城市轨交工程建设论文

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1特殊性岩土的类别及分布特征

苏州轨交1～4号线工程沿线范围内仅有3号线部分区间属山前冲积平原地貌，勘探深度范围内揭示的特殊性岩土主要有白垩系全风化、强风化灰岩及第四系早更新世碎石土。平面分布区域集中在何山山麓一带，涉及的工点为何山路站和何山路站—苏州乐园站区间。3号线何山路站附近全风化、强风化凝灰岩岩土分界面起伏较大，整体呈抛物线分布，层顶埋深为2．5～48．0m，平均层厚约3．0m，揭示碎屑最大粒径均小于20cm。风化岩层上覆碎石土层面起伏相对平缓，层顶埋深为3．5～11．0m，平均层厚约为4．0m，碎石类土成分较复杂，多为碎石与黏性土混合物，局部夹黏性土透镜体。

2特殊性岩土对城市轨交工程建设的影响

2．1软土的影响

2．1．1围护结构侧向变形及坑底隆起基坑开挖卸荷后，围护墙内外存在侧向作用力差，墙体产生侧向变形;同时坑内被动土压力区土体朝坑内产生水平位移，使坑底土体水平应力加大，以致坑底土体剪应力增加而产生水平挤压或坑底隆起。相似的支护体系下，开挖影响范围内土体越软弱，基坑开挖越深，围护结构侧向变形及坑底隆起现象就越明显。轨交4号线汽车客运站站基坑整体位于②y层淤泥质土层中，通过短期降水后土体强度未得到明显提高，成为设计施工中存在的最大风险源。从表2中可以看出，在基坑开挖过程中，其围护结构侧向变形与坑底隆起的程度明显大于常规地层相应车站产生的数值。

2．1．2基坑内纵向滑坡淤泥质土渗透性差，降水难度大，短期内一般难以通过降水固结大幅提高土体的整体强度和自稳能力。基坑开挖时，软土在动荷载作用下受到扰动，强度显著降低。同时，淤泥质土开挖过程中坡脚常伴随渗透积水现象，土体受水浸泡后强度亦会显著下降，加剧诱发开挖面沿纵向滑坡。轨交4号线某车站1号出入口，围护结构采用SMW工法+钢支撑，围护结构及基坑均位于②y层淤泥质土层中。因降水时间短，土体强度没有明显改善，基坑开挖时坡底积水未及时抽排，加上在坑边超载等多重作用下，最终导致纵向滑坡引起局部支护体系破坏。

2．1．3盾构管片错台②y层淤泥质土自身强度低、灵敏度高，在动荷载作用下极易产生流变、触变现象。盾构在全断面为淤泥质土层中掘进时，土体经扰动后强度显著降低，管片自重及上方土体产生的抗力不足以抵消管片的上浮力，导致隧道管片上浮、管片错台。下卧土层的不均匀性是盾构隧道产生纵向不均匀变形的基本原因。在隧道结构底板下存在软硬不均土层时，尤其是两者强度相差很悬殊的交叉地层，在盾构推进或管片拼装完成后一定时间内会产生纵向不均匀沉降，进而引起管片错台，甚至开裂。如2号线延伸线某盾构区间，部分区段盾构隧道底部倾入淤泥质黏土层中，在管片拼接完成后产生了严重的不均匀沉降，最大沉降达16cm，严重影响了施工质量和后期运营安全。

2．2厚填土的影响

2．2．1厚填土对车辆基地建(构)筑物的影响考虑到防洪设计要求，城市轨交车辆基地一般要做填筑处理;此外，车辆基地建设用地常作为车站和区间施工产生的弃土临时堆积区。2号线太平车辆基地占地约29hm2，原地面标高约1．50m，设计填筑标高3．44m。作为临时堆土场最大堆土高度约达7．5m，若计入沟塘深度，最大回填厚度约13m。如此大面积的填筑和堆载势必会引起局部区域地面沉降，对现有地基稳定性、邻近建(构)筑物变形都将产生一定影响。高填土清除卸荷，土体又缓慢回弹，也会导致地面轨道产生上抬变形。此外，大面积的填筑产生的地面沉降将使桩基产生负摩阻力，降低桩基的设计承载能力，严重时将引起车辆基地内的建(构)筑物的正常使用及局部损坏。

