談地鐵深基坑施工中的地質(zhì)風(fēng)險

摘要:結合地鐵工程的特點(diǎn),通過(guò)廣州地鐵五號線(xiàn)建設風(fēng)險管理的實(shí)踐,以基坑開(kāi)挖為重點(diǎn),分析了地鐵深基坑施工中的地質(zhì)風(fēng)險,以提高深基坑開(kāi)挖的安全管理水平,減少由地質(zhì)風(fēng)險導致的事故。

關(guān)鍵詞:地鐵,深基坑,施工,地質(zhì)風(fēng)險

　　地鐵工程具有幾大顯著(zhù)特點(diǎn),即周邊環(huán)境復雜,各種建構筑物、地下管線(xiàn)多,且對施工變形控制要求高;工程地質(zhì)與水文地質(zhì)復雜,不確定因素多;結構形式較多,施工方法交叉變換多,施工難度大;施工工期壓力較大等,這些特點(diǎn)都集中表現為工程的高風(fēng)險性。因此,通過(guò)主動(dòng)的、系統化的風(fēng)險分解、分類(lèi),識別工程的致險因子、風(fēng)險事件和后果對地鐵及地下工程建設風(fēng)險源進(jìn)行辨識是具有重大意義的。根據地鐵土建工程的特點(diǎn),安全風(fēng)險的分解按照工程所處的地質(zhì)條件、周邊環(huán)境、工程實(shí)施等的各個(gè)階段進(jìn)行分解。從自然環(huán)境、工程條件、技術(shù)等方面分析擬建工程的特點(diǎn)及相應的潛在風(fēng)險。
本文以廣州地鐵五號線(xiàn)建設風(fēng)險管理的實(shí)踐,并以基坑開(kāi)挖為重點(diǎn),分析地鐵基坑開(kāi)挖地質(zhì)風(fēng)險分類(lèi)。
1)在軟土地層、淤泥質(zhì)土體進(jìn)行基坑開(kāi)挖施工引起地面沉陷的風(fēng)險。
明挖基坑施工沿線(xiàn)存在很大厚度具有低強度和高壓縮性的軟土、淤泥質(zhì)土體時(shí),很難控制好地面沉降及鄰近地下管線(xiàn)、構筑物的位移,容易引起一定的地面沉陷,給地面建筑、構筑物、地下管線(xiàn)帶來(lái)危害。因此更會(huì )導致諸多連環(huán)性質(zhì)的工程災害,如:管線(xiàn)爆裂滲水進(jìn)而導致暗挖段土體力學(xué)參數急劇下降,承載能力大幅下降和變形急劇擴大,如此惡性循環(huán)后必將出現災難性后果。
2)明挖時(shí),容易因失水造成地面塌陷。
一般在基坑開(kāi)挖時(shí),需要進(jìn)行坑內降水,這需要防止土體失水引起的地面塌陷風(fēng)險。砂土地區應該防止因降水引起水土流失導致的地面塌陷。
如果地層失水嚴重,上伏軟土則會(huì )引起大幅沉降,特別是沿線(xiàn)地表均存在相當厚度的軟土或淤泥土,明挖施工時(shí)淺層地下水可能透過(guò)巖石層的裂隙進(jìn)行滲漏,如果滲水過(guò)多則會(huì )引起地表沉降過(guò)大。
3)粉細砂層容易發(fā)生液化、流砂、涌砂現象,給明挖造成危險。工作面前方遭遇流砂或發(fā)生管涌,這種現象的發(fā)生對于基坑施工都是災難性的后果。
4)花崗巖各風(fēng)化帶遇水軟化、崩解,給施工帶來(lái)很大風(fēng)險。結構設計過(guò)程中,一般不會(huì )將花崗巖各風(fēng)化帶遇水軟化、崩解作為荷載驗算工況。因此,如果施工過(guò)程中發(fā)生巖石崩解,將威脅明挖施工的安全。
