岩土工程问题管理论文

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摘要：杭州市地铁一号线是杭州“跨入新世纪，构筑大都市，建设新天堂”的重大举措，是杭州市重大基础设施建设项目。

关键词：路桥结构地铁工程

一、前言

地铁一号线北起余杭区临平镇，沿线经过乔司、彭埠、火车东站、汽车东站、武林广场、延安路、城站路、城站火车路、秋涛路、钱江路、复兴地区、再经钱江四桥跨钱塘江至萧山区，沿北塘路转至市心路，终于蜀山车辆段，全线总长约52km。其中兴隆村站至凤凰城站及萧山区市心路段均为地下线，埋深约在现地表下10～20m；其余均为高架线路或地面线路。其中地下线路部分均为人群密集、建筑物密集、交通繁忙的闹市区。

二、沿线地基土层的构成与特征

杭州市位于杭嘉湖平原与浙西山区交会处的浙北地区，钱塘江下游，京杭运河南端，地理位置为北纬30°15′，东经120°10′。由于地质历史上受多次海侵海退影响，且区内多山，钱塘江又从市内穿过，造成杭州市地貌形态众多，地基土层复杂多变。

就地铁沿线所经过区域，主要为两种地貌形态。一为临钱塘江的冲海积平原，属钱塘江河口相冲海积堆积的粉性土及砂性土地区，由于堆积年代及固结条件不同，性质不一，竖向由松散至中密状变化，厚度一般在20m左右；其下为海陆交互相沉积的淤泥质软土及粘性土；地面下深约40～50m为古钱塘江河床堆积的圆砾层，中密～密实状态，底部基岩埋深一般在地表下50～65m左右。另一种为海陆交互相沉积的粘性土地区，主要集中在杭州老城区即艮山门站至中河路站一带及萧山市心路区段，地层软硬交替，一般上部20m左右均以软粘性土为主，下部基岩埋深约在地面下40～45m左右。

根据大量钻孔资料及原位测试和室内土工试验成果资料显示，杭州市淤泥质软粘土天然含水量一般在30～45%左右，天然孔隙比一般在0.85～1.50左右，双桥静力触探锥尖阻力约为500～800Kpa，压缩模量约为1.5～3.0Mpa，地基承载力fk约为70～80Kpa左右；局部夹有粉土，或呈互层状。软粘土性质类似与上海的淤泥质粘性土。而钱塘江两岸的河口相冲海积形成的粉土、砂性土（主要分布于城东地区），由于堆积年代、沉积环境、固结条件等的差异，其性质变化较大。资料显示，其密实度一般由松散至中密状态变化，含水量一般在23～35%左右，孔隙比约在0.8～1.1左右，双桥静探端阻力一般为2000～9000Kpa，标贯击数一般为8～20击/30cm。颗粒组成以粉粒为主，一般表现为粘质粉土及砂质粉土，为上细下粗，符合一般沉积规律。其压缩模量在6～20Mpa，地基承载力fk约为80～220Kpa。

综上述，地下线路掘进范围内各土层总体特征是：高含水量和大孔隙比、高压缩性、低强度，淤泥质软粘性土具较高灵敏度、弱透水性，粉土、砂性土透水性好，易产生流砂、管涌现象。

三、地下线路掘进过程中可能遇到的岩土工程问题

（一）地基土层的强度问题

掘进范围内地基土主要为饱和粉土、砂土及软粘土，一般均具低强度特性，因此盾构掘进较易。由于粉土、砂土与软粘土的强度等存在差异，及局部地段（如延安路段）在深度15～20m左右存在可塑状粘性土，与上部软粘土差别较大，造成掘进面上存在两种不同强度的地层，掘进过程中容易造成软弱层排土过多过快而引起地层下沉，或造成盾构在线路方向上的偏离。同时，由于低强度特性，隧道掘进时应及时衬砌并采取相应止水措施，以防掘进面地层产生应力释放，产生沉降。杭州软粘土尚存在较高灵敏度特性，故有较明显触变、流变特性，在动力作用下，极易造成土体结构破坏，使强度降低，且土体排水固结需要很长时间，如施工不当，极易造成工后沉降大和不均匀沉降，因此施工过程中须严格控制偏移量，尽量避免蛇曲推进。

（二）地基土层的变形问题

隧道基底土以粉土、淤泥质软土为主，均具低强度，高压缩性等特点，因此必须验算基底土强度和变形。同时，粉土、砂土和软粘土在变形特性上存在差异，其压缩沉降量不同，当隧道在穿越两种地层时，容易在界面附近造成沉降差。再则，两类地基土的固结特性也存在明显差异，粉土、砂土超孔隙水压力消散快，固结时间短，软粘土固结周期长，因此施工造成的工后不同沉降，导致差异沉降。

