浅析地铁建设的工程地质特点及施工方法

浅析地铁建设的工程地质特点及施工方法

杜子真

佛山市地铁集团有限公司，广东 佛山 528000

摘要：本文主要以A地区地铁建设中所凸显的高富水砂卵石地层及砂泥岩地层地质特点为例，探究与之相适应的施工方法，将能够更好地提升地铁建设的整体质量效果。

关键词：地铁建设；工程地质；施工方法

1 引言

在实际的地铁建设过程中，地铁隧道需要穿越很多地层，不同的地层都有不同的特点，根据其所处的地质环境特点、工程特征等，地铁隧道设计也会有不同情况。针对某一具体的地质条件，通过合理设计施工方案、开展合理的勘探工作，才能够更好地进行隧道建设。A地区地下为高富水砂卵石地层及砂泥岩地层，地下水位埋深较深、地层稳定性差。因此为了保证地铁建造过程中所凸显出的高富水砂卵石地层及砂泥岩地层地质特点能够得到更好实现，需要在其施工时注意以下几点：首先要注意对地质环境条件、工程地质特征做好充分研究工作和科学预测工作；其次是针对高富水砂卵石地层及砂泥岩地层地质特征有针对性地进行勘探工作（注：对其工程地质特征进行准确评价）；最后是需要制定科学合理的施工方案。以下将对其施工方法展开具体分析：

2 地铁建设的工程地质特点

2.1 上层滞水

上层滞水是指在地表径流、地下水和其他水体共同作用下形成的地表排水通道。由于地下水和其他水体的补给，使得上层滞水一般处于饱和状态。在某些情况下，上层滞水可以使一些地下工程得以实施，地铁建设时需要在地表以下20m范围内进行施工。上层滞水主要赋存于黏土层之上的填土层中，其地下水的埋藏深度一般较浅，有效厚度多小于1m。如果地铁建设施工时，其深度大于5m以上时，则需要进行帷幕注浆或者帷幕灌浆等加固处理措施。

A地区地铁施工中的上层滞水主要赋存于II级阶地和Ⅱ级阶地上第三系全新统（Q 2）卵石下的松散层中，埋藏深度为6~12m不等，有效厚度范围在3~20m左右。其中II级阶地中的粉质粘土多厚于10~20m，一般在5~10m之间，有效厚度范围为2~7m左右；I级阶地中的松散土（Q 4）和上更新统（Q 3）卵石中的粉细砂和粗砂层内粉质粘土厚度相对较大。

2.2 卵石土层中的孔隙潜水

天然砂和卵石土层中的孔隙潜水是轨道工程建设不可忽视的问题。这种赋存于地层中的孔隙潜水主要由大气降水补给，并含有一定量的地下水，其中以孔隙潜水为主。

一般情况下，在天然砂和卵石土层覆盖条件下，其有效厚度仅有2~4m。而在自然状况下，这些孔隙潜水厚度可达20-40m左右。在一些河流阶地（V级阶地上）卵石土层中，由于自然状况的差异、开采历史和地质构造等原因也存在着不同程度的孔隙水。

在这种情况下，地下水中所含的孔隙潜水可以认为是不连续的。当这些孔隙水存在于隧道工程时，不仅会影响隧道内的正常施工，而且还会造成隧道内水土流失、地面沉降等工程问题。这是因为隧道开挖过程中会不可避免地引起地层移动，并使地下水与地表水之间产生水力联系。因此，在盾构施工过程中，必须特别注意防止水和空气的进入。此外，位于河谷地带或河流阶地上的卵石土层中孔隙潜水与地下水相通（即地下水可由河流补给），这是由于河流中大量的泥沙和其他物质在水力作用下沉积而形成的。

3 地铁建设的施工方法

3.1 明挖法

明挖法可适用于不同的地层类型，其施工方法包括以下几个步骤：开挖基坑（沟）→安装基坑支护架→制作支护模板并浇筑混凝土→安装支撑架→支护模板并浇筑混凝土→安装支护架并浇筑混凝土及支护顶盖模板、喷浆、养护→拆除支护架并浇筑混凝土。暗挖法一般用于砂土或者粘土层，其开挖面较小，且具有一定的支护作用。暗挖法的主要施工程序如下：首先是开挖基坑（沟）；其次是制作支护支架（包括钢管桩、混凝土支撑、喷浆等）；最后是进行支撑顶盖和支护。

