探讨西安地铁建设中对地裂缝危害的防治措施

王大勇

摘 要：地裂缝是多年以来外土建专业人士所认识的对于城市建设发展能够产生较大影响的一种地质灾害。但对于正在大规模修建地铁的西安市来说，面对大规模的地裂缝发育带，且分布范围广，对城市建设者带来了前所未有的挑战。自建国后发现，特别改革开放以来，由于人为原因从而导致地裂缝的加快发育，目前作为西安市主要的地质灾害，对地铁建设工程具有很强的危害性。本文研究介绍地裂缝的成因、在地铁建设中的危害风险及西安地铁五号线对F10地裂缝治理加固。

关键词：地裂缝；西安地铁五号线；危害；治理措施

1、地裂缝的成因

地裂缝是土体、地表岩在外在因素的影响而产生裂缝，在地表形成一道裂缝的地质现象，当这种现象经常发生在人类活动的活动范围，便可成为一种地质灾害。地裂缝成因很多。地质运动、水循环和部分人类生产生活活是其形成的主要原因。在我国，西安市形成的地裂缝数量最多，影响范围较大，目前，西安市区根据地表出露形迹和各种类的勘察手段已经确定的地裂缝有14条。

2、地铁五号线项目工程概况

西安地铁五号线一期工程西起和平村，沿昆明路向東，先后经富源一路、西三环、皂河、汉城南路，至西二环后，线路转向南下穿丰庆公园，经高新四路后折向东，沿友谊路前行，经太白北路、含光路、长安北路、文艺路、雁塔路、太乙路后，沿雁翔路南行，经西影路、岳家寨后，线路转向东沿规划道路前行至长鸣路，上跨雁鸣湖、东三环后至本期工程终点纺织城火车站。根据已有研究记录和现场地面调查及实际勘探成果，查明西安地铁五号线穿过f3、f4、f5、等八条地裂缝和三个分支裂缝，F10地裂缝位于雁翔路南段，北起石羊农庄，沿雁翔路自北向南延伸，至雁翔路加气站处线路改为自西向东延伸至黄渠头村。地面起伏稍大，呈南高北低之势，地面高程介于461.66～479.73m，地貌单元属黄土梁洼。

3、地裂缝对地铁工程危害

地裂缝是西安典型的地质灾害，对地铁工程的施工和安全运营有较大威胁，特别是和地铁相交的地裂缝，会给地铁隧道主体结构带来严重的危害，如与线路小角度斜交时，会造成地铁隧道结构变形破坏不对称，并随着沉降的扩展，首先发生扭转变形，然后发生弯曲和剪切变形破坏。地裂缝对地铁工程的影响主要集中在以下几点：

（1）地裂缝两侧上下盘互相来回错动，因而地铁主体隧道结构伴随地层变形发生结构的开裂或弯曲剪切破坏；

（2）地裂缝带的地质活动通过衬砌影响到隧道内部的轨道线性，导致穿越地裂缝处的轨道产生位移沉降变形，给列车的安全运行造成很大的风险；

（3）地裂缝的运动造成隧道的主体结构开裂或变形缝防水措施的破坏，引起地下水渗灌入隧道，严重威胁列车的安全运行。

（4）地层变形，导致地铁隧道上层管网渗漏开裂，雨污水浸泡整段地层，从而使隧道外层应力增大有坍塌风险，直接影响地铁施工或者开通运营。纵观国内外研究，其成果多为地裂缝的成因机制、区域地质背景以及地表破裂等宏观表象分析，而防治研究方面也多次采用宏观对策进行防治。

4、F10地裂缝治理措施

4.1 隧道通过F10地裂缝的工法

地铁五号线区间隧道穿越F10地裂缝，地裂缝段应采用浅埋暗挖法施工，暗挖段设置一处施工竖井及横通道，施工竖井采用倒挂井壁法施工，横通道采用临时仰拱法施工。区间隧道采用CRD施工，初期支护为钢格栅加喷射混凝土。各洞室均采用台阶法开挖，各导洞纵向开挖时上下导洞错开4～5m，左右导洞应错开4～5m，施工中必须认真组织好各洞室施的施工前后顺序。开挖作业严格遵循“小分块、短台阶、强支护、多循环、快封闭、勤量测”原则。

