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談地鐵深基坑施工中的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)
摘要:結(jié)合地鐵工程的特點(diǎn),通過廣州地鐵五號(hào)線建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理的實(shí)踐,以基坑開挖為重點(diǎn),分析了地鐵深基坑施工中的地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn),以提高深基坑開挖的安全管理水平,減少由地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致的事故。關(guān)鍵詞:地鐵,深基坑,施工,地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)
地鐵工程具有幾大顯著特點(diǎn),即周邊環(huán)境復(fù)雜,各種建構(gòu)筑物、地下管線多,且對(duì)施工變形控制要求高;工程地質(zhì)與水文地質(zhì)復(fù)雜,不確定因素多;結(jié)構(gòu)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(xiàn)為工程的高風(fēng)險(xiǎn)性。因此,通過主動(dòng)的、系統(tǒng)化的風(fēng)險(xiǎn)分解、分類,識(shí)別工程的致險(xiǎn)因子、風(fēng)險(xiǎn)事件和后果對(duì)地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行辨識(shí)是具有重大意義的。根據(jù)地鐵土建工程的特點(diǎn),安全風(fēng)險(xiǎn)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(yīng)的潛在風(fēng)險(xiǎn)。
本文以廣州地鐵五號(hào)線建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理的實(shí)踐,并以基坑開挖為重點(diǎn),分析地鐵基坑開挖地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)分類。
1)在軟土地層、淤泥質(zhì)土體進(jìn)行基坑開挖施工引起地面沉陷的風(fēng)險(xiǎn)。
明挖基坑施工沿線存在很大厚度具有低強(qiáng)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、構(gòu)筑物的位移,容易引起一定的地面沉陷,給地面建筑、構(gòu)筑物、地下管線帶來危害。因此更會(huì)導(dǎo)致諸多連環(huán)性質(zhì)的工程災(zāi)害,如:管線爆裂滲水進(jìn)而導(dǎo)致暗挖段土體力學(xué)參數(shù)急劇下降,承載能力大幅下降和變形急劇擴(kuò)大,如此惡性循環(huán)后必將出現(xiàn)災(zāi)難性后果。
2)明挖時(shí),容易因失水造成地面塌陷。
一般在基坑開挖時(shí),需要進(jìn)行坑內(nèi)降水,這需要防止土體失水引起的地面塌陷風(fēng)險(xiǎn)。砂土地區(qū)應(yīng)該防止因降水引起水土流失導(dǎo)致的地面塌陷。
如果地層失水嚴(yán)重,上伏軟土則會(huì)引起大幅沉降,特別是沿線地表均存在相當(dāng)厚度的軟土或淤泥土,明挖施工時(shí)淺層地下水可能透過巖石層的裂隙進(jìn)行滲漏,如果滲水過多則會(huì)引起地表沉降過大。
3)粉細(xì)砂層容易發(fā)生液化、流砂、涌砂現(xiàn)象,給明挖造成危險(xiǎn)。工作面前方遭遇流砂或發(fā)生管涌,這種現(xiàn)象的發(fā)生對(duì)于基坑施工都是災(zāi)難性的后果。
4)花崗巖各風(fēng)化帶遇水軟化、崩解,給施工帶來很大風(fēng)險(xiǎn)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中,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(yàn)算工況。因此,如果施工過程中發(fā)生巖石崩解,將威脅明挖施工的安全。
5)巖層風(fēng)化帶的巖面起伏問題對(duì)車站差異沉降的影響。沿線地質(zhì)中,花崗巖各風(fēng)化帶的巖面起伏問題相當(dāng)嚴(yán)重并且普遍。一般而言,根據(jù)現(xiàn)行GB 50157-2003地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)計(jì)方都會(huì)在車站主體結(jié)構(gòu)方向設(shè)置1道~3道變形縫,間距約50 m。而巖面的起伏造成車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(nèi)土體強(qiáng)度和剛度不一,使得主體結(jié)構(gòu)縱向沉降差異顯著增大,當(dāng)變形縫兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)的差異沉降超過軌道允許的最大沉降差時(shí),會(huì)嚴(yán)重影響地鐵車輛的運(yùn)行。
6)地下結(jié)構(gòu)在巖面起伏的地質(zhì)中地震響應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)。
上軟下硬、巖面起伏的地質(zhì)使得盾構(gòu)隧道的地震響應(yīng)比較復(fù)雜,尤其是盾構(gòu)屬于地下超長(zhǎng)結(jié)構(gòu),其地震響應(yīng)更加復(fù)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(yīng)給工程帶來較大設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。
7)斷層破碎帶中進(jìn)行地下工程施工的風(fēng)險(xiǎn)。
在各斷裂的斷層破碎帶之中,基坑開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)帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)。明挖基坑在計(jì)算基坑側(cè)壁滑裂面時(shí),應(yīng)考慮本斷裂面的不利工況。施工過程中對(duì)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(dāng)?shù)?均有很大的關(guān)系。
8)斷層活動(dòng)的風(fēng)險(xiǎn)(包括抗震和地震響應(yīng)等方面)。
斷層活動(dòng)對(duì)廣州地區(qū)第四系覆蓋區(qū)的全新統(tǒng)可液化砂層和可能發(fā)生震陷的淤泥層有著重要影響,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(shè)中應(yīng)注意抗震問題。
廣州地區(qū)斷層的活動(dòng)性較弱,現(xiàn)代跨斷層的形變觀測(cè)表明其活動(dòng)速率較小,不可能孕發(fā)強(qiáng)震,對(duì)地面建筑破壞較輕,但不排除在局部地段或地區(qū),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(jié)構(gòu)的風(fēng)險(xiǎn)。
沿線地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)工程無腐蝕性,但對(duì)結(jié)構(gòu)中的鋼筋具有弱腐蝕性。此種腐蝕性會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng),加速結(jié)構(gòu)的老化過程。特別是地鐵結(jié)構(gòu)一般均處于高應(yīng)力狀態(tài),鋼筋受到腐蝕會(huì)影響結(jié)構(gòu)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(xiǎn)。
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(yīng)力分布狀態(tài),使得土體經(jīng)開挖后處于松散狀態(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(xiǎn)。
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(shè)備時(shí),施工機(jī)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(xiàn)象。
12)缺乏地質(zhì)超前預(yù)報(bào)帶來的風(fēng)險(xiǎn)。
廣州地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜,突發(fā)性地質(zhì)事件很多,缺乏地質(zhì)超前預(yù)報(bào)易帶來很多風(fēng)險(xiǎn)。巖溶、斷裂、隱伏風(fēng)化深槽等地質(zhì)勘探、預(yù)報(bào)局限性也會(huì)帶來風(fēng)險(xiǎn)。
廣州地區(qū)存在巖溶、斷裂、隱伏
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