一般先进行地下管线的迁改，再进行基坑（沟）的开挖。在施工中，还可以根据实际情况采取支撑顶盖、喷浆等施工措施。在地铁建设中通常采用暗挖法，是因为其技术成熟且能够保证施工安全且对环境影响较小。对于盾构机而言，采用暗挖法施工，可以减少对地面结构和环境的影响。暗挖法施工时，在盾构推进前要对地表进行预处理；明挖法与盾构法施工相比，其开挖面较小且具有一定的支护作用。

3.2 盖挖法

盖挖法是一种在基坑的上方或侧面修筑临时道路以进行地下结构施工的方法。其基本结构形式是由一个或多个竖向支撑（如钢管桩）和一个或多个水平支撑（如混凝土板，钢桁架或钢筋混凝土梁）组成。盖挖法基础的施工，其工程造价较高，但其施工工期相对较长；对基坑深度要求较高；在建筑物下方需要对土方开挖进行控制。按其主体结构的施工工序，主要分为盖挖顺作、盖挖逆作、盖挖半逆作。盖挖顺作是盖挖顺作所完成的结构，其主要分为水平支撑和竖向支撑。在具体施工过程中，一般情况下，盖挖顺作比盖挖半逆作的地基承载力要高一些。因此对于地基承载能力较低的地区来说是适用的，但是对于某些地层质量不高的地区就不能使用此种施工方法进行施工了。由于地铁盖挖法施工过程中土方开挖量大，在一定程度上会对周围土层造成影响，因此在盖挖法基础建设工作中需要控制好土方量才能保证施工工作顺利进行。

3.3 盾构法

盾构法是地铁建设的常用方法之一，盾构法在地铁建设中属于隧道施工技术。盾构施工法是利用盾构在地下进行施工，既能预防软基开挖面的土沙崩塌，又能保证开挖面的稳定性，又能保证隧道的施工安全。盾构施工技术在隧道开挖、衬砌等方面具有较高的安全性。由于其施工安全、劳动强度低、对地面交通和设备的影响小，因此，盾构施工的全过程可以实现机械化施工。盾构法在地铁建设中主要用于穿越软土地层、隧道埋深较大的地层以及在隧道施工中需要控制隧道的沉降，其施工难度大，而且要求施工技术要有一定的创新能力，以适应施工技术不断发展的要求。

目前盾构施工按照盾构机的设备主要分为两种类型:土压平衡式盾构及泥水平衡式盾构。

3.3.1 土压平衡式盾构机

土压平衡式盾构机(Earth Pressure Balance)，在盾构推进过程中，刀盘旋转切割土壤，将切割的泥土送入土仓，在切割土壤中填满土仓后，盾构机内、外土压达到平衡，使其保持稳定。由于盾构的推进，切割土体对切割面施加压力，螺旋运输机将土室中的土壤排出，使钻头的出土量和刀盘的出土量相等，这样，刀盘和盾构机的土压就能达到平衡，这样就可以进边排土。

地铁中往往会出现大量高含水、高浮石的区域，一方面高富水会导致地下水位高、动水压力大，渗透压力会带走土壤中的结构，增加孔隙和结构材料的丢失，增加沉降量，另一方面，大浮石的强度大、直径大，往往会造成刀盘损坏，频繁更换，有时会导致刀盘卡顿。

3.3.2 泥水平衡盾构机

泥水式盾构机是一种将提高土体流塑性和抗渗性的添加剂等材料，与土舱中的切割土进行搅拌，形成具有良好的流塑性和不渗透特性的泥浆，从而在保证切削面稳定的同时，还能保证切削面的稳定性。由于泥水平衡盾构机需要在地面上进行特殊的泥浆处理，但由于城市地形复杂、建筑物密集、交通繁忙，因此对其进行泥水平衡盾构施工的影响较大。

4 结束语

总而言之，地铁建设是一个庞大的工程，其所面临的地质问题比较复杂。由于受到多方面因素共同影响，在其施工中需要对各种可能存在的地质问题进行科学预测和分析，并通过合理设计施工方案、采取科学而有效的施工方法进行地铁建造，确保地铁建设的整体质量效果能够得到更好实现。本文以A地区地铁建设为例，详细阐述地铁修建所凸显出的工程地质特点以及其对地铁施工造成的影响，并探究与之相适应的施工方法，以确保各项工程能够顺利实施。

参考文献

[1]胡馨,沙萱,陈明芳,菅彤彤.南京都市圈轨道交通工程施工工艺及管理作用[J].黑龙江科学,2021,12(22):151-153.

[2]李振宇.地铁复杂地质条件的施工技术[J].黑龙江科技信息,2013,(05):258.