北京城建勘测设计研究院有限责任公司 100101
摘要：地铁工程是一项建设规模大、工期长、投资多、社会影响备受关注的工程。所以由地铁工程所产生的岩土工程问题也是地铁建设风险的重要组成部分。地铁作为一种城市交通方式，其优势是显而易见的。首先，地铁轨道交通是一种大运量、安全、快捷、准时、方便、舒适的理想交通工具。其次，是由于地铁轨道交通无空气污染，有利于保护人们的生存环境，改善空气质量，这符合了大城市可持续发展的原则。第三，地铁轨道交通与城市经济和社会发展之间存在良胜互动的密切关系，这一点是其它交通方式无法比拟的。
但是，随着地铁建设的大力发展，一些负面影响也相继产生，其中，由地铁兴建引起的岩土工程问题最为突出，发生灾害时造成的危害也最为严重。本文主要以地铁为载体，总结分析了了地铁在设计，施工等过程中所遇到主要岩土工程问题。
前言
随着工业化的进程，城市化成为当今世界发展的一大特征。城市化的发展使人口大量集中，人口急剧增长，造成城市交通拥挤。城市化的发展使得城市交通日趋紧张，20 世纪 80 年代，国际隧道协会（ITA）提出“大力开发地下空间。地下空间 -- 地铁，作为一种新的交通模式进行开发和应用，成为许多国家今后的发展趋势。
一、地铁岩土工程的特点
大家都知道，地下岩土的工程历史久长，在人们的日常生活中，居住与出行都与地下岩土工程紧密关联。但是，地铁的建设和传统的房屋地基建筑不同，主要表现是：
（1）都市的人口密集，多层、高层以及超高层的建筑大多数聚集在建筑物密度大，人口密度大、交通拥堵的限制场地里，然而通常都是这样的地方才有地铁的需求。
（2）多数地铁隧道埋深较浅。
（3）地面的建筑物与交通设施相互交集；地下的管路多而繁杂，影响挖掘。（4）我国的地质条件非常繁杂，绝大多数是土体，并伴有膨胀土、砂石层、地下水层，特别是沿海地带，软土和淤泥更多，导致挖掘的难度增加。
（5）工程施工周期长，从开始施工到工程投入使用，可能要遭遇屡次的降雨、建筑场地周围堆载、施工过程不当以及多种意外因素、安全度也就随之变低。
二、地铁工程中的主要岩土工程问题及影响及分析
1.地面沉降、塌陷
在地下工程开挖动工时，不管掩埋的深浅，都会破坏地下的整体岩土，导致其失去天然状态而发生转变，地铁隧道在开挖过程中由于地层该物质被挖出来，在固定的区域内地层应力会有改变，宏观上看是地层物质的变动，浅埋地下隧道，范围会延伸到地表，形成施工沉降槽。动工中的沉降槽还会导致地面坍塌与凹陷，致使破坏到道路的路面、原有的地下管道，甚至会使建筑物沉降、倾斜、开裂等损害，以上问题都会对工程的施工建设，以及人民的财产、生命安全造成影响。
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2．管涌、突涌
地下的承压水埋的越浅，承压水影响地铁隧道或车站的稳定性就会越大，如若处置不合理，基坑非常容易引发突涌、管涌等事故。杭州地铁秋涛路站的基坑，在动工的过程中，第十一段基坑的南侧 273 号 ~274 号桩间坑底，以及第八段基坑内，距离第九段底板端头大概五米的位置处，曾经在2004年-2005年间发生过管涌。
武汉地带，长江的冲积地层有着显著的二元结构。地面下 6~12m 范围内普遍分布一般粘性土或淤泥质土，其下埋藏有粉土或粉土与砂土交互层和砂类土。粉土和砂质土在承压水中含量丰富，砂颗粒随深度增加而变厚，渗透系数越大。在地铁的隧道深埋或挖掘基坑于 6米~12米时，
渠道或基坑底部基本上落在淤泥、淤泥、砂土的相互作用层，即使粘性土的剩余部分很薄，也不受地下水控制，承压的水头压力可以直接冲击破坏掉隧道壁、基坑的底板以及薄层的粘性土不透水底板，从而导致突涌等严重后果。
3.收缩膨胀
老粘性土的胀缩性通常有这几种特征：Q2 老粘性土的各项指标通常小于Q3老粘性土，从矿物成分、离子交换量以及微观的结构上讲，Q2 老粘性土没有Q3 老粘性土的吸水膨胀以及失水收缩的能力大；粘性土质的胀缩特性非常没有规律并且不平均，即使是同一层的土，胀缩性也会有所差异。老粘性土质区域的隧道以及基坑的项目，会因为处理水的方式不妥，加上老粘性土的本质胀缩特性，容易引起基坑的边坡不稳固，变成长期慢性破坏，从而致使基坑壁的滑陷。
4.地表、地下水及土的污染
地铁项目的动工周期长，当遇到降水的范围大、量多、降水时间长时，会容易造成施工地域漏斗，从而改变地下水的动力场以及化学场，加重地下水污染。但目前还未对其进行深入的研究。
5．渗流和渗透
