復合地層條件下城市軌道交通暗挖工程問題分析與對策

復合地層條件下城市軌道交通暗挖工程問題分析與對策?摘要：本文針對復合地層條件下城市軌道交通暗挖工程中出現(xiàn)的問題進行了深入分析，并提出了相應的對策。闡述了復合地層的特點及其對暗挖工程的影響，詳細剖析了開挖面穩(wěn)定性、地層變形控制、支護結構受力等方面存在的問題，從工程勘察、設計優(yōu)化、施工技術及管理等多個角度給出了有效的解決措施，旨在提高復合地層條件下城市軌道交通暗挖工程的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，為類似工程提供參考和借鑒。

一、引言城市軌道交通暗挖工程在城市建設中發(fā)揮著重要作用，能有效緩解城市交通壓力，改善城市居民出行條件。然而，復合地層條件給暗挖工程帶來了諸多挑戰(zhàn)。復合地層通常由多種不同性質的巖土體組成，其力學特性差異較大，導致在暗挖施工過程中容易出現(xiàn)開挖面失穩(wěn)、地層過量變形、支護結構破壞等問題，影響工程進度、質量和安全。因此，深入分析復合地層條件下暗挖工程的問題并采取針對性對策具有重要的現(xiàn)實意義。

二、復合地層特點及其對暗挖工程的影響

（一）復合地層特點1.巖土性質差異大復合地層中可能包含軟土、硬巖、砂土等多種不同性質的巖土體。例如，軟土具有高壓縮性、低強度、高含水量等特點；硬巖則強度高、剛度大、透水性低。這種巖土性質的巨大差異使得施工難度增加。2.地層結構復雜不同巖土體的分布和組合方式復雜多樣，可能存在透鏡體、夾層、斷層等地質構造，增加了工程勘察和施工的不確定性。

（二）對暗挖工程的影響1.開挖面穩(wěn)定性問題在復合地層中，由于巖土性質不同，開挖面土體的自立性和穩(wěn)定性差異較大。軟土地層容易發(fā)生坍塌，而硬巖地層在爆破或機械開挖時可能產(chǎn)生巖塊掉落，威脅開挖面安全。2.地層變形控制困難不同巖土體的變形特性不同，在開挖和支護過程中，容易引起不均勻變形，導致地表沉降、建筑物傾斜等問題，給周邊環(huán)境帶來不利影響。3.支護結構選型復雜單一的支護結構難以適應復合地層的特點，需要綜合考慮巖土性質、開挖方式、地下水位等因素，選擇合適的支護結構形式，增加了支護設計的難度。

三、復合地層條件下城市軌道交通暗挖工程存在的問題

（一）開挖面穩(wěn)定性問題1.土體坍塌在軟土地層中，由于土體強度低，開挖后若未及時支護，容易發(fā)生土體坍塌，掩埋施工設備，造成人員傷亡和財產(chǎn)損失。2.巖爆與巖塊掉落硬巖地層中，在高地應力條件下，開挖時可能引發(fā)巖爆，巖塊突然彈出，對施工人員和設備構成威脅。同時，爆破或機械開挖過程中也可能導致較大巖塊掉落，影響開挖面穩(wěn)定。

（二）地層變形控制問題1.地表沉降過大暗挖施工引起的地層損失會導致地表沉降，若沉降量超過允許范圍，會造成周邊建筑物開裂、地下管線破壞等問題。在復合地層中，由于不同巖土體的變形不協(xié)調，更容易加劇地表沉降。2.建筑物傾斜當暗挖工程距離建筑物較近時，不均勻的地層變形可能導致建筑物傾斜，影響建筑物的正常使用和結構安全。

（三）支護結構受力問題1.支護結構破壞復合地層的復雜性使得支護結構所受荷載難以準確計算，若支護結構設計不合理或施工質量不佳，可能導致支護結構出現(xiàn)裂縫、變形過大甚至破壞，無法有效保護圍巖和控制地層變形。2.支護結構與圍巖不匹配不同性質的巖土體需要不同的支護方式和支護參數(shù)，若支護結構與圍巖不匹配，不能充分發(fā)揮支護作用，也會影響工程安全和質量。

四、復合地層條件下城市軌道交通暗挖工程問題的對策

（一）工程勘察與地質預報1.詳細的工程勘察在工程前期，進行詳細的地質勘察，準確查明復合地層的巖土性質、分布規(guī)律、地質構造等情況。采用多種勘察手段，如鉆探、物探、原位測試等，獲取全面的地質資料，為工程設計和施工提供可靠依據(jù)。2.實時地質預報在施工過程中，利用地質雷達、超前鉆探等技術手段，進行實時地質預報，及時掌握前方地層變化情況，提前采取應對措施，避免因地質突變導致工程事故。

（二）設計優(yōu)化1.支護結構選型根據(jù)復合地層特點，綜合考慮工程地質、水文地質、開挖方式、周邊環(huán)境等因素，選擇合適的支護結構形式。如在軟土地層中可采用盾構法、淺埋暗挖法并結合合適的預支護措施；在硬巖地層中可采用鉆爆法并優(yōu)化爆破參數(shù)，同時選擇與之相適應的初期支護和二次襯砌結構。2.支護參數(shù)設計通過數(shù)值模擬、現(xiàn)場監(jiān)測等手段，對支護結構的受力和變形進行分析，優(yōu)化支護參數(shù)。合理確定錨桿、錨索、噴射混凝土、襯砌等支護結構的尺寸和強度，確保支護結構能夠有效地承受圍巖壓力，控制地層變形。3.結構防水設計復合地層中地下水情況復雜，做好結構防水設計至關重要。采用全包防水或半包防水方案，選擇合適的防水材料，如防水卷材、防水涂料等，并加強施工縫、變形縫等部位的防水處理，防止地下水滲漏對結構造成損害。

