西安地铁隧道穿越地裂缝施工安全风险及控制
西安地铁隧道穿越地裂缝施工安全风险及控制
发表时间：2019-08-05T10:32:39.233Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年8期作者：吴超
[导读] 地裂缝是地表岩、土体在自然或人为因素作用下，产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种地质现象。
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摘要：地裂缝地质灾害是地下隧道工程建设的重大难题之一，本文根据地裂缝的工程特性与施工工程的实际情况，分析潜在的风险，并提出相应的风险控制措施。
关键词：地铁隧道；地裂缝；风险控制
1、地裂缝工程特性
1.1 地裂缝定义
地裂缝是一种独特的城市地质灾害，地裂缝是地表岩、土体在自然或人为因素作用下，产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种地质现象。
1.2 西安地裂缝
西安市是国内地裂缝灾害严重的典型城市，西安市区根据地表出露形迹和多种勘察手段确定的地裂缝带有14条，面积约155km2，其活动时间之长和规模之大，在国内外尚属罕见。这些地裂缝所到之处，致使不少地面建（构）筑物和地下设施遭到变形破坏，给西安古城的市政建设带来了严重破坏。
1.3 变形范围及受力分析
地裂缝活动是导致隧道破坏的主要原因，由于地裂缝的不断活动,使得地裂缝周围的地质体发生位移,产生局部应力场和形变场,从而造成地下隧道、路基、管道弯曲变形或剪断。
当地裂缝活动时，隧道周围土体将会上下移动，产生位移，而地裂缝带的隧道结构要阻止此处的土体位移，因此对隧道结构产生剪切作用，且随着地表沉降量的增大，剪应力随之增大。其次，裂缝带两侧的纵向应力剧增，上盘范围内隧道是顶部受压、底部受拉，下盘反之。最大拉、压应力基本出现在距裂缝15.0~20.0 m的隧道两侧。
据监测资料，西安地裂缝有垂向位移、水平拉张和水平扭动共3个方向的活动。其中以垂向位移最为强烈，活动速率5～30mm／a，最大为56mm／a；水平拉张居中，为2～10mm／a；水平扭动最小，为1～2mm／a。
2、工程概况
2.1项目概况
西安市地铁五号线太乙路站~兴庆路站区间通过F6地裂缝设防段采用矿山法隧道施工，矿山法隧道左、右线隧道设计长度215.000m （兼长链18.968m）、230.000m，埋深约16.8m～20.5m，左右线间距为15m。
2.2工程地质
区间暗挖主要穿越<4-1-2>老黄土、<4-2-2>古土壤，部分拱顶涉及到<3-1-3>饱和软黄土。太～兴区间地下水属潜水类型，水位埋深4.7~9.9m，暗挖区间水位埋深4m，该区间隧道断面均在水位以下。
2.3 F6地裂缝
本区间穿越F6地裂缝，该段地裂缝走向NE70°，长度约4km。F6地裂缝总体走向N E 65~75°倾向SE，倾角75~80°，发育带宽度达35~70m，总长度17.3km。上世纪80年代中期以来，该地裂缝持续强烈活动，最大活动速率达20mm/a。
3、地裂缝地段施工风险分析
本标段的F6地裂缝变形带的土体裂隙多、工程地质差，由于地层错位，并且断层的上盘下降，下盘上升，致使地层从稳定向不稳定过渡，在隧道开挖时，拱顶及边墙易出现塌方现象。同时，施工中还可能会出现沿裂缝带的集中渗水现象，造成隧道涌水涌砂坍塌等险情，安全风险较大。
降水井点的布设及抽水量的控制直接影响地裂缝的活动及地表、管线、周边建（构）筑物的沉降。降水效果不佳及隧道开挖对地裂缝带土体产生扰动,会造成集中渗水及地表沉降，影响管线及地面建筑沉降变形、开裂甚至涌水、涌砂甚至隧道坍塌等。
4、地裂缝施工风险控制
4.1地裂缝处理原则
西安地铁工程防治地裂缝的基本原则是：分段处理，柔性接头，预留净空，局部加强，以结构适应地裂缝变形为主。
（1）无论采取何种结构都不能仅采取通过加强结构刚度的措施来抵抗地裂缝活动导致的结构错位，而是需要结构能够一定程度适应地裂缝的活动导致的变形；
（2）当地裂缝活动导致结构变形时，防水不至于破坏或者破坏后能够采取措施予以补救；
（3）当地裂缝活动导致结构发生错位后仍能保证地铁正常运营所需要的最小限界要求；
（4）道床设置需要能够灵活的适应地裂缝活动导致的结构偶然或长期累积的错位，而不至于影响列车正常运营；
（5）必须采取切实有效的监控量测措施，以根据监测情况及时采取针对性措施防治可能出现的地裂缝活动导致的不良地质灾害。
4.2设计控制措施
（1）采用大断面，预留变形空间
太～兴区间F6地裂缝采用矿山法施工时，通过地裂缝地段的隧道高度根据地铁建筑限界和地裂缝错位百年预计量确定主变形区结构空间，将地裂缝最大垂直位移量统一取为300mm。
（2）采用复合式衬砌结构
过地裂缝初支断面形式单一跨度相对较大，采用C25喷混凝土，拱顶150o设置超前小导管；全断面设双层φ8×钢筋网，网格间距150×150mm，格栅钢架间距0.5m。二衬采用300mmC35P10模筑混凝土。