前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的地鐵建設巖土工程問題探討，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
1引言
廣州是具有國際影響的區域中心城市，軌道交通作為一項能有效改善城市交通環境、促進經濟發展的基礎措施是十分必要的，是城市可持續發展的必然選擇。由于城市軌道交通工程處于繁華的城市中心地帶，所處的復雜的地上、地下環境、地質條件和地下工程建設的隱蔽性、復雜性等，同時鑒于廣州特殊復雜的地質構造、水文地質條件、巖溶發育等特點，地鐵建設可能引發的巖土工程問題較多且復雜。同時由于軌道交通工程建設的政治敏感性強、公共安全要求高、社會影響力大，一旦發生重大安全風險事故，將造成惡劣的社會影響。因此需對廣州地鐵建設可能引發的巖土工程問題有深入的認識，以便采取相應的應對措施，降低地鐵修建的風險。
2巖土工程問題
根據以往地鐵建設中所遇到的巖土問題，主要總結如下：
2.1軟土問題
廣州地區軟土具有典型的三角洲軟土性質，由于江水與海潮的復雜交替作用，淤泥與薄層砂交錯沉積。而廣州地區氣候炎熱、雨量充沛、植物茂盛、河網縱橫，致使廣州地區軟土具有獨特的工程性質。主要帶來的工程難題有：
（1）工后沉降量可能很大，沉降時間會很長，一般長達3年以上，甚至出現不均勻沉降，從而導致作為永久結構的地鐵隧道、高架、車站、車輛段以及停車場等不穩定和損壞。
（2）在這種軟土地層中掘進時，易出現盾構機“栽頭”問題。其結果是盾構機姿態難以控制，進而造成管片的錯臺、開裂、破損等。
（3）在軟土地層條件下，深基坑施工容易產生擋土結構位移過大，基坑開挖時出現底涌，甚至出現基坑圍護體系的坍塌，基坑失穩等嚴重問題。
（4）在軟土地層條件下，可能會導致基坑周邊（隧道上方）建筑物、管線和道路的沉陷和開裂破壞等，造成重大的經濟損失和不良的社會影響。
2.2花崗巖殘積土問題
調查發現花崗巖殘積土的邊坡失穩事故，大部分是由于殘積土的不均勻性和各向異性造成的，殘積土中的原生和次生裂隙對邊坡失穩起了決定性作用?；◢弾r殘積土保留有原巖一定的殘余結構強度，但由于其一般含有較多的砂礫碎屑，因此極易因擾動而破壞其結構性。主要帶來的工程難題有：
（1）花崗巖殘積土擾動敏感性強，吸水性強，遇水易膨脹、軟化、甚至崩解，隧道施工過程中若處理不當，容易造成掌子面失穩，地面沉降難以控制，甚至會導致隧道塌方、地面沉陷、建筑物開裂損壞。
（2）花崗巖殘積土不良地層遇水軟化、泥化、崩解特性引起地鐵明挖基坑工程風險主要有：大型挖土設備施工非常困難，有時只能采用人工開挖，開挖工效嚴重降低，開挖面極易坍塌，并且隨著開挖暴露時間的延長，影響范圍將進一步擴大；土體強度等力學性質急劇變差，地基承載力降低甚至喪失，導致基坑內被動土壓力降低，支撐軸力增大，圍護結構變形加大，甚至造成圍護結構失穩、坍塌以及周邊建筑物沉降變形等風險。
2.3花崗巖球狀風化問題
花崗巖球狀風化體主要分布于全風化帶和強風化帶。在垂直風化剖面上具有“上多下少、上小下大”的特點。花崗巖球狀風化體的大小隨著風化程度的增強而減小，而數量卻隨著風化程度的增強而增加。主要帶來的工程難題有：
（1）由于花崗巖球狀風化體單軸抗壓強度非常高，與四周巖土層的強度差異大，因此很難被盾構刀具破碎，常在刀盤前方滾動，這給盾構施工帶來極大困難和風險。
（2）這種地質條件下進行鉆孔樁施工存在鉆進速度慢，鉆具壽命短，易偏孔、卡鉆、掉鉆頭、塌孔等事故；同時由于樁周土阻抗的變化影響，給樁基檢測評定帶來一定影響。
2.4巖溶問題
廣州市西部和北部在區域地質上屬于廣花凹陷，沉積了巨厚的石灰巖建造?？偟膩碚f，石炭系灰巖溶洞一般為空洞，地下水豐富，且與砂層直接連通，有進一步發展的可能；第三系萃莊村組灰巖溶洞多為半充填或全充填，經常在巖層界面出露。主要帶來的工程難題有：
（1）當隧道穿越巖溶區時，常常遇到大小不等、部位不同、充填物及充填程度不同、含水量不同的溶洞，這些溶洞的存在將給隧道的施工和圍巖的穩定帶來不同程度的困難。