5)巖層風(fēng)化帶的巖面起伏問(wèn)題對車(chē)站差異沉降的影響。沿線(xiàn)地質(zhì)中,花崗巖各風(fēng)化帶的巖面起伏問(wèn)題相當嚴重并且普遍。一般而言,根據現行GB 50157-2003地鐵設計規范設計方都會(huì )在車(chē)站主體結構方向設置1道~3道變形縫,間距約50 m。而巖面的起伏造成車(chē)站底板分別坐落于不同地層,甚至造成有的底板坐落于砂層、軟土層,有的底板坐落于巖層。這種巨大的差異會(huì )造成:同一埋深范圍內土體強度和剛度不一,使得主體結構縱向沉降差異顯著(zhù)增大,當變形縫兩側主體結構的差異沉降超過(guò)軌道允許的最大沉降差時(shí),會(huì )嚴重影響地鐵車(chē)輛的運行。
6)地下結構在巖面起伏的地質(zhì)中地震響應的風(fēng)險。
上軟下硬、巖面起伏的地質(zhì)使得盾構隧道的地震響應比較復雜,尤其是盾構屬于地下超長(cháng)結構,其地震響應更加復雜,不僅受到縱向地震波的影響,還受到折射波的影響,并且隨地震波的入射角度不同而存在不同的地震響應給工程帶來(lái)較大設計和運營(yíng)風(fēng)險。
7)斷層破碎帶中進(jìn)行地下工程施工的風(fēng)險。
在各斷裂的斷層破碎帶之中,基坑開(kāi)挖施工容易受到地質(zhì)斷裂帶中沿巖石裂隙面滑動(dòng)的滑動(dòng)力不利影響,這種滑動(dòng)也會(huì )帶來(lái)很大的風(fēng)險。明挖基坑在計算基坑側壁滑裂面時(shí),應考慮本斷裂面的不利工況。施工過(guò)程中對圍巖的破壞程度、工序銜接的快慢、施工技術(shù)措施是否得當等,均有很大的關(guān)系。
8)斷層活動(dòng)的風(fēng)險(包括抗震和地震響應等方面)。
斷層活動(dòng)對廣州地區第四系覆蓋區的全新統可液化砂層和可能發(fā)生震陷的淤泥層有著(zhù)重要影響,因而也往往容易沿這些斷層造成地基失效。因此,在工程建設中應注意抗震問(wèn)題。
廣州地區斷層的活動(dòng)性較弱,現代跨斷層的形變觀(guān)測表明其活動(dòng)速率較小,不可能孕發(fā)強震,對地面建筑破壞較輕,但不排除在局部地段或地區,尤其是砂層或淤泥層較厚的珠江沿岸及其西部一帶,發(fā)生砂土液化和淤泥震陷等震害的可能性。 9)地下水腐蝕地下結構的風(fēng)險。
沿線(xiàn)地下水對混凝土結構工程無(wú)腐蝕性,但對結構中的鋼筋具有弱腐蝕性。此種腐蝕性會(huì )隨著(zhù)時(shí)間的增長(cháng),加速結構的老化過(guò)程。特別是地鐵結構一般均處于高應力狀態(tài),鋼筋受到腐蝕會(huì )影響結構的安全性。
10)隱伏溶溝、溶槽、地質(zhì)漏斗、風(fēng)化深槽等的風(fēng)險。
在斷裂發(fā)生地帶多隱伏溶溝、溶槽、漏斗等,這種地質(zhì)“空洞”,改變了地質(zhì)應力分布狀態(tài),使得土體經(jīng)開(kāi)挖后處于松散狀態(tài)而發(fā)生坍塌。
11)爆破震動(dòng)引起砂層和淤泥質(zhì)土層震陷的風(fēng)險。
由于各站站址均下臥巖石層,施工時(shí)使用微型爆破或鉆孔設備時(shí),施工機具的頻繁振動(dòng)或爆破震動(dòng)傳至砂層或上層淤泥質(zhì)土層時(shí),易產(chǎn)生液化、涌砂現象。
12)缺乏地質(zhì)超前預報帶來(lái)的風(fēng)險。
廣州地質(zhì)條件相對復雜,突發(fā)性地質(zhì)事件很多,缺乏地質(zhì)超前預報易帶來(lái)很多風(fēng)險。巖溶、斷裂、隱伏風(fēng)化深槽等地質(zhì)勘探、預報局限性也會(huì )帶來(lái)風(fēng)險。
廣州地區存在巖溶、斷裂、隱伏

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