城市軌交工程建設論文
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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僅有3號線部分區間屬山前沖積平原地貌，勘探深度范圍內揭示的特殊性巖土主要有白堊系全風化、強風化灰巖及第四系早更新世碎石土。平面分布區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—蘇州樂園站區間。3號線何山路站附近全風化、強風化凝灰巖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圍護結構側向變形及坑底隆起基坑開挖卸荷后，圍護墻內外存在側向作用力差，墻體產生側向變形;同時坑內被動土壓力區土體朝坑內產生水平位移，使坑底土體水平應力加大，以致坑底土體剪應力增加而產生水平擠壓或坑底隆起。相似的支護體系下，開挖影響范圍內土體越軟弱，基坑開挖越深，圍護結構側向變形及坑底隆起現象就越明顯。軌交4號線汽車客運站站基坑整體位于②y層淤泥質土層中，通過短期降水后土體強度未得到明顯提高，成為設計施工中存在的最大風險源。從表2中可以看出，在基坑開挖過程中，其圍護結構側向變形與坑底隆起的程度明顯大于常規地層相應車站產生的數值。
2．1．2基坑內縱向滑坡淤泥質土滲透性差，降水難度大，短期內一般難以通過降水固結大幅提高土體的整體強度和自穩能力。基坑開挖時，軟土在動荷載作用下受到擾動，強度顯著降低。同時，淤泥質土開挖過程中坡腳常伴隨滲透積水現象，土體受水浸泡后強度亦會顯著下降，加劇誘發開挖面沿縱向滑坡。軌交4號線某車站1號出入口，圍護結構采用SMW工法+鋼支撐，圍護結構及基坑均位于②y層淤泥質土層中。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，最終導致縱向滑坡引起局部支護體系破壞。
2．1．3盾構管片錯臺②y層淤泥質土自身強度低、靈敏度高，在動荷載作用下極易產生流變、觸變現象。盾構在全斷面為淤泥質土層中掘進時，土體經擾動后強度顯著降低，管片自重及上方土體產生的抗力不足以抵消管片的上浮力，導致隧道管片上浮、管片錯臺。下臥土層的不均勻性是盾構隧道產生縱向不均勻變形的基本原因。在隧道結構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，在盾構推進或管片拼裝完成后一定時間內會產生縱向不均勻沉降，進而引起管片錯臺，甚至開裂。如2號線延伸線某盾構區間，部分區段盾構隧道底部傾入淤泥質黏土層中，在管片拼接完成后產生了嚴重的不均勻沉降，最大沉降達16cm，嚴重影響了施工質量和后期運營安全。
2．2厚填土的影響
2．2．1厚填土對車輛基地建(構)筑物的影響考慮到防洪設計要求，城市軌交車輛基地一般要做填筑處理;此外，車輛基地建設用地常作為車站和區間施工產生的棄土臨時堆積區。2號線太平車輛基地占地約29hm2，原地面標高約1．50m，設計填筑標高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域地面沉降，對現有地基穩定性、鄰近建(構)筑物變形都將產生一定影響。高填土清除卸荷，土體又緩慢回彈，也會導致地面軌道產生上抬變形。此外，大面積的填筑產生的地面沉降將使樁基產生負摩阻力，降低樁基的設計承載能力，嚴重時將引起車輛基地內的建(構)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間工程施工有較大影響，導致地下連續墻成槽、成樁難度大，且地下連續墻和SMW工法等圍護結構的質量難以保證，常出現滲漏水現象。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，導致地下連續墻成槽困難、導墻無法實施，后施工方被迫作換填處理，嚴重制約建設工期、影響工程造價。4號線支線邵昂路站主體結構基坑局部有山石填埋物，揭示層厚約達8m。在連續墻成槽施工過程中，槽內一直處于邊挖邊塌的狀態，嚴重影響鄰近地下管線和周邊建筑的穩定和安全。厚填土特別是深厚雜填土，由于成分復雜、結構松散，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指標和設計施工參數。勘察技術人員也常常籠統地將其劃為一層，從而加大了設計施工的難度。地下車站和明挖區間采用的圍護結構具有體型大、受力復雜等特點，若圍護結構外側為大面積的深厚填土，其作用在圍護結構上的土壓力水平向也會分布不均。地下連續墻接縫或工法樁搭接位置很容易出現裂縫滲水，進而影響圍護結構的功能和整體穩定性。
2．2．3厚填土對盾構區間隧道的影響因城市軌交盾構區間隧道整體埋深較大，厚填土層底距隧道結構頂尚有一定厚度，局部厚填土對城市軌交工程盾構區間建設的影響一般不大，但勘察時應注意加強對大面積厚填土引起的地層沉降穩定性的評價，防止對區間隧道的安全造成不利影響。同時，在盾構施工震動荷載影響下，因填土結構松散，填土顆粒可能重新緊密咬合，從而加劇地表沉降。
2．3風化巖體的影響
2．3．1對車站及明挖區間的影響3號線何山路站揭示的全風化、強風化凝灰巖遇水易軟化、崩解，甚至坍塌，強度急劇降低，可能會影響地下連續墻施工。上覆碎石土滲透性強，且局部直接與微承壓水聯通，降水施工時在滲透力作用下易產生流砂和管涌現象，進而引起地面下沉。風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，結構底受力不均勻，容易產生縱向差異沉降，嚴重時會發生車站結構底板開裂和從坑底涌水、涌砂現象。同時，何山路站南端基巖披露較高，部分地下連續墻須伸入中風化巖層中，連續墻施工時易偏孔、耗損施工機具，容易制約工期并影響工程造價。
