城市軌交工程建設(shè)論文
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1特殊性巖土的類別及分布特征
蘇州軌交1～4號線工程沿線范圍內(nèi)僅有3號線部分區(qū)間屬山前沖積平原地貌，勘探深度范圍內(nèi)揭示的特殊性巖土主要有白堊系全風(fēng)化、強風(fēng)化灰?guī)r及第四系早更新世碎石土。平面分布區(qū)域集中在何山山麓一帶，涉及的工點為何山路站和何山路站—蘇州樂園站區(qū)間。3號線何山路站附近全風(fēng)化、強風(fēng)化凝灰?guī)r巖土分界面起伏較大，整體呈拋物線分布，層頂埋深為2．5～48．0m，平均層厚約3．0m，揭示碎屑最大粒徑均小于20cm。風(fēng)化巖層上覆碎石土層面起伏相對平緩，層頂埋深為3．5～11．0m，平均層厚約為4．0m，碎石類土成分較復(fù)雜，多為碎石與黏性土混合物，局部夾黏性土透鏡體。
2．1軟土的影響
2．1．1圍護結(jié)構(gòu)側(cè)向變形及坑底隆起基坑開挖卸荷后，圍護墻內(nèi)外存在側(cè)向作用力差，墻體產(chǎn)生側(cè)向變形;同時坑內(nèi)被動土壓力區(qū)土體朝坑內(nèi)產(chǎn)生水平位移，使坑底土體水平應(yīng)力加大，以致坑底土體剪應(yīng)力增加而產(chǎn)生水平擠壓或坑底隆起。相似的支護體系下，開挖影響范圍內(nèi)土體越軟弱，基坑開挖越深，圍護結(jié)構(gòu)側(cè)向變形及坑底隆起現(xiàn)象就越明顯。軌交4號線汽車客運站站基坑整體位于②y層淤泥質(zhì)土層中，通過短期降水后土體強度未得到明顯提高，成為設(shè)計施工中存在的最大風(fēng)險源。從表2中可以看出，在基坑開挖過程中，其圍護結(jié)構(gòu)側(cè)向變形與坑底隆起的程度明顯大于常規(guī)地層相應(yīng)車站產(chǎn)生的數(shù)值。
2．1．2基坑內(nèi)縱向滑坡淤泥質(zhì)土滲透性差，降水難度大，短期內(nèi)一般難以通過降水固結(jié)大幅提高土體的整體強度和自穩(wěn)能力?；娱_挖時，軟土在動荷載作用下受到擾動，強度顯著降低。同時，淤泥質(zhì)土開挖過程中坡腳常伴隨滲透積水現(xiàn)象，土體受水浸泡后強度亦會顯著下降，加劇誘發(fā)開挖面沿縱向滑坡。軌交4號線某車站1號出入口，圍護結(jié)構(gòu)采用SMW工法+鋼支撐，圍護結(jié)構(gòu)及基坑均位于②y層淤泥質(zhì)土層中。因降水時間短，土體強度沒有明顯改善，基坑開挖時坡底積水未及時抽排，加上在坑邊超載等多重作用下，最終導(dǎo)致縱向滑坡引起局部支護體系破壞。
2．1．3盾構(gòu)管片錯臺②y層淤泥質(zhì)土自身強度低、靈敏度高，在動荷載作用下極易產(chǎn)生流變、觸變現(xiàn)象。盾構(gòu)在全斷面為淤泥質(zhì)土層中掘進時，土體經(jīng)擾動后強度顯著降低，管片自重及上方土體產(chǎn)生的抗力不足以抵消管片的上浮力，導(dǎo)致隧道管片上浮、管片錯臺。下臥土層的不均勻性是盾構(gòu)隧道產(chǎn)生縱向不均勻變形的基本原因。在隧道結(jié)構(gòu)底板下存在軟硬不均土層時，尤其是兩者強度相差很懸殊的交叉地層，在盾構(gòu)推進或管片拼裝完成后一定時間內(nèi)會產(chǎn)生縱向不均勻沉降，進而引起管片錯臺，甚至開裂。如2號線延伸線某盾構(gòu)區(qū)間，部分區(qū)段盾構(gòu)隧道底部傾入淤泥質(zhì)黏土層中，在管片拼接完成后產(chǎn)生了嚴(yán)重的不均勻沉降，最大沉降達16cm，嚴(yán)重影響了施工質(zhì)量和后期運營安全。
2．2厚填土的影響
