谈地铁深基坑施工中的地质风险
摘要:结合地铁工程的特点,通过广州地铁五号线建设风险管理的实践,以基坑开挖为重点,分析了地铁深基坑施工中的地质风险,以提高深基坑开挖的安全管理水平,减少由地质风险导致的事故。关键词:地铁,深基坑,施工,地质风险
地铁工程具有几大显著特点,即周边环境复杂,各种建构筑物、地下管线多,且对施工变形控制要求高;工程地质与水文地质复杂,不确定因素多;结构形式较多,施工方法交叉变换多,施工难度大;施工工期压力较大等,这些特点都集中表现为工程的高风险性。因此,通过主动的、系统化的风险分解、分类,识别工程的致险因子、风险事件和后果对地铁及地下工程建设风险源进行辨识是具有重大意义的。根据地铁土建工程的特点,安全风险的分解按照工程所处的地质条件、周边环境、工程实施等的各个阶段进行分解。从自然环境、工程条件、技术等方面分析拟建工程的特点及相应的潜在风险。
本文以广州地铁五号线建设风险管理的实践,并以基坑开挖为重点,分析地铁基坑开挖地质风险分类。
1)在软土地层、淤泥质土体进行基坑开挖施工引起地面沉陷的风险。
明挖基坑施工沿线存在很大厚度具有低强度和高压缩性的软土、淤泥质土体时,很难控制好地面沉降及邻近地下管线、构筑物的位移,容易引起一定的地面沉陷,给地面建筑、构筑物、地下管线带来危害。因此更会导致诸多连环性质的工程灾害,如:管线爆裂渗水进而导致暗挖段土体力学参数急剧下降,承载能力大幅下降和变形急剧扩大,如此恶性循环后必将出现灾难性后果。
2)明挖时,容易因失水造成地面塌陷。
一般在基坑开挖时,需要进行坑内降水,这需要防止土体失水引起的地面塌陷风险。砂土地区应该防止因降水引起水土流失导致的地面塌陷。
如果地层失水严重,上伏软土则会引起大幅沉降,特别是沿线地表均存在相当厚度的软土或淤泥土,明挖施工时浅层地下水可能透过岩石层的裂隙进行渗漏,如果渗水过多则会引起地表沉降过大。
3)粉细砂层容易发生液化、流砂、涌砂现象,给明挖造成危险。工作面前方遭遇流砂或发生管涌,这种现象的发生对于基坑施工都是灾难性的后果。
4)花岗岩各风化带遇水软化、崩解,给施工带来很大风险。结构设计过程中,一般不会将花岗岩各风化带遇水软化、崩解作为荷载验算工况。因此,如果施工过程中发生岩石崩解,将威胁明挖施工的安全。
5)岩层风化带的岩面起伏问题对车站差异沉降的影响。沿线地质中,花岗岩各风化带的岩面起伏问题相当严重并且普遍。一般而言,根据现行GB 50157-2003地铁设计规范设计方都会在车站主体结构方向设置1道~3道变形缝,间距约50 m。而岩面的起伏造成车站底板分别坐落于不同地层,甚至造成有的底板坐落于砂层、软土层,有的底板坐落于岩层。这种巨大的差异会造成:同一埋深范围内土体强度和刚度不一,使得主体结构纵向沉降差异显著增大,当变形缝两侧主体结构的差异沉降超过轨道允许的最大沉降差时,会严重影响地铁车辆的运行。
6)地下结构在岩面起伏的地质中地震响应的风险。
上软下硬、岩面起伏的地质使得盾构隧道的地震响应比较复杂,尤其是盾构属于地下超长结构,其地震响应更加复杂,不仅受到纵向地震波的影响,还受到折射波的影响,并且随地震波的入射角度不同而存在不同的地震响应给工程带来较大设计和运营风险。
7)断层破碎带中进行地下工程施工的'风险。
在各断裂的断层破碎带之中,基坑开挖施工容易受到地质断裂带中沿岩石裂隙面滑动的滑动力不利影响,这种滑动也会带来很大的风险。明挖基坑在计算基坑侧壁滑裂面时,应考虑本断裂面的不利工况。施工过程中对围岩的破坏程度、工序衔接的快慢、施工技术措施是否得当等,均有很大的关系。
8)断层活动的风险(包括抗震和地震响应等方面)。
断层活动对广州地区第四系覆盖区的全新统可液化砂层和可能发生震陷的淤泥层有着重要影响,因而也往往容易沿这些断层造成地基失效。因此,在工程建设中应注意抗震问题。