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城市軌道交通建設的地質環境安全問題

文檔作者：金淮，黃伏蓮，劉永勤，龐煒文檔來源： 1．北京城建勘測設計研究院有限責任公司		點擊數：	更新時間： 2025年05月10日
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20施工技術CONSTRUCTl0N TECHNOLOGY2011年5月下第40卷第341期城市軌道交通建設的地質環境安全問題金 淮，黃伏蓮，劉永勤，龐 煒(1．北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京 100101)[摘要】針對我國城市軌道交通工程建設特點，對城市軌道交通建設過程中出現的地質環境問題進行總結，指出隧道施工對城市建筑物等環境可能造成的破壞。詳細論述了開展城市軌道交通建設地質環境安全風險控制的必要性、原則、主要內容、階段劃分，以及濟南地鐵規劃對泉水影響的評估和北京地鐵施工階段的安全風險控制，并提出相應的解決方案。【關鍵詞】城市軌道交通；地質環境；安全風險控制【中圖分類號】U231．1 [文獻標識碼】A [文章編號】1002—8498(2011)10-0020-03The Geological Environments Safe Problem ofUrban Rail Transit ConstructionJin Huai，Huang Fulian，Liu Yongqin，Pang Wei(Beijing Urban Construction Exploration&amp;amp;Sure,rig Design Research Institute Co．，Ltd．，Beijing 100101，China)Abstract：For the characteristics Of urban rail transit construction in our country，authors conclude thegeological environment questions in the construction，then put forward the surrounding buildings probabledestructions which are induced by the tunnel construction．The necessary，principal，main contents，stepsdivision of security risk control about geological environment in the development of construction aredescribed in detail．The layout effect of Ji’nan subway on the fountains is estimated，and the security riskcontrol for Beijing subway are also concluded，then countermeasures are put forward．Key words：urban rail transit；geological environment；security risk control目前已建成軌道交通線路的城市主要有北京、上海、天津、重慶、廣州、深圳、南京、長春、武漢、大連等10城市。