4.2穿越地裂缝带的隧道衬砌结构分缝原则

根据以往西安地铁1、2、3、4号线的研究成果和经验，斜交条件下地铁分段隧道与地裂缝的平面投影关系，变形缝设置模式和分段长度优化计算模式大致归为以下两种模式：

模式一：对缝设置，及分段隧道中有两段隧道横跨于地裂缝上；

模式二：骑缝设置，分段隧道中仅一段隧道横跨于地裂缝上。

4.3扩大断面预留净空和局部衬砌加强

西安地铁五号线沿线地裂缝在设计使用期内设计值300mm和500mm，为防止地裂缝活动引起隧道变形侵入建筑界限，隧道穿越地裂缝变形区必须扩大断面预留变形量，在特殊情况下隧道的净空和行车时的安全能得以保证。采用复合式衬砌确保结构强度，在地裂缝地段隧道必须预留足够的净空，地裂缝活动后仍能通过改变线路调坡保证线性的平顺和行车的通过性。

4.4分段设缝加柔性接头

隧道分段设缝后，结构应力释放，受力明显减小，但防水压力明显增加，因此接头构造包括结构形式和防水构造，根据前期地铁的研究和经验，分段设缝接头大致可采用以下三种构造形式或设置方案。

（1）可卸式拼装柔性接头设置方案

由于地裂缝活动会导致结构错位而引起防水失效，重点考虑使用可维修、可更换、易于操作的构造形式上，使用可卸式拼装柔性接头具有方便经济、可操作性强的特点，对不同活动级别的地裂缝地段均可使用。其衬砌第一道刚性防水层，二衬可安装中埋式止水带组成第二道防水，内层拼装结构的防水构成第三道防水。

（2）且行止水带+中空弹性止水带+止水带多道柔性接头设置方案

该方案在由中铁第一勘察设计研究院和西北橡胶塑料设计研究院在长安大学课题研究组所提双层衬砌结构柔性接头的基础上提出的它结合进行了多道防水，能起到较好的防水效果。

4.5重难点应对措施

由于地裂缝破碎带难以形成自然拱，开挖时容易发生拱部坍塌、变形过大等事故，因此地裂缝暗挖隧道施工的难点和风险源主要应对措施有：

（1）技术保障：项目部专门成立地裂缝段施工专家小组，聘请地铁设计、施工、科研方面的专家和地质工程专家、西安市从事地裂缝研究和处理专家共同组成科研攻关小组，并对施工过程进行现场指导，借鉴西安地铁其它线路地裂缝施工成功经验统筹安排施工；

（2）超前探测：在施工到地裂缝前，对前方地层进行探测，根据探测到的地形情况对施工方案进行调整；

（3）超前支护：根据设计要求采用管棚进行超前加固，同时配合小导管超前注浆加固地层；

（4）加强监测：项目部成立专项施工监测小组，施工过程中对于地裂缝段的地表、地面建筑物和隧道洞内加密布设监测点，且施工中增加频率。将监测信息反馈给设计和监理单位，及时对监测信息进行分析反馈；

（5）制定详细的应急预案，准备充足的应急物资、设备，根据监测结果对地表建筑物进行有必要的地表注浆加固。

5 结论

地铁穿越地裂缝建设工程治理理措施研究是一个漫长而复杂的过程，其伴随着地质活动难以抗拒，作为工程建设者，如果只加强主体结构的强度、刚度来抵抗地裂缝的活动，是不足以安全穿越地裂缝缝，设计方和施工方应对地裂缝将引发的沉降变形，并将变形量提前考虑在结构尺寸内，这样才能确保主体结构和运营的安全。最终采用的任何方案，都应遵循以防为主，结构适应变形的原则。

参考文献：

[1] 张家明.西安地裂缝研究[M].西安：西北大学出版社，1990.

[2]西安地铁五号线穿越地裂缝带的设防专题研究 （2015.3）

[3]黄强兵.地裂缝对地铁隧道的影响机制及病害控制研究.学位论文 长安大学，2009.6.1 .