地铁建设岩土问题综述

在今年福建省“两会”上，泉州城市轨道交通的建设被写入了《福建省政府工作报告》，泉州轨道交通线网规划远景由6条线组成，一期工程建设考虑1号线和2号线，1号线北起福厦高速铁路泉州站，南至石狮市区，为南北向骨架；2号线西起市区临漳门，东至漳泉肖铁路洛阳站，这两条线共同形成“十”字放射式形态的骨架线网]。考虑到现阶段轨道交通的技术发展水平、建设费用、技术成熟性以及建设城市环境的保护，泉州轨道交通老城区段将走地铁，其隧道占位高度在6m左右，地下车站深度和隧道埋深约为14～17m。近年来，随着我国地铁工程的大量开工建设，在保证工程自身施工安全的同时，对工程涉及的岩土工程问题也越来越重视。孙钧院士以上海地铁为例，总结了当前城市地下工程活动的环境岩土工程问题，归纳了2O多处最突出的问题和困难。福州大学简文彬博士对福州地铁建设中的岩土问题进行了分析和研究]，徐岩等对沈阳地铁一号线建设过程中涉及的环境岩土问题进行了分析]。由于泉州平原工程地质条件的复杂性以及地下铁路工程的特殊性，在泉州地铁建设过程中将遇到众多的岩土工程问题。

l泉州岩土工程地质条件

1．1地形地貌

一期工程地铁段仅仅涉及丰泽区和鲤城区，属泉州平原的一部分，区内地形平坦。

1．2构造与地震

泉州市位于闽东火山断拗带和闽东南滨海断隆带中段，断裂十分发育，以北北东向、北东东向及北西向断裂规模最大.泉州市地处我国东南沿海地震带上，历史上(公元1640年)发生过8．1级大震，地震频发的台湾省与泉州市仅一水之隔，台湾的强震经常影响到泉州市。根据《中国地震烈度区划图(1990)》，鲤城区、丰泽区地震基本烈度为7度。

1．3岩土层分布特征

泉州市地层较发育，除志留系、泥盆系、中三叠统、下第三系及更新统缺失外，自元古界至第四系均有出露。根据对泉州地区岩土采样的分析研究，地层结构及其岩土特性大致归纳如下(见图1、图2)：

(1)软弱土类系天然含水量高，孔隙比大，压缩性高，灵敏度高，软塑～流塑的淤泥、淤泥质土，揭露厚度一般为3～15m，埋深1～5m。淤泥的天然含水量多为50~80，最大达89。淤泥的天然快剪粘聚力c一般为3．O～13．OkPa，内摩擦角一般为2．5～9．0。；淤泥的十字板不排水抗剪强度Cu平均值为15kPa，最大值达24kPa。地基承载力特征值约为50～75kPa。灵敏度一般为4～6，属很灵敏性土，统计范围内最大值可达16～22，属中等易流性土。

(2)粘性土多为粘土或粉质粘土，灰色为主，多呈可塑～硬塑状态，中压缩性，揭露厚度lm~Sm，埋深1m～10m，地基承载力特征值约为140kPa~2OOkPa。

(3)残积土残积土在福建闽南地区广泛分布，具有孔隙比大，承载力较高，但结构性强，受扰动后强度降幅大，遇水软化快、易崩解等特点。可分为残积砾质粘性土和残积砂质粘性土，浅灰～灰黄色，可塑～硬塑状，饱和，具中等压缩性，母岩为花岗岩，原岩结构特征较清晰。常见标贯击数为8～3O击，揭露厚度1～8m，地基承载力特征值约为200~220kPa。

(4)砂质土主要有中砂、中粗砂、砾砂，多分布于晋江、洛阳江两侧，揭露厚度1～5m，埋深10425ITI，呈灰色、灰色，含少量泥质，饱和，松散～中密，地基承载力特征值约为120kPa~200kPa。

(5)砂砾卵石层深埋于泉州平原下部、晋江两侧，揭露厚度一般2～5m，埋深12~25m，其下卧层多为风化花岗岩。砂、砾、卵石的相对含量和粒径变化很大，分选性差，大小混杂。砂以中粗砂为主，卵粒径一般2~5cm，大者达lOcm以上，呈次棱角～浑圆状，含少量泥质，稍密～中密，地基承载力特征值约为300~450kPa。

(6)基岩包括燕山期的二长花岗岩、细粒花岗岩、上侏罗统南园组凝灰岩、凝灰熔岩等，构成平原区的沉积。

1．4地下水状况

泉州温暖潮湿，雨量充沛，濒临泉州湾，有洛阳江和晋江穿过，为地下水的补给、径流提供了丰富的水源。根据地下水的埋藏条件、含水层特征及补给、排泄条件，本地区的地下水可分为三种类型。