2008年底，建成線路30條，正線線路總長770km；2009年底，建成線路33條，正線線路總長845．6kin，增加10％；根據國務院近期軌道交通建設規劃，截至2015年25個城市將建設城市軌道交通線路，合計86條，2 466．19kin，總投資約7 700億。城市軌道交通發展體現出發展速度快，建設規模大，分布地域廣，投資大，地質環境復雜、差異性大等特點。本文就城市軌道交通事故的類型、原因、處理措施、風險控制等做全面闡述。1城市軌道交通事故軌道交通工程建設特點有：①線路長、工點多，建設規模大；②工期要求緊，參建單位多；③環境及地質條件復雜多樣；④施工工法多樣、技術難度高；⑤隱蔽工程多，不易監管；⑥施工作業面動態變化，[收疆日期】2011-04-05【作者簡介】金淮．北京城建勘測設計研究院有限責任公司教授級高級工程師，北京市朝陽區安慧里5區6號 100101，電話：(010)64921259．E—mail：Jinhuai@eki．o哪．cn風險高；⑦管理力量及專家資源緊缺等。近年來不斷發生軌道交通事故，如①上海地鐵4號線魯班路事故 由于施工措施不當引起大面積土方滑坡；②南京地鐵西延線TA26標段事故 由于起重機操作人員處置不當引起起重機向基坑內側翻，支撐被打斷；③深圳地鐵世界之窗路段事故 由于地質結構復雜，隧道上方路基不穩引起路段塌方；④北京地鐵lo號線熊貓環島事故 由于堆載導致老化水管破裂引起基坑倒塌及管線斷裂；⑤廣州地鐵瀝洛站事故 由于水流浸入引起基坑塌方。圖1為事故現場圖片。事故基本呈現出：頻率高，影響大，后果嚴重，地質環境問題越來越突出等特點。2城市軌道交通建設的地質環境安全問題2．1對工程建設的影響地質環境條件對工程建設的影響主要是以下5個方面：①對線路規劃位置的影響；②對線路敷設形式的影響；③對施工工法工藝的影響；④對工程結構的影響；⑤對工程旌工安全的影響。萬方數據』__生!。％，Jm，^tⅫ4m∞№m"№￡々M∞—型盔豳鞲烈㈨北京地Ⅸ砂耶打地屢nII曲潦石問題．北京心船的卵打地崖特州：址結構松散枉住人、攫度高、漆透系數高．州此特點計盹I。】I法I。豈造成襁大影響．特他用明挖法．刪}"護樁J芷彳L蝌雕；使川礦山洼，則臺小現超前小導恃施作jN難．易超挖：使用盾柑法．釋翳破壞w具，擾動朋輯．易造成火穩卡殼橢進受Ⅳl井n降水洼漿等州卵打地層穆透系數太(>22¨n，／t"，降水周雎．北顰m力不島控制．裝液的上向■好榨制．造po川旺{：|l幢城ifi!魄j吐變通施T存在很多小利咐采時I‘】：靴結竹的影響圭型有：活動斷裂、地裂縫地面挑降等小良地質仵川引起軌道變面結構裂縫和錯位；濕陷性L，牧l：等特殊性崧土引起鞔進交通結拊下沉．地下水位變化qI起軌道變通結構上浮。2．2對地質環境的影響2 2l誘囂地面J羈端和變形誘發地晰塌畸的Ⅲ索和帳W主要打：①】群活動的影響 如施l擾劬、降川。水導致{：膳流失，臀線洛鰣．地冉水側濰、機械沒衙振動等；@地質條件特殊螄仃拒洫1．1J；L砂地M、冉湍IJl,,1矬仃、存作．元地腱站m“及軾1研、士．膨脹土、姒峨rl：上等持殊仆7}1：；f3，】．陛質艟小廿兕 如抖類丌挖州越小街曩，隧m‘《后仆漿小飽滿，降水施1．禽砂嘬高等。2．2 2影響地下水系統I)I讎銼世人呲l雌排地F水導煦水磷埠浪贊洲㈨J匕JjL地鐵4 V繾北取晰站降水．衄人捕降5n一7^m‘水，水ft仍詘堆瞎刊世11杯高mF2)地F水抽降，j【起的地ml眥降 例如：^排地鐵2廿線．泉1。蚋I雕降水廿坡川坫帆儀20,ii的攤離J，；址筑琳汁0L耕聃逃L)O,nm3)1．判處世x¨m F水環境帕¨啦 札城『“地F卒州阡W-過鮒一I·． 坤R啊地模艘城的夫刪地r恂筑物已經腫K域地F水M，境產巾影響4)l氍站均影響地F水的張溉祭件 蜘南京地鐵隧進穿越鬻淮河古W道．