2．2．1厚填土對車輛基地建(構(gòu))筑物的影響考慮到防洪設(shè)計要求，城市軌交車輛基地一般要做填筑處理;此外，車輛基地建設(shè)用地常作為車站和區(qū)間施工產(chǎn)生的棄土臨時堆積區(qū)。2號線太平車輛基地占地約29hm2，原地面標(biāo)高約1．50m，設(shè)計填筑標(biāo)高3．44m。作為臨時堆土場最大堆土高度約達7．5m，若計入溝塘深度，最大回填厚度約13m。如此大面積的填筑和堆載勢必會引起局部區(qū)域地面沉降，對現(xiàn)有地基穩(wěn)定性、鄰近建(構(gòu))筑物變形都將產(chǎn)生一定影響。高填土清除卸荷，土體又緩慢回彈，也會導(dǎo)致地面軌道產(chǎn)生上抬變形。此外，大面積的填筑產(chǎn)生的地面沉降將使樁基產(chǎn)生負摩阻力，降低樁基的設(shè)計承載能力，嚴(yán)重時將引起車輛基地內(nèi)的建(構(gòu))筑物的正常使用及局部損壞。
2．2．2厚填土對基坑工程的影響厚填土對于城市軌交地下車站及明挖區(qū)間工程施工有較大影響，導(dǎo)致地下連續(xù)墻成槽、成樁難度大，且地下連續(xù)墻和SMW工法等圍護結(jié)構(gòu)的質(zhì)量難以保證，常出現(xiàn)滲漏水現(xiàn)象。4號線支線龍翔路站站位含有大量拋石填土。因厚填土中的填石整體粒徑碩大，導(dǎo)致地下連續(xù)墻成槽困難、導(dǎo)墻無法實施，后施工方被迫作換填處理，嚴(yán)重制約建設(shè)工期、影響工程造價。4號線支線邵昂路站主體結(jié)構(gòu)基坑局部有山石填埋物，揭示層厚約達8m。在連續(xù)墻成槽施工過程中，槽內(nèi)一直處于邊挖邊塌的狀態(tài)，嚴(yán)重影響鄰近地下管線和周邊建筑的穩(wěn)定和安全。厚填土特別是深厚雜填土，由于成分復(fù)雜、結(jié)構(gòu)松散，分布極其不均勻，所以很難獲得反映雜填土真實性狀的物理力學(xué)指標(biāo)和設(shè)計施工參數(shù)?？辈旒夹g(shù)人員也常常籠統(tǒng)地將其劃為一層，從而加大了設(shè)計施工的難度。地下車站和明挖區(qū)間采用的圍護結(jié)構(gòu)具有體型大、受力復(fù)雜等特點，若圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)為大面積的深厚填土，其作用在圍護結(jié)構(gòu)上的土壓力水平向也會分布不均。地下連續(xù)墻接縫或工法樁搭接位置很容易出現(xiàn)裂縫滲水，進而影響圍護結(jié)構(gòu)的功能和整體穩(wěn)定性。
2．2．3厚填土對盾構(gòu)區(qū)間隧道的影響因城市軌交盾構(gòu)區(qū)間隧道整體埋深較大，厚填土層底距隧道結(jié)構(gòu)頂尚有一定厚度，局部厚填土對城市軌交工程盾構(gòu)區(qū)間建設(shè)的影響一般不大，但勘察時應(yīng)注意加強對大面積厚填土引起的地層沉降穩(wěn)定性的評價，防止對區(qū)間隧道的安全造成不利影響。同時，在盾構(gòu)施工震動荷載影響下，因填土結(jié)構(gòu)松散，填土顆粒可能重新緊密咬合，從而加劇地表沉降。
2．3風(fēng)化巖體的影響
2．3．1對車站及明挖區(qū)間的影響3號線何山路站揭示的全風(fēng)化、強風(fēng)化凝灰?guī)r遇水易軟化、崩解，甚至坍塌，強度急劇降低，可能會影響地下連續(xù)墻施工。上覆碎石土滲透性強，且局部直接與微承壓水聯(lián)通，降水施工時在滲透力作用下易產(chǎn)生流砂和管涌現(xiàn)象，進而引起地面下沉。風(fēng)化巖及碎石層層頂界面起伏大，何山路站車站底板基本處于半巖半土的地層之中，巖、土承載能力相差懸殊，結(jié)構(gòu)底受力不均勻，容易產(chǎn)生縱向差異沉降，嚴(yán)重時會發(fā)生車站結(jié)構(gòu)底板開裂和從坑底涌水、涌砂現(xiàn)象。同時，何山路站南端基巖披露較高，部分地下連續(xù)墻須伸入中風(fēng)化巖層中，連續(xù)墻施工時易偏孔、耗損施工機具，容易制約工期并影響工程造價。