（三）施工技術措施1.開挖技術合理選擇開挖方式：根據(jù)地層性質和施工條件，選擇合適的開挖方式。如在軟土地層中采用分部開挖、短進尺、弱爆破等方式，減少對土體的擾動；在硬巖地層中采用光面爆破、預裂爆破等控制爆破技術，降低爆破對圍巖的破壞。加強開挖面支護：在開挖后及時對開挖面進行支護，如噴射混凝土封閉開挖面，設置超前支護措施，如超前錨桿、超前小導管、管棚等，增強開挖面土體的穩(wěn)定性。2.地層加固技術注漿加固：對于軟土地層或破碎地層，可采用注漿加固技術，改善土體的物理力學性質。根據(jù)地層特點選擇合適的注漿材料，如水泥漿、水泥砂漿、化學漿液等，控制注漿壓力和注漿量，確保注漿效果。凍結法加固：在含水量高、滲透性強的地層中，可采用凍結法加固地層。通過人工制冷使地層凍結，形成具有較高強度和隔水性能的凍結壁，為暗挖施工創(chuàng)造良好的條件。3.地層變形控制技術控制開挖步距和速度：合理控制開挖步距，避免一次開挖跨度過大導致地層變形過大。同時，根據(jù)地層變形監(jiān)測結果，調整開挖速度，確保地層變形在可控范圍內。及時進行襯砌施工：開挖后盡快進行襯砌施工，封閉圍巖，減少地層暴露時間，控制地層變形發(fā)展。襯砌施工應保證施工質量，提高襯砌的整體性和防水性能。采用地層補償技術：當?shù)貙幼冃屋^大時，可采用地層補償技術，如在隧道周邊進行回填注漿、跟蹤注漿等，填充地層空隙，減少地層損失，控制地表沉降。

（四）施工管理措施1.建立完善的監(jiān)測體系地表及周邊環(huán)境監(jiān)測：對地表沉降、建筑物傾斜、地下管線變形等進行實時監(jiān)測，及時掌握施工對周邊環(huán)境的影響。根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)調整施工參數(shù)，采取相應的保護措施。洞內監(jiān)測：對洞內支護結構的變形、受力情況進行監(jiān)測，如錨桿軸力、噴射混凝土應力、襯砌變形等，了解支護結構的工作狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。2.加強施工過程質量控制嚴格控制原材料質量：對水泥、鋼材、砂石等原材料進行嚴格檢驗，確保其質量符合設計要求。規(guī)范施工工藝：施工過程中嚴格按照設計和規(guī)范要求進行操作，確保每一道工序的質量。加強對開挖、支護、襯砌等關鍵工序的質量控制，做好隱蔽工程驗收工作。3.提高施工人員素質加強培訓教育：對施工人員進行專業(yè)培訓，使其熟悉復合地層暗挖工程的特點、施工技術和安全要求，提高施工人員的技術水平和操作能力。強化安全意識：加強安全教育，提高施工人員的安全意識，使其嚴格遵守安全操作規(guī)程，杜絕違規(guī)作業(yè)，確保施工安全。

五、工程實例分析

（一）工程概況某城市軌道交通暗挖區(qū)間穿越復合地層，包括粉質黏土、粉砂、中風化砂巖等。區(qū)間隧道采用淺埋暗挖法施工，斷面形式為馬蹄形，襯砌結構為復合式襯砌。

（二）問題分析1.在粉質黏土地層中，開挖后土體出現(xiàn)局部坍塌現(xiàn)象，主要原因是土體強度較低，開挖后未及時支護，且開挖步距較大。2.隧道上方地表出現(xiàn)了一定程度的沉降，主要是由于地層損失和不同巖土體變形不協(xié)調導致的。3.初期支護出現(xiàn)了一些裂縫，經(jīng)分析是由于支護參數(shù)設計不合理，對圍巖變形估計不足。

（三）對策及效果1.調整開挖方式，減小開挖步距，在粉質黏土地層中采用分部開挖，開挖后及時噴射混凝土封閉開挖面，并設置超前小導管進行預支護。2.加強地層變形監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結果調整施工參數(shù)，如控制開挖速度、及時進行襯砌施工等。同時，采用回填注漿等地層補償技術，有效控制了地表沉降。3.重新進行支護參數(shù)設計，通過數(shù)值模擬分析，優(yōu)化了錨桿、噴射混凝土等支護參數(shù)。對已出現(xiàn)裂縫的初期支護部位進行了修復加固處理，確保了支護結構的安全。經(jīng)過采取上述對策，該暗挖區(qū)間工程順利完成，未出現(xiàn)因復合地層問題導致的重大工程事故，地表沉降和支護結構變形均控制在允許范圍內，保證了工程質量和周邊環(huán)境安全。

六、結論復合地層條件下城市軌道交通暗挖工程面