜，且地下站埋深大，基坑深，一般均在 1020m左右；又土性條件差，地下水位高。基坑開(kāi)挖時(shí)，坑壁土體在水土壓力作用下不能自立，必須采取有效的支護(hù)措施，以免塌坍而影響工程安全及周圍環(huán)境。按本地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)于此類深大基坑，一般采用地下連續(xù)墻或排樁支擋，同時(shí)結(jié)合內(nèi)支撐或錨拉，同時(shí)必須做好止水帷幕及排水工作。施工時(shí)必須對(duì)周邊環(huán)境進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)工作。 由于地下車站多，基坑工程量大，一般常規(guī) 方法 均費(fèi)用高，周期長(zhǎng)，因此應(yīng)盡量開(kāi)發(fā)和利用新技術(shù)、新工藝，如新的樁型，新的止水、降水措施等。 （五）工程建設(shè)對(duì)環(huán)境的 影響 和防治 地下線路施工會(huì)引起周圍土體內(nèi)應(yīng)力場(chǎng)發(fā)生變化，隧道基底土體產(chǎn)生回彈，

9、軟粘土的觸變改變了土體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，降水引起土層再固結(jié)等，所有這些因素均會(huì)對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。當(dāng)隧道施工離地面建（構(gòu)）筑物較近時(shí)，會(huì)引起坍落和沉降等不良影響。 盾構(gòu)法施工之所以能在城市地下工程中廣泛 應(yīng)用 ，主要是其可以將施工對(duì)周圍環(huán)境的影響控制在很小的程度，但也不可能完全消除。伴隨著盾構(gòu)推進(jìn)，一般也會(huì)發(fā)生地基變形，如開(kāi)挖面上土水壓力不平衡造成開(kāi)挖面失去平衡，過(guò)大的排泥量，盾構(gòu)推進(jìn)對(duì)周邊地層的擾動(dòng)，地下水位的下降及滲漏水等等，所有這些影響均會(huì)在隧道上方一定范圍產(chǎn)生松動(dòng)區(qū)，從而引起地面沉降甚至坍落。 杭州地鐵將修建在飽和粉土、砂土及軟粘土中，為確保周圍環(huán)境和隧道施工的安全，必須采用適當(dāng)?shù)氖┕すに嚕?/p>

10、控制推進(jìn)路線和速率，盡量避免擾動(dòng)周圍土體。施工前應(yīng)詳細(xì)調(diào)查沿線建、構(gòu)筑物的使用情況，特別是樁基及地下管線等情況，對(duì)影響范圍內(nèi)的鄰近建、構(gòu)筑物、地面道路及地下管線進(jìn)行全過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，尤其象延安路、市心路區(qū)段等老城區(qū)，此項(xiàng)工作尤為重要。對(duì)可能受影響但又不能拆除的建（構(gòu)）筑物應(yīng)提前進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)和保護(hù)。 （六）巖土工程勘察 問(wèn)題 “工程建設(shè)，勘察先行”，勘察是預(yù)測(cè)、預(yù)知，詳細(xì)、全面、準(zhǔn)確、可靠的地質(zhì)勘察資料對(duì)地鐵建設(shè)是極其重要的，在此基礎(chǔ)上可以對(duì)盾構(gòu)掘進(jìn)過(guò)程中施工面前進(jìn)方向可能遇到的不利因素進(jìn)行超前預(yù)報(bào)，如地層、障礙物、地下水等情況能夠預(yù)知，從而能夠提前采取相應(yīng)有效的措施，以保證施工順利、安全地進(jìn)行。 杭州地鐵建設(shè)的巖土工程勘察須重點(diǎn)解決的兩類地層是軟粘土和粉土、砂性土，調(diào)查深度一般應(yīng)在 30m以內(nèi)，但對(duì)地下車站部分則應(yīng)加深。重點(diǎn)查明兩類地層的分布情況及 規(guī)律 ，它們的強(qiáng)度特性及變形特性，往復(fù)循環(huán)動(dòng)荷載作用下的動(dòng)力特性，粉土、砂土的顆粒組成及滲透性，軟粘土的蠕變性，飽和粉土的地震液化特性等等。對(duì)地下水也應(yīng)重點(diǎn)查明。 由于室內(nèi)土工試驗(yàn)的局限性，地鐵勘察應(yīng)大量采用原位測(cè)試手段，如旁壓試驗(yàn)、扁鏟側(cè)脹試驗(yàn)、十字板剪切試驗(yàn)、孔隙水壓力量測(cè)及靜探、動(dòng)力觸探等手段，以獲取準(zhǔn)確可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)。 由于沿線有大量已建或在建的工程項(xiàng)目，對(duì)這些工程資料應(yīng)充分收集、 分析 、篩選，加以利用，一可節(jié)約工程投資，二