降低r地F水的循環代謝．加荊r城l“地F水的污染，5)f’張吐世塒地F水n然景現{如泉水)的影響濟南址腫抖蔣乳的泉城，n地F水#寓、泉水眾多的條件F，能1，}仵像“I：不影響采水噴涌的時捉下修堙城市軌】n空塒址個謳人譚刪，為此濟南市政府在線H規劃階段々f J開展丁軌j苴變通建設時泉水彩響研究項E13對城市建f構)筑物等環境的破壞I】城-H環境極其復雜，建筑物IB比許足，在這辛l=建筑柳碰巢的K域{鍪建地下建筑物．蟄特圳注意時上{jI；建筑安全的恃理．時周邊環境保護。2)I‘程施1導致地下斡線破壞3)地鐵運營時撕環荷拽＆振動會0I起隧道周嗣i體的形狀改變而引拉地面溉降．進而遷引起地鐵線路圳州府培的地越變形上酃結構開裂。例如：日奉某地鐵，f通運行5年后的糶人機降近Im．同時件冉冒泥現象 I海投入運營∞兒條地鐵隧道全線牡‘I二軸線變彤和地斷沉降，地鐵l母線某噬段隧道軸線沉降砒蛆吐25w隊造成地鐵雕道管片破裂、滲水、漏泥等觀雛．影響r地鐵的止常運背，4城市軌道交通建設地質環境安全風陸控制4．I 開腱塵個Ⅵ險管控的必耍性m1建醴規模人、發展建埡快、分砸地域廣，事敝糊卓冉影響大、后果嚴重，地質環境條件復雜．產生的地質環境安仝¨題多，事故螄測難度人．因此需要采取簧夸M險管理手段．塒軌道盤面垃il}全過稃進什控制4 2 ”腥安今J札險恃控的棘則I)應辱慮、、地¨會經濟盤化背精．業沒規模、技術資源、眭仆法規等JN素。2)應母慮’～地地艟、環境條什、軌道空竭璉避經騎．分析、、地蜜個眥畸特點3)璉母慮’≮地政府建設^、舟磐世療及第一方時餐仝風險的i rf接受能力【也插打婁螄火、影響、心用嘔受能力鋒)4)喊#慮喜地器片腫立卡眥跆的竹理能力枷水平4 3鴦十M盼竹州￡崆山存雀全M畸竹理J·嚶內柞乜捕如F 8十^肺：∽￡仝jn陸符JlIlIl杯．∞鴦余』札險什邢r段投竹控模萬方數據施工技術 第40卷式；③安全管理組織機構與責任體系；④安全風險管理階段及管理流程；⑤安全風險管理技術標準；⑥風險辨識與評估分級標準體系；⑦風險管控與預警、預報標準體系；⑧突發事件應急預防、報警與處置。4．4安全風險控制階段劃分規劃設計階段安全風險評估即通過對城市軌道交通工程建設中存在的地質環境等風險進行界定、辨識、評價、分級，提出預防預控措施，并編制風險評估成果文件。施工階段安全風險管控即通過采用監測與巡視等手段對地質環境、工程施工進行監控，并建立預警與響應機制，以確保地質環境和工程結構的安全。4．5濟南地鐵規劃對泉水影響評估4．5．1背景為實現“東拓、西進、南控、北跨、中疏”的發展戰略，必須完善以軌道交通為代表的基礎設施建設。但是濟南泉水資源豐富，要修建軌道交通工程，必須做好泉水保護工作。4．5．2 目的通過前期地質工作、規避地質環境風險，減小風險發生的可能，降低風險造成的后果。4．5．3 內容研究泉水的補、徑、排，出露條件和范圍等論證線路的適宜走向、區域和埋置深度等，分析修建地鐵的可行性，預測地質環境風險。4．5．4方法綜合采用工程水文地質鉆探、地質雷達、淺層地震、陸地聲吶、微動探測、井下電視、波速測試、現場抽水試驗、示蹤試驗等多種手段和方法進行研究。4．5．5研究結果1)四級風險區內修建軌道交通工程不會對泉水噴涌造成影響，可以進行軌道交通工程建設。2)三級風險區為泉水保護敏感區域，修建軌道交通需采取結構埋深限制和不降水施工措施，具體為：①歷山路泉水保護敏感段為解放路一文化路段長約497m，考慮到巖溶水的動態變化，建議該段線路地鐵埋置深度≤12．0m；②經十路泉水保護敏感段為廣電中心一千佛山路長約l 422m，考慮到巖溶水的動態變化，建議埋置深度≤16．