摘要：随着城市轨道交通的快速发展，全国大中型城市为解决城市交通状况和提高居民的出行条件，均在快速修建城市轨道，而城市轨道在修建过程中会遇到各种复杂的地质环境，为保障工程的安全性，对复杂地质情况的分析和研究显得尤为重要。
关键词：城市轨道；穿越
1工程概况
乌鲁木齐市轨道交通2号线马料地站-平川路站区间自马料地站起，沿马料地街下向西南敷设，后以R=400m半径向北转至平川路路下，转弯过程中下穿2～5层民宅等建筑物，之后进入平川路站。区间右线长894.867m，左线长894.870m，覆土厚度12.49～16.54m。区间穿越西山断裂带北支、自建房、高承压水区域。
2工程地质条件
侏罗系中等风化泥岩为弱膨胀岩，试验中吸水易崩解呈角砾状，饱和抗压强度平均值为15.1MPa＜30MPa为较软岩。中等风化砂岩的饱和抗压强度平均值为17.13Mpa＜30MPa为较软岩。
3区间断裂带情况
3.1断裂带影响范围
西山断裂东段北支（F4-1）从该段通过，断层影响带范围可达80m（根据2015.9.20的《乌鲁木齐轨道交通2号线（马料地站-平川站）详勘报告》），具备产生位移和发生中、强破坏性地震的构造条件，属于非稳定场地。根据《2017乌鲁木齐地铁2号线马-平区间断层错动风险评估》，西山断裂带北支宽度为52m。
3.2地质水文
地表杂填土厚2～3.6m，以下分布稍密-中密的粉土、角砾、圆砾和侏罗系泥岩、煤层等。潜水位埋深约4～8m，承压水埋深11.6～42.2m。隧道顶板埋深10.5～17m，底板埋深17.8～27m，结构主要位于第四系地层粉土、圆砾及侏罗系泥岩、煤层中。同时隧道穿越西山断裂北支，为晚更新世活动断裂。
隧道洞身位于第四系粉土、圆砾和侏罗系泥岩、煤层等。地下水富水性中等-丰富，有发生突水涌泥和坍塌可能，围岩稳定性差。
表1马料地站-平川路站区间断层错动量（基岩面）
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4穿越断裂带重难点分析及应对措施
4.1设计抗断措施
（1）采用超挖设计、铰接设计。在穿越活动断裂带采用大断面、双层衬砌，衬砌之间设置泡沫混凝土，减少错动量对隧道结构的破坏。
铰接设计即尽量减少隧道节段长度，使断层带及其两侧一定范围内的节段保持相对独立，各刚性隧道节段间采用刚度相对较小的柔性连接。
（2）设置地震观测系统。地震观测系统可由地震反应观测系统结合地震预警报警系统进行参数监测。观测系统通过信号将预警信息传送至至城市轨道控制中心和车辆驾驶系统，确保运行过程中发生错动量过大时，及时避让。
（3）采用结构抗断措施。在断裂带区域设置柔性设防区间，以防止断裂带运动时上下层错动量过大时对隧道工程发生剪切力破坏。如采用柔性衬砌材料，可考虑采用整体式钢管衬砌材料抵抗允许范围的错动量。
（4）设置隧道形变监测系统：设置光纤传感器进行检测，对累计变形过大地段进行修复和保护。
（5）预留逃生救援通道：在断层破裂影响区外一定距离预留必要的逃生救援通道，逃生救援通道位置设计时建议连同车站、断层影响区位置一并考虑。
4.2施工重难点分析及应对措施
4.2.1施工重难点分析
（1）本工程为粉土、圆砾与岩层过渡区，地层差别较大，软硬不均。粉土中具有孔隙潜水，具有一定储水条件，透水性中等，水量较小或中等，粉土稍具粘性。
（2）泥岩破碎后，遇水具有较强粘性。角砾和圆砾层是本区间的承压水层，透水性强，水量较大。
（3）断裂带区域为本区域的地下水力通道，存在涌水风险。
（4）穿越煤层区域，为有机物腐化区域，有可能存在有害气体。