地铁岩土的工程问题中，水和岩土直接发生作用常常会产生水引起的地质灾害，开挖隧道之后形成的二次场地会将原始地的应力场、分布、地下水渗流的散布改变。含水层中的地下水作用在岩土上，主要是以渗流力以及动水的压力，同时隧道中的岩土和各结构之间存在着复杂的藕合方式。可是当下对于水力藕合的机理以及水力藕合的模型所认识的不同，因此，当下地铁的岩土工程在渗流这方面的研究不多。
6．软土变形、不均匀沉降问题
因为软土中含水量高、缝隙多、可压缩性高、强度与渗透力低，所以在对软土地质的区域地下项目动工时，经常会引发工程性的地质灾难，包括：
（1）软土地下项目动工变形，会导致地面下沉凹陷；浅层掩埋的隧道塌方会导致道路裂开；管线破坏引起次生灾害。
（2）软土盾构法的地下项目动工：盾构顶底层会破坏导致突发水事故，导致地面的坍塌凹陷；盾构的隧道会让土体的上方隆起或者挤入盾尾内，导致土空隙中水压的变化以及地层不牢固。
7.岩溶问题
地铁施工过程中，由于孔隙介质产生原生孔隙，往往会遇到石灰岩、石灰岩的形成，构造运动增加节理和断层痕迹，雨水为岩石表面的渗透提供条件。丰沛的雨水量加强水动力条件和溶解量，高温的雨季增长了生物活性，大幅度的提升土壤间的空气比例，非常容易让岩溶发育，变成岩石、柱、狭缝、岩石和粘土互层，弯曲的土洞。溶洞和土洞坍塌后，形成漏斗状凹陷，或者开放的天坑。
三．地铁建设中特殊地层的岩土工程问题及分析
1．富水软弱淤泥地层
富水软弱淤泥地层，多数是因为淤泥的栓塞与沉积，以及松散的回填造成的，挤压的时间短，还没有挤压牢固。岩土具有高含水率、大孔隙比、低压缩比、低承载力、小摩擦角等特点，不稳定，容易发生二次固结和流动，在动态变化过程中，内摩擦角进一步减小。
在地铁施工中，污泥的触变性和柔软性容易引起基坑支护结构的淤泥爆裂和底涌，盾构施工和隧道施工的振动容易引起上摩擦桩的沉降。
2．富水砂层
因为富水砂层的自然含泥量小，含水量大，缝隙也就相对松散而大。通常情形下有必定的承重能力，能将地面的径流与地下面的暗流联通起来，地下水的水位不稳地。所以，基坑内会涌出水和砂，盾构带压的气密性变差。
3.富水断裂破碎带
由于裂隙大小不同，材料组成不同，分选性差，圆度差，在富水裂隙破碎带中存在大小不等的孔洞或孔洞。连通性好，易于形成动态流路。便会导致地铁的施工工程中突发的水事故，泥水堵管。
4．花岗岩残积层
花岗岩的残积层，是由于花岗岩的全部风化造成，含有小于百分之50的石英晶粒，石晶粒有经过风化成为黏土，遇水后颗粒会小，空隙就会迅速变大。因为原状土地基的承压力度高，渗透系数小，可作为较好的工民建基础。但是开挖暴露后，遇水会软化并且容易崩塌，各种力学性能都会降低。所以，在地铁项目施工中基底在遇水变软后，再高水压之下，围护极易变形，基底变成管涌，盾构土仓便会结成泥块。
5．煤成气和沼气地层
地层中，由于地质时期发育了煤层和现代植物，微生物堆积缺氧沉积（CH4、CO、H2S等气体的主要成分），从而形成了煤层气和甲烷的形成。开挖工作面时，它很可能突然溢出，也能溶于水。当水温和压力下降时，逐渐逸出，聚集到一定浓度，将毒害施工人员或引起爆炸。
6.复合地层
开挖断面的区域之内以及开挖的延伸方向之上，有两种或者更多的不同地层构成，同时，这些地层的岩土力学、地质与水文条件都差距很大，对于每种施工方法的选择以及施工参数的影响都非常大，容易引起工程危害。
结束语
城市地铁在改善城市交通状况，加快城市建设，促进经济发展等方面都将发挥巨大作用，地铁工程所涉及的岩土工程问题相对较多，制约着地铁工程的发展。为确保地铁建设的顺利进行，我们需要开展更深入的研究。同时地铁工程具有地下空间资源的巨大潜力、地下空间开发的制约性、层次性和不可逆性、地下工程的广延性、隐蔽性和复杂性、地下工程对水的敏感性等等特殊性。我们在进行地铁开发研究时要充分的考虑和调查研究城市地铁所涉及的岩土工程问题，可以做到合理开发、合理利用并及时解决存在的工程问题，防患于未然，造福于人民。
参考文献
[1]刘宝琛.急待深入研究的地铁建设中的岩土力学课题[J].铁道建筑技术，2010，（3）.
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[3]刘连喜，陈浩.浅析武汉地区环境岩土工程问题[J].城市勘测.2014
论文作者:张勇
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第27期
论文发表时间:2018/2/9
标签：地铁论文; 基坑论文; 地层论文; 粘性论文; 岩土论文; 隧道论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2017年第27期论文;