（2）巖溶地質條件給高架橋梁鉆孔灌注樁基礎設計與施工同樣帶來比較嚴重的地質災害，橋梁荷載通過樁基礎傳遞到地層中，在巖溶地區，由于溶洞的存在，對樁基的承載能力產生重大影響。
（3）對明挖結構、基坑，主要是圍護結構施工過程中的坍塌、圍護結構滲漏水及基坑開挖過程中的基底突涌水風險。
2.5斷裂問題
廣州地區發育的較大斷裂有：廣從斷裂、廣三斷裂、瘦狗嶺斷裂、文沖斷裂、化龍斷裂、沙灣斷裂。次級斷裂較多，主要有清泉街斷裂、三元里溫泉斷裂等。其中影響地鐵建設的主要斷裂有廣從斷裂、廣三斷裂、瘦狗嶺斷裂。斷裂給施工帶來的影響：
（1）斷裂破碎帶破壞了巖體的完整性，降低了地層的穩定性和隧道圍巖類別，增加了隧道開挖的難度。若斷裂面是極不穩定的滑移面，對隧道或高架線橋樁的穩定有重要影響。
（2）斷裂破碎帶通常是地下水富集地帶和導水通道。隧道開挖、深基坑開挖時可能產生突水和涌水現象，盾構掘進易形成噴涌，甚至會導致坍塌、周邊建構筑物損壞。
（3）斷裂帶處巖層通常不均勻，巖面起伏變化大，易造成盾構刀具損壞，導致盾構掘進速度緩慢。而富水斷層中，刀具更換困難。
（4）斷裂帶在石灰巖地層中通過，常伴隨斷裂帶影響范圍內巖溶發育、地下水豐富等特殊地質條件。巖溶發育比斷裂帶本身在工程上更難處理。
2.6復合地層問題
復合地層的組合方式是非常復雜多樣的，但總的來說有兩大類:
（1）復合地層在垂直方向上的變化。最典型的垂直方向上的復合地層就是所謂“上軟下硬”地層。
（2）復合地層在水平方向上的變化。在一施工段當中，可能分布著不同時代、不同巖性、不同風化程度或不同層序的地層，從而表現出水平方向上工程地質性質的差異。主要帶來的工程難題有：
（1）在上軟下硬地層中，基坑圍護結構施工一般比較困難。若巖面較高，圍護結構施工將耗時耗力，工期會很長。
（2）復合地層的特殊構造和性質造成了圍巖自穩能力的差異，礦山法施工過程中，開挖方法、施工工藝、支護參數選擇非常困難，施工風險非常大。若隧道拱頂局部處于富水砂層及填石層中，在開挖過程中易發生涌水涌砂現象，極易引起初襯變形，甚至導致隧道坍塌，地面沉降大，但為破除下部巖石，必須采用爆破施工，這會對上部已施工的初襯造成影響，地面沉降將更加難以控制。
3處理措施
對于以上地鐵建設中所遇到的巖土問題進行分析探討，本文給出以下相應的處理措施和建議：
3.1軟土問題處理措施
（1）由于廣州地區軟土滲透性較好，排水固結法可作為地基處理首選方法。土工合成材料能提高地基穩定性、減小地基最終沉降量，可與其它方法結合使用。深層攪拌樁、振沖碎石樁等復合地基方法兼具置換、擠密軟土的特點，且造價適中、加固快速，也可作為廣州地區軟土的有效處理方法。
（2）由于廣州地鐵地下車站基坑開挖深度一般都在15m以上，常用圍護結構類型有地下連續墻與鉆孔灌注樁兩種。當施工場地受限，地質情況較好，連續墻成槽困難時，可采取鉆孔灌注樁；若軟土地層較厚，地下水豐富時，宜采用連續墻。廣州地鐵深基坑第一道支撐一般采用鋼筋混凝土支撐，其余采取鋼管內支撐。但在地質條件差時，因軸向壓力大，支撐穩定性難以保證，且支撐與鋼圍檁之間剪切力大，其余支撐也可考慮鋼筋混凝土支撐。
3.2花崗巖殘積土問題處理措施
（1）解決花崗巖殘積土不良地層工程風險關鍵是處理好“水”，因為該土層天然狀態下具有較好的力學性質，“水”是風化土層軟化、崩解的誘因。
（2）礦山法隧道施工中，應對周邊地下水加以嚴格控制，并對掘進區土體進行必要的注漿加固，以盡可能截斷水的來源，工程實際證明，認真進行袖閥管注漿是一種有效方法。
（3）在花崗巖殘積土中應盡可能避免采用人工挖孔樁，尤其是在地下水豐富的環境下。
（4）對于深基坑工程，廣州地鐵一般采用圍護結構隔水+主動式止水或降水方式+地基加固。
3.3花崗巖球狀風化問題處理措施
（1）加密補充地質勘探，掌握花崗巖球狀風化體分布情況。提前做好準備工作，為破除花崗巖球狀風化體、更換刀具等做準備。不能通過盾構機直接破除的，應采取適當的方法進行破除。
（2）樁基鉆孔成孔過程中，突然遇到硬巖鉆進困難時，應注意分析工程地質資料和周邊樁位鉆進情況，避免將風化體誤判為達到持力層。若采用常規沖進法無法穿越球狀風化體，可采取其他方法。
3.4巖溶問題處理措施
