武汉地铁机场线勘察若干问题探讨

赵 志 达

(中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，湖北 武汉 430064)

武汉地铁机场线勘察若干问题探讨

赵 志 达

(中煤科工集团武汉设计研究院有限公司，湖北 武汉 430064)

通过勘察武汉地铁机场线，对勘察过程中所揭露的若干问题进行了研究，从新构造运动角度对武汉地区长江三级阶地地貌单位界线杂乱无章的成因以及岩溶发育地段盾构区间基础设计要点进行论述，对武汉地区长江三级阶地上第三系与第四系下更新统的划分，新近填土所引起的负摩阻力的确定及各施工工法间衔接等技术难点进行探讨。

地铁机场线，新构造运动，地层划分，负摩阻力，岩溶

1 工程概况

素具“九省通衢”之称的武汉市地处华中腹地，为长江、汉江交汇处。自2012年年底武汉地铁2号线通车后，武汉地铁步入了建设的高峰期。武汉地铁机场线工程起于天河机场T3航站楼，全长19.53 km，设站7座，包含换乘站2座，分别在天河机场站与汉孝城际换乘，宏图大道站与3号，8号线换乘。本文从新构造运动、工程地质、水文地质、岩溶、施工工法的衔接等方面对武汉地铁机场线勘察过程中所揭示的问题进行探讨。

2 地铁勘察中存在的新构造运动影响

武汉地铁机场线沿线地貌根据勘探地层揭露情况可划分为长江一级阶地、二级阶地、三级阶地等地貌单元。拟建区域地貌的形成固然与长江及其支流水系府河的冲洪积有密切联系，但勘察期间发现区内各级地貌高差并未呈现明显的韵律特征。

通过对该现象的地质调查，发现场区内无规律的新地质构造升降运动是内力因素，同时本场地地表土体所长期经受的剥蚀作用是外力因素，两者持久共存叠加，造成了从相对高程角度无法清晰界定地貌单元、地貌单元界线杂乱无章的现状。内力升降与外力剥蚀相结合作用强烈的区域，形成了星罗棋布的沟、塘地貌[1]，规模较大的地表水域为马家湖、府河及黄塘湖，小范围的湖积地层穿插于整体地层之中。相比以往的武汉地铁工程，武汉地铁机场线对勘察及设计工作提出了更高的要求。

3 地铁勘察中存在的地层划分难点

3.1 武汉地铁机场线地层分布特征

第四系覆盖层：武汉地铁机场线上部第四系覆盖层主要按照长江一级阶地、二级阶地、三级阶地进行系统划分。其中一级阶地主要分布于府河及其两岸，上部为淤泥质土，下部为砂和砂砾石交互层，是典型的“二元结构”[2]；二级阶地主要分布于府河南岸至金银潭站，地层由具可塑～硬塑状态的粘性土层及中密～密实状态的砂土层组成；三级阶地主要分布于起点至府河北岸，地层由具可塑～坚硬态的粘性土、粘性土夹碎石层及中密～密实状态的砂土层组成[3]。

基岩层：武汉地铁机场线基岩层由上第三系黏土岩及弱胶结泥质砂岩、白垩—第三系东湖群砂砾岩、泥质粉砂岩，志留系中统纹头组泥岩、三叠系下统大治组灰岩组成。

3.2 地层划分难点

长江一级阶地因其独特的软弱地层构成及分布环境，范围界定相对清晰。但长江二级阶地与长江三级阶地的划分在武汉地区历来存在争议。

武汉地铁机场线基岩上第三系主要为黏土岩与弱胶结泥质砂岩，两者交替互层，无分布规律。长江三级阶地第四系下更新统冲洪积分布的粉细砂夹砾卵石、含砾中粗砂、卵砾石呈中密状态，黏性土呈硬塑～坚硬状态。上述地层与上第三系基岩地层在构成成分、颜色、埋深等方面难以区分，若仅从胶结程度进行划分，导致上第三系基岩面起伏较大。C14同位素法确定地层时代固然可靠，但在长距离地铁建设中此法成本过高。在上述地层中如何兼顾准确揭示地层变化规律与满足盾构穿越及地基基础设计、运营的要求，值得探究新的工作方法及思路。

4 地铁勘察中存在的水文地质条件问题

4.1 武汉地铁机场线水文地质特征

拟建场地地表水主要分布于马家湖、府河、黄塘湖及沿线沟、塘中，接受大气降水、地表径流及人工补给，水位及水量受气候及人工影响明显。地下水几乎涵盖了武汉地区常见的全部地下水类型，按赋存条件，可分为上层滞水、潜水、层间水、孔隙承压水、基岩裂隙水和岩溶裂隙水等六种类型。

4.2 水文地质条件问题

地表水域中马家湖为轻轨跨越，府河、黄塘湖为地下盾构穿越，其中长距离跨越大型水域在武汉地铁建设中尚属首次。马家湖为古云梦泽退缩而形成的残留湖，该湖因武汉天河机场T3航站楼施工取土导致湖底局部地段原有地层缺失严重。武汉地铁施工单位进行基础围堰施工时，对地层缺失地段进行回填处理，回填土因填料成分复杂、湖水长期浸泡且未经碾压等原因，物理力学性质差。该层土在桩侧产生负摩阻力，对于端承桩将产生较大的下拉荷载，桩基承载力设计时应考虑负摩阻力的不利影响。因规范中对填土的中性点深度及桩侧负摩阻力系数并未进行明确说明，上述参数的选取是否符合实际情况值得勘察及设计单位探讨。