0m；③明湖路建議采用不降水的施工方法進行地鐵工程建設。3)一、二級風險區修建軌道交通會影響泉水噴涌，應采取以下規避措施：①其中濼源大街為一級風險區，在該區域修建地鐵工程，施工期間會導致泉水斷流，嚴重影響泉水噴涌，建議在該道路上暫不布設地鐵線路；②泉城路為二級風險區，該區域位于珍珠泉和五龍潭的徑流通道上方，地鐵施工和結構會影響珍珠泉和五龍潭的噴涌量，建議在該道路上暫不布設地鐵線路。軌道交通工程建設可能會出現的地質環境問題有：巖溶塌陷，小構造風化深槽，不均勻地基，復合地層，球狀風化，巖溶突水。4．6 北京地鐵施工階段的安全風險控制1)事故類型 北京地鐵工程事故主要以礦山法為主，因土質松散、管線滲漏、地下水引起周邊建筑物、橋梁、管線等不均勻沉降或地面沉陷等。2)風險特點 北京地區地質條件以砂卵石與粉土和黏性土交互沉積為主，巖土參數變異性大。不良地質條件為深厚填土、富水砂層、漂石、飽和粉土層、上層滯水、多層含水層或空洞等，另外雨、污水管線滲漏常使地鐵施工中發生較多工程事故。3)風險管理體系 建立北京市軌道交通工程建設安全風險技術管理體系，體系涉及內容包括：安全風險管理組織機構；相關參建方安全風險管理職責及工作要求；巖土工程勘察指南；環境調查指南；風險工程設計指南；第三方監測設計指南；施工安全風險評估指南；突發風險事件預防及應急措施指南。4)風險監控組織體系 組建安全風險監控中心，各線組建安全風險監控分中心，各工點或標段組建安全風險監控小組。監控中心負責全網各條線路的視頻監控、信息系統管理以及3個工法咨詢組安全風險管理情況匯總與監督協調工作。3個工法咨詢組分別負責在建線路不同工法工點的施工全過程風險監控與技術咨詢。5)風險管理具體措施 為能夠實時地掌握與控制在建線路工程建設的風險狀況，規避重大的施工風險，北京地鐵采取以下專項安全風險管理工作，加強安全管理：委托咨詢單位進行全過程的安全風險咨詢管理，同時加強第三方監測與現場巡視，建立安全風險管理信息系統輔助信息傳遞與管理，并對所有工點的各掌子面實施視頻監控。6)監控評估預警流程通過現場作業層、管理層、公司層3層次管理工程的施工過程實現此流程。7)地鐵工程安全風險監控管理信息平臺 北京軌道交通工程施工安全風險監控系統是集計算機技術、網絡技術、GIS技術、短信平臺技術、三大工法專業技術、監測及實時監控技術、預警與應急技術，三位一體風險管理技術、超大硬屏等集多種軟硬件技術于一體的地鐵工程安全風險監控管理信息平(下轉第47頁)萬方數據201l No．341 朱健等：大上海會德豐廣場緊鄰地鐵深大基坑施t技術 47O．05．O目lO．0冀150鬟20．o25．O30．O35．0．2 0 2 4 6 8 10 12141618202224262830t— 、 ≮坑 第 2 屋 0 玉 一 fj L{ 占一 工_ 厶 L南≮^，} (0J E m 4．妊5 ∞】 n 2 9n嫡 p，l，o O． 挖南 7-／}／ 拖 J二 兀 威 ／一C f< 、j E{ t月 襄j 眨， 衛 B一 ’CJ ％{ f測斜值／nun8累積測斜值最大點0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 2406．00 rrrrEz—T_=-=】—1，1—，ris=亡t；-吾7了F司商1_1_'1]11=弄—善91麗1-r1．19．OO沉降點／mb沉降監測值圖5監測結果Fig．5 Monitoring results7 結語軟土地區與運營地鐵區間隧道距離近、且平行長度長的深基坑，施工難度非常大，該基坑工程的成功實施，取得了如下經驗。