另外，软粘土尚存在蠕变特性，后期沉降量大，时间长，建成运营过程中会产生软大变形。国内某些修建于软土地层中的地铁线路已有类似工程问题产生。因此设计、施工中对于变形问题应引起足够的重视。

（三）地下水问题

区内地下水有上层滞水、浅层潜水和深部承压水三类，潜水位一般在地表下1～4m左右。承压水含水层为深部圆砾层，水位一般呈年周期性变化，承压水头一般在地表下6～7m左右。隧道掘进范围内软粘土为弱透水性地层，粉土、砂土则透水性好，其渗透系数一般为10-5～10-4cm/s。隧道掘进过程中必须及时衬砌，并做好注浆止水，以防粉土、砂土在水头差作用下产生流砂、管涌现象。地下水问题在地下车站基坑开挖中显得尤为突出，必须足够重视。由于开挖深度大，必须考虑下部承压水的影响。

（四）地下车站基坑开挖问题

由于地下车站多集中在闹市区，周环建筑物密集，地下管线多，环境条件复杂，且地下站埋深大，基坑深，一般均在10～20m左右；又土性条件差，地下水位高。基坑开挖时，坑壁土体在水土压力作用下不能自立，必须采取有效的支护措施，以免塌坍而影响工程安全及周围环境。按本地区经验，对于此类深大基坑，一般采用地下连续墙或排桩支挡，同时结合内支撑或锚拉，同时必须做好止水帷幕及排水工作。施工时必须对周边环境进行有效的监测工作。

由于地下车站多，基坑工程量大，一般常规方法均费用高，周期长，因此应尽量开发和利用新技术、新工艺，如新的桩型，新的止水、降水措施等。

（五）工程建设对环境的影响和防治

地下线路施工会引起周围土体内应力场发生变化，隧道基底土体产生回弹，软粘土的触变改变了土体的结构强度，降水引起土层再固结等，所有这些因素均会对周围环境产生影响。当隧道施工离地面建（构）筑物较近时，会引起坍落和沉降等不良影响。

盾构法施工之所以能在城市地下工程中广泛应用，主要是其可以将施工对周围环境的影响控制在很小的程度，但也不可能完全消除。伴随着盾构推进，一般也会发生地基变形，如开挖面上土水压力不平衡造成开挖面失去平衡，过大的排泥量，盾构推进对周边地层的扰动，地下水位的下降及渗漏水等等，所有这些影响均会在隧道上方一定范围产生松动区，从而引起地面沉降甚至坍落。

杭州地铁将修建在饱和粉土、砂土及软粘土中，为确保周围环境和隧道施工的安全，必须采用适当的施工工艺，控制推进路线和速率，尽量避免扰动周围土体。施工前应详细调查沿线建、构筑物的使用情况，特别是桩基及地下管线等情况，对影响范围内的邻近建、构筑物、地面道路及地下管线进行全过程动态监测，尤其象延安路、市心路区段等老城区，此项工作尤为重要。对可能受影响但又不能拆除的建（构）筑物应提前进行补强和保护。

（六）岩土工程勘察问题

“工程建设，勘察先行”，勘察是预测、预知，详细、全面、准确、可靠的地质勘察资料对地铁建设是极其重要的，在此基础上可以对盾构掘进过程中施工面前进方向可能遇到的不利因素进行超前预报，如地层、障碍物、地下水等情况能够预知，从而能够提前采取相应有效的措施，以保证施工顺利、安全地进行。

杭州地铁建设的岩土工程勘察须重点解决的两类地层是软粘土和粉土、砂性土，调查深度一般应在30m以内，但对地下车站部分则应加深。重点查明两类地层的分布情况及规律，它们的强度特性及变形特性，往复循环动荷载作用下的动力特性，粉土、砂土的颗粒组成及渗透性，软粘土的蠕变性，饱和粉土的地震液化特性等等。对地下水也应重点查明。

由于室内土工试验的局限性，地铁勘察应大量采用原位测试手段，如旁压试验、扁铲侧胀试验、十字板剪切试验、孔隙水压力量测及静探、动力触探等手段，以获取准确可靠的测试数据。

由于沿线有大量已建或在建的工程项目，对这些工程资料应充分收集、分析、筛选，加以利用，一可节约工程投资，二可最大限度提高勘察精度；同时，也可由此进行分析和采取有效的保护这些邻近建筑的措施。

四、结语

地铁一号线是杭州建设史上的重大举措，其建成过程中将会遇到各类工程问题，尤其是岩土工程问题。本文仅就其中几个问题进行了初步分析和探讨，不足和错误之处敬请同行及专家指正。岩土工程是一门实践性的学科，相信地铁建设会对杭州岩土工程的发展起到引导和推动作用。