(1)松散岩类孔隙水含水层为第四纪的海积、海陆交互堆积和冲洪积而成的松散堆积层，由砂层和砂砾卵石层组成，有的地段上覆粘性土层，局部地段具承压性。地下水埋藏较浅，含水量不稳定。补给方式以垂向为主，主要为大气降水，侧向补给情况变化较大。

(2)风化壳孔隙裂隙水含水层为花岗岩类风化带。地表残积层、坡积层普遍发育，风化壳厚度变化较大。在垂向上，上部的残积层、坡积层主要为粘性土，粘粒含量大，渗透性差，降水大部分流失，渗入地下有限，仅含少量孑L隙水；下部的强风化带、中等风化带风化裂隙发育，构成网状裂隙，是主要含水段。主要分布区补给来源以大气降水为主。

(3)基岩裂隙水地下水赋存、运动于花岗岩类的风化裂隙和构造破碎带中，主要分布区靠大气降水补给，径流途径短，水循环交替作用强烈，排泄条件好，多沿断裂破碎带以泉的形式排泄。

2主要岩土工程问题

从泉州市轨道交通线网规划来看，地铁段主要穿越淤泥层和粘土层和饱和砂层。比如新华北路至客运中心段地层岩性较复杂，新华北路段隧道主要穿越淤泥与粘土层，其中西湖街附近淤泥层厚约12m，隧道要沿淤泥底部穿过。市政府、打锡街、九一街、丰泽街段要穿越砂夹淤泥、粉细砂及粉质粘土层；田安路、泉秀街段要穿越砂夹淤泥、粉质粘土、淤泥质土、砂、淤泥等岩土层；江滨北路至客运中心段要穿过砂夹淤泥层[8]。从地铁隧道穿越的地层情况和泉州市区的现状来分析。可能遇到以下几个方面的问题。

2．1工程勘察

地铁隧道的设计施工需要岩土工程勘察提供的参数多。包括场地的稳定性与适宜性，既有建筑物的基础资料，地层分布规律，地基强度参数，边坡稳定参数以及变形分析方面的参数，工法设计施工方面的参数，还有抗震设防和地下水分析方面的参数等。同时地铁段沿线交通繁忙，建筑物众多，地下管线交错纵横。另外，泉州没有在闹市区进行地下铁路勘察工作的经验。这给勘察单位带来了前所未有的挑战和提高锻炼的机会。

2．2地下水

承压水将会是地铁开挖遇到的主要问题，泉州地区承压水水头一般在地表下2～5m左右。隧道掘进范围内软粘土、淤泥为不透水性地层，但隧道部分基底为卵石层和含砂层，该层为承压含水层，其富水性、透水性强。在隧道掘进过程中，砂土、卵石在水头差的作用下易产生流砂、管涌、突涌等现象。地下水问题在地下车站基坑开挖中显得尤为突出，由于车站基坑开挖深度大，必须考虑下部承压水的影响，避免产生基坑突涌问题。同时由于开挖断面大部分为淤泥、淤泥质土等软土以及砂层，如对地下水处理不当，会出现基坑边坡失稳、流砂、支护结构失稳等问题。闹市区大量大型基坑的施工也会对地下水的时空分布造成一定影响，从而引发一些次生灾害。

2．3特殊土问题

泉州平原分布着大量的淤泥、淤泥质软土，该类土强度低、流变时效明显易产生较大的变形。如不作处理，软土地基的次固结和流变沉降将持续几十年，或易导致地基失稳与土体结构强度破坏。同时软土存在较高的灵敏度特性，在施工动力作用下极易造成土体结构破坏，使强度降低。花岗岩残积土也在泉州地区广泛分布。残积土在天然状态下，强度较高，尤其是最下层的残积土。但该类土具有很强的结构性及扰动性，极易因扰动而破坏其结构性，使其结构强度损失。软化特性易使残积土随着含水量的增加，其强度迅速下降、压缩性增大，同时还有明显的崩解性。

2．4深大基坑开挖施工可能引起的工程问题

地下车站开挖范围内，周边建筑密集，地下管线众多，交通拥堵，可供施工用地少。同时地下车站埋深大，基坑深，岩土条件复杂，地下水丰富。基坑开挖易引起流砂、突涌、坍塌、地表沉降、地下水位下降、周边建筑物变形等问题。大方量的土方开挖和运输会对市区的交通带来不小的压力，同时，泥土运输车对市区环境的影响也不容忽视。

2．5施工带来的环境问题

施工会引起周围土体应力场发生变化、基底土体回弹、降水引起土层再固结而产生地面沉降等，这些因素均会对周围环境产生影响。隧道施工采用矿山法、明挖法或者盾构法都会对周围环境带来影响。桩基的施工、爆破、强夯以及基坑的开挖、基坑支护结构的施工等将对周围环境产生很大的噪声和振动。夜间施工将会对附近居民的休息造成影响。