1)根據與地鐵隧道距離的遠近，將基坑分成大小坑分塊施工，先開挖遠離地鐵的大坑，大坑地下結構完成后，再開挖鄰近地鐵隧道的小坑。2)采用合適的被動區土體加固，大大提高被動區土體抗力，阻止水平位移向地基土體深層傳遞，有效減少基坑圍護結構的水平位移。尤其是在靠近地鐵隧道的小坑坑底布置水泥土攪拌樁滿堂加固，坑底以上布置水泥土攪拌樁抽條加固，并在大坑第2層土方開挖前完成并達到設計強度，對于減少基坑鄰地鐵側圍護墻位移、保護地鐵具有重要意義。3)小坑采用鋼支撐軸力自動控制系統，有效減少了近地鐵小坑開挖時地鐵側圍護墻的水平位移。4)緊鄰地鐵基坑降承壓水對地鐵沉降影響明顯，為保護地鐵，降承壓水需做到按需降水，并采取多種措施，盡量縮短降承壓水時間。5)土方開挖嚴格遵循“時空效應”原理，分層分塊開挖，合理安排挖土流程，減少圍護墻無支撐暴露面積和時間。加快整個基坑的挖土速度，有利于基坑的變形控制。6)為及時對坑底進行壓載，有效控制坑底隆起，最后一層土需分塊開挖、分塊澆筑基礎底板，并隨挖隨澆筑底板墊層，提高墊層混凝土強度等級、增加墊層厚度并適當配筋，增強墊層剛度。7)做好基坑及周邊環境監測，進行信息化施工，確保基坑及周邊環境安全。參考文獻：[1】劉建航，侯學淵．基坑工程手冊[M】．北京：中國建筑工業出版社．2005．[2] 賈堅．軟土時空效應原理在基坑工程中的應用[J]．地下空間與工程學報，2005，I(4)：490493．[3] 王海燕，潘松林，包旭范．上海外灘通道狹長基坑開挖卸載對周邊保護建筑影響的預測[J]．工業建筑，2010(SI)：597·599．[4] 劉相宜，魏煥衛，張鑫．基于變形控制的基坑開挖和鄰近建筑物保護技術[J]．工業建筑，2007(1)：69-72．[5】 中國建筑科學研究院．JGJl23--2000既有建筑她基基礎加固技術規范[s]．北京：中國建筑工業出版社，2000．[6] 中國建筑科學研究院．JGJl20--99建筑基坑支護技術規程[S]．北京：中國建筑工業出版杜。1999．(上接第22頁)臺。實現了安全風險的預警與響應。5 展望針對目前城市軌道建設中一些問題，未來應在以下幾方面進一步加強管理與控制。1)地鐵修建的適宜性問題 是否所有地質條件均適宜修建地鐵，不同地質環境條件帶來的施工難度、資金投入以及工程的安全問題等需要進一步研究。2)地質環境評估與保護問題 城市軌道交通工程在不同地質條件下穿越各類環境的安全問題越來越突出。采用何種模型或計算方法來進行評價和評估，采取適宜的環境保護措施進行控制，尚待進一步研究。3)運營階段的地質環境安全問題 運營階段的地質環境安全問題，不像施工階段的安全問題那么明顯，至今尚未引起足夠重視。參考文獻：[1】 金淮，張建全。吳鋒波，等．濟南軌道交通建設對泉水生態系統的影響[J]．都市快軌交通。2010(6)：31-35．[2] 吳鋒波。金淮．尚彥軍，等．城市軌道交通工程環境風險評估研究[J]．地下空間與工程學報，2010(3)：640-644．[3] 金淮．劉永勤。鐘巧榮．中國城市軌道交通安全風險管理現狀與展望[J]．工程勘察。2008(s2)：216-220．[4] 高濤．劉永勤．王偉．等．地鐵車站深基坑圍護結構變形及內力影響因素研究[J]．工程勘察，2010(SI)：223-230．[5] 吳波．高波．漆泰岳，等．城市地鐵區間隧道洞群開挖順序優化分析[J]．中國鐵道科學．2003(5)：24-29．[6] 鐵道部經濟規劃研究院．TBl0082--2005鐵路軌道設計規范[S]．北京：中國鐵道出版杜．2005．∞∞∞∞●4母¨Em，

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