2．3．2對區(qū)間隧道的影響在硬質(zhì)巖體、碎石土及軟弱土同時存在交叉分布的復(fù)雜地層條件下，蘇州地區(qū)常用的土壓平衡式盾構(gòu)設(shè)備已不適用，應(yīng)采用復(fù)合式盾構(gòu)。在軟硬不均地層中掘進時，盾構(gòu)姿態(tài)難以控制，易造成盾構(gòu)沿線路上的偏離。盾構(gòu)在碎石土層中掘進時，土倉內(nèi)土壓力平衡難以建立，開挖面壓力過低易造成失穩(wěn)并引起地表較大沉降，嚴(yán)重時將會產(chǎn)生較大的空洞區(qū)域，甚至引發(fā)地表塌陷。在巖土分界過渡地帶，因風(fēng)化程度不一，可能會存在大漂石、球狀風(fēng)化核等大粒徑障礙物，將直接影響盾構(gòu)的掘進速度、工程造價和施工安全。
3特殊性巖土的防治對策和措施
3．1軟土的防治措施及對策
在淤泥質(zhì)軟土中進行城市軌交工程建設(shè)，為保證施工安全與后期運營穩(wěn)定，應(yīng)采取以下相應(yīng)的防治對策和措施。
3．1．1地下車站及明挖區(qū)間
1)含水率高是導(dǎo)致淤泥質(zhì)軟土低強度最根本的因素。在基坑開挖前應(yīng)采取有效的降水方案實施降水，延長降水加固周期，確保土體降水固結(jié)效果，充分提高土體自身強度和穩(wěn)定能力。
2)適當(dāng)增加圍護結(jié)構(gòu)和支撐體系的剛度，以信息化指導(dǎo)施工，及時調(diào)整支撐軸力，有效控制基坑側(cè)向變形。3)嚴(yán)格遵循土體的“時空效應(yīng)理論”，科學(xué)有序進行分層、分段及分塊開挖，加快支撐架設(shè)速度，減少無支撐暴露時間。
4)適當(dāng)對坑內(nèi)外土體進行注漿或深層攪拌樁加固，提高土體抗剪強度，增加土體抗力。開挖至坑底應(yīng)迅速澆筑墊層和底板，縮短基坑暴露時間。
5)采取與土性相適應(yīng)的平緩坡率開挖，開挖時應(yīng)盡量減少對開挖面的擾動，及時清排坡底及坑底積水，防止坑內(nèi)出現(xiàn)縱向滑坡。
3．1．2盾構(gòu)區(qū)間隧道
1)應(yīng)結(jié)合淤泥質(zhì)土層的分布特征和工程特性，選擇相匹配的盾構(gòu)施工參數(shù)，嚴(yán)格控制盾構(gòu)掘進速度，及時有效進行注漿，減少對淤泥質(zhì)軟土的擾動。2)軟土中盾構(gòu)掘進阻力小，易產(chǎn)生超挖現(xiàn)象，要嚴(yán)格控制單位時間內(nèi)出土量，避免盾構(gòu)和地面建(構(gòu))筑物產(chǎn)生過大沉降。
3)對淤泥質(zhì)軟土分布起伏較大地段，特別是土層分布軟硬不均的隧道底部，可對淤泥質(zhì)土作預(yù)加固處理或在施工時適當(dāng)增加注漿量，促使隧道底部影響深度范圍地層強度平緩過渡，有效控制不均勻沉降。
3．2厚填土的防治措施及對策
3．2．1車輛基地
1)若選擇車輛基地作為城市軌交建設(shè)工程的臨時堆土場，應(yīng)嚴(yán)格控制堆土高度和堆積區(qū)域，通過計算確定堆土的影響范圍與深度，預(yù)測由堆土引發(fā)的地面沉降大小，并加強監(jiān)測，控制鄰近建(構(gòu))筑物和地下管線的變形。
2)高填土的堆載-卸荷過程作用于土體表現(xiàn)為地表變形的沉降-回彈，下部土體越軟弱，堆載時間越長、荷載越大，地面沉降量也就越大;卸荷時產(chǎn)生的回彈周期也就越長，回彈量也就越大。地面軌道鋪設(shè)前應(yīng)充分消除卸荷回彈效應(yīng)，嚴(yán)格控制地表回彈量。3)車輛基地場地大面積回填平整時，原則上應(yīng)清挖至原狀土，再分層回填壓實。對沉降變形敏感地段，可選擇輕質(zhì)回填材料，如EPS材料。對局部厚填土可視填土性狀選擇是否處理。當(dāng)堆積時間較長、密實度較好和厚度適當(dāng)時，在加強建筑物基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)剛度措施后，可直接予以利用。