2．2．2厚填土对基坑工程的影响厚填土对于城市轨交地下车站及明挖区间工程施工有较大影响，导致地下连续墙成槽、成桩难度大，且地下连续墙和SMW工法等围护结构的质量难以保证，常出现渗漏水现象。4号线支线龙翔路站站位含有大量抛石填土。因厚填土中的填石整体粒径硕大，导致地下连续墙成槽困难、导墙无法实施，后施工方被迫作换填处理，严重制约建设工期、影响工程造价。4号线支线邵昂路站主体结构基坑局部有山石填埋物，揭示层厚约达8m。在连续墙成槽施工过程中，槽内一直处于边挖边塌的状态，严重影响邻近地下管线和周边建筑的稳定和安全。厚填土特别是深厚杂填土，由于成分复杂、结构松散，分布极其不均匀，所以很难获得反映杂填土真实性状的物理力学指标和设计施工参数。勘察技术人员也常常笼统地将其划为一层，从而加大了设计施工的难度。地下车站和明挖区间采用的围护结构具有体型大、受力复杂等特点，若围护结构外侧为大面积的深厚填土，其作用在围护结构上的土压力水平向也会分布不均。地下连续墙接缝或工法桩搭接位置很容易出现裂缝渗水，进而影响围护结构的功能和整体稳定性。

2．2．3厚填土对盾构区间隧道的影响因城市轨交盾构区间隧道整体埋深较大，厚填土层底距隧道结构顶尚有一定厚度，局部厚填土对城市轨交工程盾构区间建设的影响一般不大，但勘察时应注意加强对大面积厚填土引起的地层沉降稳定性的评价，防止对区间隧道的安全造成不利影响。同时，在盾构施工震动荷载影响下，因填土结构松散，填土颗粒可能重新紧密咬合，从而加剧地表沉降。

2．3风化岩体的影响

2．3．1对车站及明挖区间的影响3号线何山路站揭示的全风化、强风化凝灰岩遇水易软化、崩解，甚至坍塌，强度急剧降低，可能会影响地下连续墙施工。上覆碎石土渗透性强，且局部直接与微承压水联通，降水施工时在渗透力作用下易产生流砂和管涌现象，进而引起地面下沉。风化岩及碎石层层顶界面起伏大，何山路站车站底板基本处于半岩半土的地层之中，岩、土承载能力相差悬殊，结构底受力不均匀，容易产生纵向差异沉降，严重时会发生车站结构底板开裂和从坑底涌水、涌砂现象。同时，何山路站南端基岩披露较高，部分地下连续墙须伸入中风化岩层中，连续墙施工时易偏孔、耗损施工机具，容易制约工期并影响工程造价。

2．3．2对区间隧道的影响在硬质岩体、碎石土及软弱土同时存在交叉分布的复杂地层条件下，苏州地区常用的土压平衡式盾构设备已不适用，应采用复合式盾构。在软硬不均地层中掘进时，盾构姿态难以控制，易造成盾构沿线路上的偏离。盾构在碎石土层中掘进时，土仓内土压力平衡难以建立，开挖面压力过低易造成失稳并引起地表较大沉降，严重时将会产生较大的空洞区域，甚至引发地表塌陷。在岩土分界过渡地带，因风化程度不一，可能会存在大漂石、球状风化核等大粒径障碍物，将直接影响盾构的掘进速度、工程造价和施工安全。

3特殊性岩土的防治对策和措施

3．1软土的防治措施及对策

在淤泥质软土中进行城市轨交工程建设，为保证施工安全与后期运营稳定，应采取以下相应的防治对策和措施。

3．1．1地下车站及明挖区间

1)含水率高是导致淤泥质软土低强度最根本的因素。在基坑开挖前应采取有效的降水方案实施降水，延长降水加固周期，确保土体降水固结效果，充分提高土体自身强度和稳定能力。

2)适当增加围护结构和支撑体系的刚度，以信息化指导施工，及时调整支撑轴力，有效控制基坑侧向变形。3)严格遵循土体的“时空效应理论”，科学有序进行分层、分段及分块开挖，加快支撑架设速度，减少无支撑暴露时间。

4)适当对坑内外土体进行注浆或深层搅拌桩加固，提高土体抗剪强度，增加土体抗力。开挖至坑底应迅速浇筑垫层和底板，缩短基坑暴露时间。

5)采取与土性相适应的平缓坡率开挖，开挖时应尽量减少对开挖面的扰动，及时清排坡底及坑底积水，防止坑内出现纵向滑坡。

3．1．2盾构区间隧道

1)应结合淤泥质土层的分布特征和工程特性，选择相匹配的盾构施工参数，严格控制盾构掘进速度，及时有效进行注浆，减少对淤泥质软土的扰动。2)软土中盾构掘进阻力小，易产生超挖现象，要严格控制单位时间内出土量，避免盾构和地面建(构)筑物产生过大沉降。