（5）线路附近存在自流井，水井采用钢管护筒，由于时间久远，护筒长度及埋深未知，对盾构机施工有潜在影响。
（6）软硬复合地层掘进易出现盾构机扭矩变大，姿态控制困难，出现掘进线路与设计线路偏移和软弱地层的超挖，导致管片拼装困难，管片破碎及地面沉降。
4.2.2盾构穿越断裂带地层应对措施：
（1）在软硬不均质地层中掘进对盾构姿态多动微调，及时修改掘进参数，必要时开启超挖刀，对硬质岩层进行切削，防止软弱岩层排土过大，导致盾构机姿态偏移大，地面沉降大。
（2）针对承压水问题，螺旋机采用双闸门设计，降低涌水风险，同时螺旋机配备保压泵渣接口，发生喷涌时可先采用闸门开度减小掘进，若无法有效阻止螺旋机喷涌可增加保压泵进行出渣，保证盾构机掘进度过风险源。
（3）穿越煤层，可能存在有害气体，配置相应的有害气体检测仪器。
（4）盾构机进入上软下硬地层前，对各分系统进行检查调试，对刀具进行检查，提高刀具更换标准，确保设备性能可靠。在掘进的过程中尽可能不停机，严格控制出土，严禁出现超排现象。
（5）做好补充地质勘探，在地层起伏交界处进行钻孔，查清上软下硬地层的位置和长度；掘进过程中不断观察出土情况，并结合推力、扭矩、速度、土压，以及渣土中石块的比例和大小，判断硬岩的比例，及时调整掘进参数。
（6）盾构机在上软下硬地层中掘进时，盾构姿态容易向上抬，为了保持正确的掘进线路，应该合理控制上下千斤顶的推进油压，控制好盾构姿态，尽量减少纠偏，扰动地层作业。
（7）在上软下硬地段应该采用低转速，以减少滚刀与岩土分界面的冲击；在掘进过程中，根据滚动角的大小，及时通过调整刀盘转向来防止盾体产生扭转。
（8）盾构机采用小倾斜角度皮带机设计。地质构造断裂带掘进发生喷涌时，大角度的皮带机难以将稀碴上送，导致漏碴严重影响施工。提供的盾构设计9°的小倾角皮带机，根据相关工程案例，输送稀碴的能力大大提高，基本能够将稀碴送出，保证发生喷涌时掘进施工的正常进行。
（9）在构造破碎带地层的盾构施工中，渣土改良是保证盾构施工安全、顺利、快速的重要技术手段。渣土改良具有较好的土压平衡效果，利于开挖面的稳定从而控制地表沉降;使渣土具有较好的和易性、流动性，切削下来的渣土易于快速进入土仓并顺利排土，可有效防止土渣黏结刀盘而产生泥饼。可有效降低刀盘扭矩，改善土体对刀盘、刀具和螺旋输送机的磨损。
（10）在构造破碎带地层中，为降低对刀具和螺旋输送机的磨损，可采取向刀盘前及螺旋输送机内注入含水量较大的泡沫，注入泡沫剂和水可以冷却刀具，又可以改良渣土，使渣土具有良好的流动性。注入的泡沫量一般为100L～120L/环，发泡率控制在300%左右，每环注入水量为8～10m3,可视渣土流动性情况进行加水量调整。在泡沫剂作用下，刀盘作用在掌子面上的有效扭矩得以降低，同时可以减少刀具连续工作状态下的磨损量。
5结语
城市轨道在设计时穿越断裂带地区不可避免时，设计方面做好结构超挖设计、铰接设计、抗断设计、设置监测和变形量预警，运营期间及时修复和保护。施工作业方面应结合类似施工经验，做好监控量测和地质补勘，确保盾构方案安全可行，保障施工作业人员的生命安全。
参考文献
[1]王丽萍，蔡辉腾.2017乌鲁木齐地铁2号线马-平区间断层错动风险评估.
论文作者:杨军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/13
标签：盾构论文; 地层论文; 渣土论文; 泥岩论文; 隧道论文; 侏罗系论文; 断层论文; 《基层建设》2019年第29期论文;