3．2．2地下車站及明挖區(qū)間
1)采用多種勘探手段，詳細查明厚填土的分布特征、歷史成因及成分，提供設(shè)計施工所需的物理力學(xué)參數(shù)。
2)對巨厚填土進行亞層劃分，在設(shè)計施工時宜充分考慮圍護結(jié)構(gòu)外側(cè)填土側(cè)壓力分布的不均勻性，事先采取結(jié)構(gòu)措施來抵消不均勻側(cè)壓力對圍護結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的側(cè)向變形。
3)厚層填土區(qū)域圍護結(jié)構(gòu)施工時，應(yīng)有針對性地采取防漏補強措施，提高施工工藝，保證圍護結(jié)構(gòu)墻體施工質(zhì)量。
4)含有大量拋石、填石的厚填土，可采取開挖、側(cè)向置換等方式予以清除，再進行圍護結(jié)構(gòu)施工。
3．2．3盾構(gòu)區(qū)間隧道在盾構(gòu)區(qū)間隧道上方存在厚填土分布時，應(yīng)根據(jù)周邊場地環(huán)境條件采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右钥刂?。一般可通過控制隧道掘進速率、增加盾構(gòu)環(huán)向注漿量及改進施工工藝的綜合措施來降低厚填土的累積沉降量。對地表沉降變形特別敏感的地段，也可采取超前注漿的地基加固措施，有效控制地面重要建(構(gòu))筑物的整體變形。對存在大面積填土且地基變形尚未穩(wěn)定的區(qū)段，根據(jù)影響程度應(yīng)注意避讓或采取適當(dāng)結(jié)構(gòu)加強措施。
3．3風(fēng)化巖及碎石土的防治措施及對策
3．3．1地下車站及明挖區(qū)間
1)設(shè)計應(yīng)優(yōu)化調(diào)整車站及明挖區(qū)間平面布置方案，盡量避免將基底置于半巖半土等巖、土體的交界面處，防止由坑底土體軟硬不均產(chǎn)生的不均勻變形。2)應(yīng)結(jié)合風(fēng)化巖的工程力學(xué)特性、場地周邊環(huán)境條件及基坑開挖深度等因素合理選擇圍護結(jié)構(gòu)形式。3．3．2區(qū)間隧道1)結(jié)合隧道穿越范圍內(nèi)的巖體強度、整體工期及工程造價等因素綜合論證施工工法的可行性。
2)采用礦山法施工時，應(yīng)注意全、強風(fēng)化巖遇水軟化和崩解，碎石土的突涌及圍巖坍塌問題，開挖前應(yīng)做好降水和巖土體的加固處理工作，保證施工安全。3)采用盾構(gòu)法施工時，應(yīng)選擇適合地層條件的盾構(gòu)設(shè)備，更換刀具時應(yīng)確保開挖面巖體的穩(wěn)定，必要時可從地表進行注漿加固。對巖土分界地帶可能存在大漂石、球狀風(fēng)化核等障礙物，可通過超前鉆的方式予以排查，并采取適當(dāng)?shù)拇胧┻M行處理。
4結(jié)語
1)蘇州軌交沿線場區(qū)揭示的特殊性巖土主要有淤泥質(zhì)軟土、厚填土及全、強風(fēng)化巖(含碎石土)等，是設(shè)計施工的難點和重點所在，由此產(chǎn)生的工程事故較多，應(yīng)引起重視。
2)切實結(jié)合軌交設(shè)計要求及施工工藝，采用多種勘察手段，重點查明特殊性巖土的性狀和分布特征，為設(shè)計施工提供高水準(zhǔn)的地質(zhì)基礎(chǔ)資料。
3)根據(jù)蘇州地區(qū)特殊性巖土的區(qū)域特點，采取有效的防治措施，選用相應(yīng)合理的設(shè)計施工方案，可提前規(guī)避地質(zhì)風(fēng)險。
作者：楊子良 單位：上海市隧道工程軌道交通設(shè)計研究院