5 地铁勘察中存在的岩溶不良地质条件问题

5.1 武汉地铁机场线岩溶发育特征

根据国内岩溶地区工程建设经验，岩溶是一种形态奇特、分布复杂的自然现象，宏观上虽然有发育规律，但在具体场地上，其分布和形态则是无常的。灰岩条带多埋藏于第四系地层之下，某些地段兼有碎屑岩覆埋，岩溶类型为覆盖或埋藏型[4]。拟建场地范围内可溶岩岩溶中等发育～微发育，发育溶洞呈无～全充填状，说明溶洞间连通性一般。拟建区间场地基岩上覆老黏土厚度较大，自稳性较好，一般不会引起地面塌陷。

5.2 岩溶不良地质条件问题

拟建场地局部地段隧道基底位于第四系上更新统冲洪积粉细砂层中，该层下卧层为石炭系白云岩(见图1)。在地铁施工及运营过程中，外力的扰动极易导致粉细砂泄露至充填程度较差的溶洞中，从而引起重大事故。该地段基岩埋深较深，物探探测溶洞分布的可靠性不高，而钻探中的钻孔将形成人为的泄露通道，因此探测该地段岩溶分布情况极为困难。

考虑到该区段施工方式为盾构机暗挖法施工，掘进过程中进行换填处理技术难度极大；采用水泥土搅拌桩或高压喷射注浆等地基处理方法，施工质量控制难度较大。因此在入岩深度及桩间距满足稳定要求的前提下，布置一定数量的钻孔灌注短桩较为可靠，桩顶标高为隧道基底，并加强该区域基础底板的刚度及厚度。钻孔灌注桩施工过程中尤其要注意穿越砂土层时的泥浆护壁质量，避免因桩基施工导致砂土泄露的情况发生。同时基础底板设置观测孔，布置一定数量的监测点，对运营过程中的粉细砂流失情况进行预警。观测孔在应急抢险期间可兼作投石、注浆孔[5]。

6 地铁勘察中存在的施工工法的衔接问题

武汉地铁机场线涵盖填方路基、浅埋暗挖、高架、暗挖隧道法及矿山法、明挖法等多种施工工法。不同工法所选取的基础持力层往往不同，基础刚度也差异较大，造成地基基础的不均匀沉降。差异沉降会造成道床与管片的分离脱空、道床开裂、管片破损，进而导致结构渗漏水、轨道状态恶化、列车动荷载加大等问题，最终将影响地铁的正常使用与行车安全[6]。

国内外对于治理不均匀沉降一般采用劈裂注浆或压密注浆的补偿注浆方法,但注浆效果难以控制且影响运营工作。因此在设计阶段就应针对不均匀沉降采取防治措施，并于各工法过渡地段布置一定数量的监测点尤为重要。

7 结语

武汉地铁机场线兼具铁路隧道、深基坑、高层建筑、城区高架、大型桥梁等项目的岩土工程勘察特点，其工作思路不应局限于一般地铁项目的勘察内容，融会贯通各项目要点及相互联系是提出合理且有针对性的岩土工程建议的前提。场区工程地质条件及水文地质条件复杂，岩溶等不良地质作用较发育，各施工工法间衔接紧密是武汉地铁机场线勘察工作中揭露出来的主要问题。正确认识并妥善处理上述问题是保障武汉地铁机场线安全、稳定运营的关键。

[1] 丁宝田.根据新构造运动及地貌特征试论武汉地区地壳稳定性[J].测绘信息与工程,1985(3):38-41.

[2] 李 英，何忠泽，严桂华，等.武汉二元结构地层基坑降水及其地面沉降研究[J].岩土工程学报，2012(S1)：767-772.

[3] 邓健如，伍维周，秦志能.武汉市第四纪地层的划分[J].湖北大学学报(自然科学版)，1991(2):178-183.

[4] 张三定，马贵生，罗小杰，等.武汉地铁岩溶问题研究方法[J].资源环境与工程，2013(8):426-429.

[5] 周 祥.结合案例对地铁溶洞处理方法的探讨[J].中华民居，2013(3):317-318.

[6] 黄大维，周顺华，宫全美，等.软土地区地铁不同结构间差异沉降特点分析[J].同济大学学报(自然科学版)，2013(1):95-100.

Discussion on several issues about engineering geological investigation of Wuhan airport metro

Zhao Zhida

(WuhanDesign&ResearchInstituteCo.,LtdofChinaCoalTechnology&EngineeringGroup,Wuhan430064,China)

By the engineering geological investigation of Wuhan airport metro, we explored several issues such as new tectonic movement, we analysed the cause of clutter in Changjiang river three-level terrace and the key points of shield foundation design in karst area. We also mentioned several issues such as the partition between N and Q1 in Changjiang river three-level terrace, the negative friction of recent filling and the join of all the construction methods.

airport metro, new tectonic movement, division of layer, negative friction, karst

1009-6825(2015)16-0058-03

2015-03-29

赵志达(1983- )，男，硕士，工程师

U231.1

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