3)对淤泥质软土分布起伏较大地段，特别是土层分布软硬不均的隧道底部，可对淤泥质土作预加固处理或在施工时适当增加注浆量，促使隧道底部影响深度范围地层强度平缓过渡，有效控制不均匀沉降。

3．2厚填土的防治措施及对策

3．2．1车辆基地

1)若选择车辆基地作为城市轨交建设工程的临时堆土场，应严格控制堆土高度和堆积区域，通过计算确定堆土的影响范围与深度，预测由堆土引发的地面沉降大小，并加强监测，控制邻近建(构)筑物和地下管线的变形。

2)高填土的堆载-卸荷过程作用于土体表现为地表变形的沉降-回弹，下部土体越软弱，堆载时间越长、荷载越大，地面沉降量也就越大;卸荷时产生的回弹周期也就越长，回弹量也就越大。地面轨道铺设前应充分消除卸荷回弹效应，严格控制地表回弹量。3)车辆基地场地大面积回填平整时，原则上应清挖至原状土，再分层回填压实。对沉降变形敏感地段，可选择轻质回填材料，如EPS材料。对局部厚填土可视填土性状选择是否处理。当堆积时间较长、密实度较好和厚度适当时，在加强建筑物基础和上部结构刚度措施后，可直接予以利用。

3．2．2地下车站及明挖区间

1)采用多种勘探手段，详细查明厚填土的分布特征、历史成因及成分，提供设计施工所需的物理力学参数。

2)对巨厚填土进行亚层划分，在设计施工时宜充分考虑围护结构外侧填土侧压力分布的不均匀性，事先采取结构措施来抵消不均匀侧压力对围护结构产生的侧向变形。

3)厚层填土区域围护结构施工时，应有针对性地采取防漏补强措施，提高施工工艺，保证围护结构墙体施工质量。

4)含有大量抛石、填石的厚填土，可采取开挖、侧向置换等方式予以清除，再进行围护结构施工。

3．2．3盾构区间隧道在盾构区间隧道上方存在厚填土分布时，应根据周边场地环境条件采取适当的措施加以控制。一般可通过控制隧道掘进速率、增加盾构环向注浆量及改进施工工艺的综合措施来降低厚填土的累积沉降量。对地表沉降变形特别敏感的地段，也可采取超前注浆的地基加固措施，有效控制地面重要建(构)筑物的整体变形。对存在大面积填土且地基变形尚未稳定的区段，根据影响程度应注意避让或采取适当结构加强措施。

3．3风化岩及碎石土的防治措施及对策

3．3．1地下车站及明挖区间

1)设计应优化调整车站及明挖区间平面布置方案，尽量避免将基底置于半岩半土等岩、土体的交界面处，防止由坑底土体软硬不均产生的不均匀变形。2)应结合风化岩的工程力学特性、场地周边环境条件及基坑开挖深度等因素合理选择围护结构形式。3．3．2区间隧道1)结合隧道穿越范围内的岩体强度、整体工期及工程造价等因素综合论证施工工法的可行性。

2)采用矿山法施工时，应注意全、强风化岩遇水软化和崩解，碎石土的突涌及围岩坍塌问题，开挖前应做好降水和岩土体的加固处理工作，保证施工安全。3)采用盾构法施工时，应选择适合地层条件的盾构设备，更换刀具时应确保开挖面岩体的稳定，必要时可从地表进行注浆加固。对岩土分界地带可能存在大漂石、球状风化核等障碍物，可通过超前钻的方式予以排查，并采取适当的措施进行处理。

4结语

1)苏州轨交沿线场区揭示的特殊性岩土主要有淤泥质软土、厚填土及全、强风化岩(含碎石土)等，是设计施工的难点和重点所在，由此产生的工程事故较多，应引起重视。

2)切实结合轨交设计要求及施工工艺，采用多种勘察手段，重点查明特殊性岩土的性状和分布特征，为设计施工提供高水准的地质基础资料。

3)根据苏州地区特殊性岩土的区域特点，采取有效的防治措施，选用相应合理的设计施工方案，可提前规避地质风险。

作者：杨子良 单位：上海市隧道工程轨道交通设计研究院