（1）在巖溶地區地鐵設計中，由于巖溶對地下線的影響極大，在規劃條件和地面條件許可的情況下，盡可能采用地面線或高架線。如果確實必須采用地下線，采用周詳的工程措施，隔離巖溶水。隧道底板下有溶洞分布時，采取灌漿和結構措施處理，穿過溶洞地段先進行灌漿止水再開挖。
（2）對于地面線，在土洞發育地段施工前應對土洞進行振塌或填灌處理，避免施工過程中因加載和振動作用產生地面塌陷。
（3）對于高架線路，根據溶洞具體位置對樁位和橋跨進行合理調整，樁位布置盡量避開溶洞，確保樁端以下3D深度內沒有溶洞或軟弱夾層。巖溶發育的高架地段樁基施工時，應進行超前鉆探，以確保樁基的穩定性。當承載力達不到要求時，樁端采取擴大頭或采取群樁并經檢測合格后方進行上部結構施工，并加強不良地段的樁位的沉降觀測。
3.5斷裂問題處理措施
（1）做好勘察，采用多種方法查明斷裂的工程特征，主要包括斷裂的范圍、產狀、構造特征、巖性、空間展布與地鐵的關系、水文地質特征等。
（2）礦山法開挖時應做好止水和防水措施，必要時應采用帷幕注漿處理；盾構機掘進不能采用敞開式掘進，必須采用土壓或泥水平衡掘進，且應做好防噴涌措施，更換刀具應根據實際情況可考慮提前加固地層；深基坑開挖時，除了基坑側壁止水外，還應在基坑底采取止水措施，防止基坑底涌水或過量排水導致基坑外側周邊建筑發生沉降開裂。
（3）車站應盡量避開斷層，否則應采取結構抗震設防措施。高架段應調整步跨，墩位盡量避開斷層破碎帶，無法避開的，要采取結構防范措施。
3.6復合地層問題處理措施
（1）在復合地層中盾構施工，施工工藝、施工參數等需要根據地層的變化而變化，應動態適當調整，在某些特殊的復合地層可能需要輔助工法。不同的地層，掘進模式不同，需要不同的添加劑種類和數量，需要不同的輔助設備，盾構機姿態控制方法和參數不同，等等。
（2）在復合地層中，礦山法隧道施工必須按照信息化施工的原理，根據實際地質條件，結合施工單位的經驗，對施工方案、設計參數進行動態調整。對于垂直方向上的復合地層，隧道上部軟弱地層的加固處理和下部硬巖爆破控制是關鍵。
（3）在上軟下硬地層中，基坑圍護結構可以考慮采用“吊腳樁”形式。這是一種比較經濟、有效的方式。但該種圍護結構形式有時也存在較大的安全隱患，若圍護結構底部巖層透水性強、強度低、整體性差，會造成墻腳失穩，巖體坍塌等工程事故。因此，“吊腳樁”樁底必須落在較好的硬巖(或較硬巖)巖層中，才能確?；影踩．敇兜诪閺姸认鄬^低的泥巖、砂巖等巖層時，建議謹慎使用“吊腳樁”形式的圍護結構。
4結論
本文分析了廣州地鐵建設過程中存在的主要巖土工程問題產生原因，總結了之前的施工經驗，提出了一些可行的處理措施和建議。
（1）廣州地區軟土主要分布于南部，具有典型的三角洲軟土性質，并具有獨特的工程性質。這些工程特性給廣州地鐵建設帶來了很多難題，如工后沉降大、盾構機易“栽頭”、深基坑工程圍護結構易失穩等。針對這些問題必須采取合理的處理措施，如選擇合適的加固方法、合理的支護體系等。
（2）在廣州地區的東北部、東部和南部，廣泛分布花崗巖地層?；◢弾r地層主要有兩個問題，即殘積土問題和球狀風化問題。花崗巖殘積土擾動敏感性強，吸水性強，遇水易膨脹、軟化、甚至崩解，因此，施工過程中關鍵是處理好“水”?；◢弾r球狀風化體具有隨機分布的特征，施工過程中一般較難處理，因此，關鍵是預先發現，提前處理。
（3）廣州地區北部和西部是可溶性很強的灰巖地帶，主要工程問題是巖溶（溶洞、溶槽、溶溝等）和土洞。工程建設過程中應盡量避開巖溶、土洞，若無法避開，須提前進行處理。
（4）廣州地區構造斷裂相當發育，斷裂帶處巖層通常不均勻，完整性差，且通常是地下水富集地帶和導水通道，通常施工困難，甚至出現突水、涌水、噴涌等問題。首先是做好勘察，地鐵結構應盡量避開斷裂帶，否則應采取相應的措施，施工過程中應做好止水、防噴涌等處理措施。
（5）廣州地區地質條件極其復雜，地層產狀多變，在不同地層組成的復合地層中施工，對施工工法和工藝的選擇，以及施工參數的確定，都會帶來很大的困難，甚至可能會引發工程危害疊加。因此，首先是合理的選擇施工工法，其次是施工過程中應動態調整施工參數、施工工藝。
作者：許少輝 朱六兵 單位：廣州市地下鐵道總公司