2．3．2對區間隧道的影響在硬質巖體、碎石土及軟弱土同時存在交叉分布的復雜地層條件下，蘇州地區常用的土壓平衡式盾構設備已不適用，應采用復合式盾構。在軟硬不均地層中掘進時，盾構姿態難以控制，易造成盾構沿線路上的偏離。盾構在碎石土層中掘進時，土倉內土壓力平衡難以建立，開挖面壓力過低易造成失穩并引起地表較大沉降，嚴重時將會產生較大的空洞區域，甚至引發地表塌陷。在巖土分界過渡地帶，因風化程度不一，可能會存在大漂石、球狀風化核等大粒徑障礙物，將直接影響盾構的掘進速度、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
在淤泥質軟土中進行城市軌交工程建設，為保證施工安全與后期運營穩定，應采取以下相應的防治對策和措施。
3．1．1地下車站及明挖區間
1)含水率高是導致淤泥質軟土低強度最根本的因素。在基坑開挖前應采取有效的降水方案實施降水，延長降水加固周期，確保土體降水固結效果，充分提高土體自身強度和穩定能力。
2)適當增加圍護結構和支撐體系的剛度，以信息化指導施工，及時調整支撐軸力，有效控制基坑側向變形。3)嚴格遵循土體的“時空效應理論”，科學有序進行分層、分段及分塊開挖，加快支撐架設速度，減少無支撐暴露時間。
4)適當對坑內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)采取與土性相適應的平緩坡率開挖，開挖時應盡量減少對開挖面的擾動，及時清排坡底及坑底積水，防止坑內出現縱向滑坡。
3．1．2盾構區間隧道
1)應結合淤泥質土層的分布特征和工程特性，選擇相匹配的盾構施工參數，嚴格控制盾構掘進速度，及時有效進行注漿，減少對淤泥質軟土的擾動。2)軟土中盾構掘進阻力小，易產生超挖現象，要嚴格控制單位時間內出土量，避免盾構和地面建(構)筑物產生過大沉降。
3)對淤泥質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，可對淤泥質土作預加固處理或在施工時適當增加注漿量，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工程的臨時堆土場，應嚴格控制堆土高度和堆積區域，通過計算確定堆土的影響范圍與深度，預測由堆土引發的地面沉降大小，并加強監測，控制鄰近建(構)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;卸荷時產生的回彈周期也就越長，回彈量也就越大。地面軌道鋪設前應充分消除卸荷回彈效應，嚴格控制地表回彈量。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。當堆積時間較長、密實度較好和厚度適當時，在加強建筑物基礎和上部結構剛度措施后，可直接予以利用。
3．2．2地下車站及明挖區間
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，提供設計施工所需的物理力學參數。
2)對巨厚填土進行亞層劃分，在設計施工時宜充分考慮圍護結構外側填土側壓力分布的不均勻性，事先采取結構措施來抵消不均勻側壓力對圍護結構產生的側向變形。
3)厚層填土區域圍護結構施工時，應有針對性地采取防漏補強措施，提高施工工藝，保證圍護結構墻體施工質量。
4)含有大量拋石、填石的厚填土，可采取開挖、側向置換等方式予以清除，再進行圍護結構施工。
3．2．3盾構區間隧道在盾構區間隧道上方存在厚填土分布時，應根據周邊場地環境條件采取適當的措施加以控制。一般可通過控制隧道掘進速率、增加盾構環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)筑物的整體變形。對存在大面積填土且地基變形尚未穩定的區段，根據影響程度應注意避讓或采取適當結構加強措施。
3．3風化巖及碎石土的防治措施及對策
3．3．1地下車站及明挖區間
1)設計應優化調整車站及明挖區間平面布置方案，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生的不均勻變形。2)應結合風化巖的工程力學特性、場地周邊環境條件及基坑開挖深度等因素合理選擇圍護結構形式。3．3．2區間隧道1)結合隧道穿越范圍內的巖體強度、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，應注意全、強風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)采用盾構法施工時，應選擇適合地層條件的盾構設備，更換刀具時應確保開挖面巖體的穩定，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、球狀風化核等障礙物，可通過超前鉆的方式予以排查，并采取適當的措施進行處理。
4結語
1)蘇州軌交沿線場區揭示的特殊性巖土主要有淤泥質軟土、厚填土及全、強風化巖(含碎石土)等，是設計施工的難點和重點所在，由此產生的工程事故較多，應引起重視。
2)切實結合軌交設計要求及施工工藝，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，為設計施工提供高水準的地質基礎資料。
3)根據蘇州地區特殊性巖土的區域特點，采取有效的防治措施，選用相應合理的設計施工方案，可提前規避地質風險。
作者：楊子良 單位：上海市隧道工程軌道交通設計研究院