3对策

3．1勘察手段的多样化

详细、全面、准确的地质勘察资料对地铁的建设是极其重要的，在此基础上才能对线路掘进过程中可能遇到的不利因素进行超前预报。同时地铁岩土工程勘察兼有铁路隧道、城市高层建筑和深基坑地质勘察的特点。运用先进的实验仪器进行室内土工试验，探索岩土体的物理力学特征，比如运用GDS三轴仪进行软土试验研究。为了弥补室内试验的局限性，还应大量使用原位测试手段，如原位钻孔剪切试验、十字板剪切试验、动力触探、现场大型直剪、测孔压等手段，另外，可以使用测剪切波速等物探手段，以获得准确可靠的测试数据。另外，重视对既有勘察成果、地区经验的总结和利用。由于沿线有大量在建和已建的工程项目，积累了很多的地质勘查资料。对这些资料充分收集、分析、利用，可提高勘查的精度，同时，能更好的采取有效措施保护周边的建筑。并可以以此为契机，建立泉州轨道交通沿线的地质资料数据库，指导将来的工程建设。还要注意勘察施工不要引起环境改变从而妨碍地下隧道后期施工，比如勘察终孑L后封孔不良导致地下水沿钻孔渗入地下施工作业通道并可能引发施工事故等问题要尽量避免。

3．2基坑支护新技术的引进和使用

地铁建设将会涌现出大量大型深基坑工程，而泉州现有常用的基坑支护技术还不能完全满足本项工程中基坑支护的要求。同时，由于在闹市区施工，施工场地紧邻周围大量建筑物，提高基坑支护安全性、严格控制支护体和周围环境的变形非常重要。因此，引进一些在其他城市运用成熟的先进的施工工艺如盾构施工、地下连续墙、SMW工法、TRD工法、LXK工法、LSP工法、ISP工法、多道支撑等，并消化吸收是很有必要的。同时，由于常规的基坑支护手段费用高、周期长，应尽快开发出适合本地区地质条件的岩土新技术。

3．3合理处理施工中的地下水问题

防治发生渗透破坏将伴随这整个建设工程。总体来说有止水和排水两大措施。建设过程中以“止、排结合，保证工程安全和不破坏地下水结构”为原则，合理选择地下水的处理方案。结构防水要遵循“以防为主、刚柔结合、多道设防、因地制宜、综合治理”以及“防水与结构设计并重和统一考虑”的原则。对于基坑积水、土质稀软、或承压水头大，易坑底隆起等，可采用水泥土搅拌桩等进行坑底加固和底板封闭等措施，防止出现基坑突涌等情况。采用井点降水等措施降低地下水位，同时在必要情况下进行回灌，减小降水对地下水结构的影响，减少周边建筑沉降或裂缝。采用地下连续墙，水泥土搅拌桩成墙等方式止水，防止周边地下水进入坑内。在条件成熟的情况下，可以采用水下施工方法。减少施工对地下水的污染，冲钻孔桩用来护壁的泥浆要经过沉淀，达标后才能排放。施工中为改善土体的强度和刚度采用化学注浆等方法，以及施工中的机械漏油等将会对地下水造成污染，应慎重使用。

3．4信息化施工技术的应用

在施工工程中，要重视施工监测和工程质量监检测手段的运用以及充分发挥工程监理的作用，做到动态设计、动态施工，随时发现问题，随时解决问题。施工过程中主要要对以下几个方面进行监测。对支护结构的安全进行监测；对工程水文地质、隧道结构、基坑支护体系、相邻建筑物、地下管线等可能发生的变化进行监测；对工程岩土性质受施工扰动的影响而发生的变化进行监测。由于地铁工程是复杂的有特殊要求的大型工程，除了在施工中进行监测外，在运营使用期还要继续进行全寿命监测。

3．5开展轨道交通风险评估与管理

在北京地铁建设中，已经建立了地铁建设领域安全风险管理分级和评估体系，以及安全风险的控制标准和监测方案的实施。在泉州地铁的建设中，也应该效仿这一做法，考虑把工程责任保险与工程风险管理、评估机制有机的结合起来，贯穿于工程项目的建设全过程。把工程质量、工程责任制度与工程风险评估与管理切实结合起来，探索走一条符合泉州地区的工程风险责任新路子。

4结语

泉州地铁建设是关系到国计民生的一项重大基础设施建设。对改善泉州的城市交通拥堵情况、促进泉州经济发展等方面将发挥巨大的作用。泉州地区工程地质水文条件复杂，地铁工程建设过程中将遇到诸多岩土方面的问题。本文仅对其中几个比较突出的问题进行了初步的分析和探讨，供即将展开的地铁建设工作参考。