探究地铁建设中的环境岩土工程问题

孙程颐+王永强

摘 要：伴随社会经济发展，城市化进程加快，大城市建设理念也随之发展起来，部分城市正逐渐向地下空间进行拓展，将地下空间的开发与利用作为城市建设的重要组成部分，以此来改善人口与环境之间存在的矛盾问题，践行可持续发展。地铁属于地下空间利用的重要项目，且取得良好社会效益，因此受到广泛关注。本文通过工程概况介绍，总结基坑开挖、盾构施工相关的环境岩土工程问题。

关键词：地铁；基坑开挖；盾构施工；环境岩土工程

伴随城市地铁的深入开展，建设过程中除保证施工安全之外，还应确保环境岩土工程安全，由于地铁沿线通常会涉及到城市主干道、商业区等不同规模和形式的建筑，因此对其建设中环境岩土工程相关问题进行分析是十分有必要的。地铁建设涉及到的安全问题与环境岩土工程息息相关，所以应引起重视。

1 工程概况

某城市地铁1号线建设从2006年11月正式施工，横向贯穿城市整个城区，长度共计22.79千米，路线全部属于地下线，地铁整个路线共设置了17个区间、20个车站。线路建设位置位于东部山区与平原相接处，呈东高西低走势，城区内地形相对平坦，扇状平原影响地势。本工程中区间隧道深埋为2-15米、车站深埋5.9-14.7米。工程沿线经过区域地下水存在埋藏深、变幅小等特点，有明显的季节性变化。以二环路地下水埋深度为准，其内为3.92米，其外为3.41米。地下水流向与工程呈大角度相交。

2 基坑开挖相关环境岩土工程问题

2.1 基坑围护结构变形问题

在地铁建设过程中涉及到基坑开挖，因围护结构的土压力主要来自于水平方向，并且在基坑方向上会出现水平位移，在此作用下基坑外部地表出现变形，且变形程度随开挖深度增加而增加，若基坑周边存在不均匀超载的作用，也会使土体出现一定程度的侧向位移，且超载作用增加，其位移幅度也随之增加，持续性地开挖过程也会增加桩体侧向位移。

2.2 基坑坑底隆起变形问题

一般情况下，基坑坑底隆起是在连续墙背面土压作用下软弱粘性土发生的滑动性破坏，如果涉及到上土层、下土层透水性有较大差异的砂性土，则其基地处土质仅有较低的透水性，浮力比土层重量大，也可以导致基底隆起。在本工程中，砂性土为主要地层土体，因此在地铁建设过程中应注意坑底隆起变形问题。

基坑坑底出现隆起变形的原因包括以下内容：第一，由于挖除坑内土体之外，释放了坑底土自重所带的应力，使其向上回弹，进而导致土体蠕变和松弛，产生了基底隆起现象。第二，坑外卸載，在多种因素影响下围护结构出现向内位移，坑底土体则会受到基坑方向上的挤压，进而产生坑底隆起问题。第三，施工管理不充分，在开挖好基坑之后未及时施工，在降雨等因素影响下导致作业面出现大面积积水问题，土体在吸收水分之后发生膨胀，进而产生坑底隆起问题。

2.3 墙外土体固结沉降问题

在基坑围护结构外侧普遍存在不均匀超载问题，因此可导致土体竖向固结，进而出现地表下沉现象，且其沉降量随着超载量增加而增加。利用施工降水达到干燥作业面的效果，使土体工程性质得到有效改善，特别需要注意的是，不论是坑内降水，还是抗外降水，均应对其有效应力进行增加，以降低其孔隙水压力，达到固结沉降土体的目的。由于相比于坑内降水，坑外降水的影响范围比较广、沉降量比较大，因此在允许的条件下，应优先选择坑内降水，使固结沉降量减少。

2.4 管涌与流沙问题

在基坑施工中，管涌与流沙问题的产生主要是因降水引起坑内、坑外水头差，在动水压力影响下出现渗流破坏现象，此类问题通常在砂性地层中多见。如果基坑之下属于疏松砂土土层，且在渗流作用下动水坡度超出砂土动水坡度极限时，则会降低土体稳定性，使土层悬浮。另外在渗流水压力的影响下，土体失去平衡，并从基底土中逐渐流出。如果施工中有严重的流沙问题则会引起地面下沉和基坑塌陷。

管涌问题则是在渗透水流将土层中小颗粒土带走之后，渗流口处出现空洞，并逐渐发展成为水流管道，在已经形成的管道中被带走的泥沙和渗流涌出。管涌现象严重则会松动施工土层，增加土体空隙，使土体强度降低，坑壁将失去稳定性。

2.5 其他问题

除上述问题之外，在地铁建设中还应注意以下问题：第一，由于降水导致的砂土流失、地下连续墙存在砂土流失问题等引起地层损失，进而导致沉降。第二，施工过程中，由于挖面长时间暴露在外、一次性开挖过大面积且未及时支护而导致的土体流失和滑落问题。

3 盾构施工相关环境岩土工程问题

在地铁建设中，与盾构施工相关的环境岩土工程问题，包括盾构需要于市区内穿群桩，同时盾构需要从交叉密集的地下管网中穿越，同一地铁区间内上行线和下行线盾构需要对向或同时掘进。在掘进过程中，盾构机使附近土体初始应力发生改变，土体原本的平衡状态被打破，使得各类管线出现沉降问题，同时土层发生下沉现象，若沉降和下沉的幅度过大则容易导致管线出现变形情况，甚至出现断裂问题，尤其是施工段给排水管线本身已经老化腐蚀，其对变形的抵抗能力相对较弱，一旦出现管线破裂问题，则工作面会有大量水进入，容易引起土体的大范围垮塌，进而影响着施工范围内人员安全和建筑安全等，若未引起注意则将导致严重后果。另外，盾构施工给土体造成剪切力和挤压，缩小了土体空隙，土体在外力作用下更加密实，这很容易引起地表下沉，盾构前方土体在挤压作用下会出现局部隆起现象。还需要注意的使，在进出工作井过程中，盾构需要经常性地降水，以增加土层有效应力，压密土层。因周围土体持续供给，有供水压力产生，进一步增加了土体内应力，进而出现主固结沉降现象。

4 结语

地铁作为城市交通状况得以改善的有效方式，在建设过程中应注意考虑环境岩土工程问题，以尽量降低环境对工程建设的影响，保证建设质量和效率，充分发挥地铁的社会效益。

参考文献

[1]朱国恩.长沙地铁1号线环境岩土工程问题及对策[J].山西建筑，2012（06）.

[2]肖日亮.浅析地铁建设中的环境岩土问题[J].中国新技术新产品，2016（02）.

[3]牟启巍，丁戈.地下工程中的环境岩土工程问题[J].建筑工程技术与设计，2015（32）.

[4]冯国宏.地铁建设中的环境岩土工程问题分析[J].中华民居，2013（09）.

[5]程忻.地铁施工中岩土锚固技术的应用分析[J].中国科技投资，2016（05）.