浅谈贵阳地铁施工中的常见问题及改善措施

来源: 发布时间:2019-08-28 09:02:10

  摘要:作为新二线城市,贵阳市原有城市道路路网交通容量总体有限, 已经不能满足目前应有的交通规模,轨道交通的建设是目前解决城市交通拥堵最好的办法,但是作为典型的“喀斯特”地貌山地城市,贵阳地质结构复杂。本文以贵阳地铁施工中的问题为研究对象,首先对喀斯特地貌下地铁施工中的技术难题进行分析,并在此基础上提出解决办法,为贵阳轨道交通的建设提出一些意见和建议。

  关键字:地铁;喀斯特;隧道

  引言:

  随着我国一二线城市规模的迅速扩展以及拥有私家车人数的不断增加,全国大中城市内部道路面临着越来越大的交通负荷,交通高峰期发生道路拥堵的程度不断恶化。以贵阳为例,作为新二线城市,贵阳市原有城市道路路网交通容量总体有限, 而拥堵类型多呈现为骨架型。贵阳城市交通出行主要依赖于汽车与步行, 非机动车出行比重受城市地形影响而差异极大, 与平原地区城市相比, 贵阳城市路网交通容量更小, 其交通拥堵也更加严重[1]。随着贵阳城市人口的不断增加,目前的城市道路已经不能满足当下城市人口的交通需求,城市需要更强大的公共交通体系来满足人们日常的出行,目前贵阳地铁1号线已经实现全段通车,城市内部的交通压力有所缓解,贵阳也正式步入立体交通时代,但是贵阳地铁1号线在建设过程中遇到了诸多问题,作为典型的“喀斯特”地貌山地城市,贵阳地质结构复杂。与其他城市跨江跨河地铁不同,贵阳处于岩溶地貌带,贵阳轨道交通1号线所经区域60%至70%地段是岩溶发育或强发育地段,地下溶洞和暗河众多。这导致贵阳地铁1号线的施工并不顺利,实际通车时间也比计划时间推迟了较长时间。目前贵阳地铁2号线、3号线也在紧张施工中,在施工中同样需要解决类似于贵阳地铁1号线类似的工程难题,如何克服这些工程难题对于贵阳市城市轨道交通其它路线的规划及施工有着重要的参考意义,也是保证施工安全、费用投入、完成预定工期的重要保障。

  贵阳地铁施工难点:

  1.喀斯特岩溶地层施工存在较大难度

  贵阳地铁所在地层为典型的喀斯特岩溶地层,地质条件较为复杂,由于路线可能穿过存在较多地下水系的区域,隧道在掘进过程中存在着突泥突水风险[2];其次由于喀斯特岩溶地层受到地下水的长期腐蚀,风化程度严重,在岩溶强发育区,施工过程可能会有局部坍塌情况地发生;除此之外,由于施工时所遇到的围岩地质情况与施工前地质的勘测结果存在很大的差异,造成对地质情况认识不清,加之采取不当的施工方法,施工中容易造成隧道的塌方[3,4]。2018年7月18日中午13点35分,贵阳轨道交通2号线一期二桥至浣区间隧道掌子面发生塌陷,造成贵阳市西河河床与隧道贯通,河水流入隧道。2014年8月1日,贵阳市轨道交通一号线土建结构工程施工总承包第十一工作段发生坍塌事故,造成1人死亡,对以上两起事故的原因调查表明隧道内围岩的局部破碎及过量变形、岩溶地区的水文地质本身的复杂性与本次事故的发生有一定的关系。

  2.山岭区隧道施工存在的难度较大

  除了喀斯特地貌对贵阳轨道交通建设的影响外,山岭区隧道施工中需要克服的海拔落差也是不得不考虑的问题,以贵阳地铁1号线为例,从观山湖区到主城区落差达220米,且主要集中区域直线距离3.7公里,落差达161米,自然坡度达到44‰,隧道施工地势起伏较大[5],如何实现路线坡度的放缓至关重要;其次隧道开挖过程中易出现与地下管线相距较近的情况;除此之外,山岭区地质情况本身比平原地区更加复杂,施工过程中可能穿越较多地质断裂带及特殊岩土层,部分地区还会存在较大的地应力,深埋长大隧道在穿越复杂地层时, 往往会受到不同角度的层状围岩和构造应力影响[6,7], 使得隧道衬砌结构产生一系列非对称变形和受力现象, 尤其是隧道处在高地应力场时, 隧道局部更容易发生大变形、坍塌等灾害问题[8,9]。

  3.矿山法隧道施工所具备的特点

  贵阳地铁的隧道施工方法以矿山法为主,所谓矿山法,其基本理论依据是,隧道开挖后受爆破影响,造成围岩体破裂形成松弛状态,随时都有可能坍落。鉴于这种松弛荷载理论依据,其施工方法是采取分割式按分部顺序逐块地开挖,并采取边挖边撑的方式保证施工安全,它的支撑相对复杂,对支撑材料的消耗比较多。由于矿山法隧道施工工作面小,不能使用大型的凿岩钻孔设备和装卸运输工具,施工进度慢,建设周期长,机械化程度低,耗用劳力多。由于存在爆破施工的情况,矿山法施工会对地面建筑及地表产生较大扰动,导致民房坍塌及危房的产生以及地表沉降。这种现象在贵阳老城区及棚户区发生的概率要更大,且已经发生过类似事件。

  4.隧道在不同地层段施工的复杂性

  贵阳地铁施工中有时会遇到上层以沉积土或人工回填土为主的软弱土层,下层以砂岩、花岗岩、白云岩等岩石为主的坚硬底层,即上层和下层所穿岩层为不同土层。在该土层进行隧道施工的常见问题是在上软下硬复杂地质条件下,采用矿山法分上下台阶进行施工对地表及地上建筑物的扰动较大,存在较大的坍塌风险。

  5.施工过程的监管及安全文明施工的重视度

  贵阳地铁建设本身技术难度大,施工周期较长,规模庞大,相关部门的协同配合性较强,如果施工过程中遇到相关人员素质不达标、管理制度不完善、安全管理不当、监管存在漏洞,会对地铁施工产生非常负面的影响[10],相关部门在贵阳地铁1号线及2号线出现的工程事故的基础上应该对安全文明施工提出更高的要求。

  改进措施:

  喀斯特岩溶地区隧道施工前必须要做好工程勘查工作及超前地质预报,通过增加勘查断面及勘查点的方式提高工程勘查的精度。除此之外,施工人员应对城市路段的地下管网分布及对周边及地上建筑物的情况做到熟悉,要注意与相关部门协同配合,避免造成对原有市政管线及建筑基础的破坏。

  对于山岭区隧道施工,当需要克服较大高差时,应通过“展线”的方式使得坡度降低到允许的范围之内。

  当隧道穿过特殊岩层时,根据不同的地质情况适时调整施工方案,可以借鉴同类型地质情况及其他城市的隧道施工经验,通过多对比,多参考的方式优化施工方案。例如针对隧道穿过上软下硬地层时,为了能够适应这种上软下硬地层,在保证安全的基础上具有一定的经济效益,隧道工作者可以在PBA工法(柱洞法)的基础上进行改进形成拱盖法[11]。拱盖法对比于PBA工法,它使得岩石地基的承载作用得到了充分发挥,以大拱脚方案取代PBA工法中的边柱和边桩,是解决地铁施工中穿越上软下硬地层这一工程难题很好的方法,适合风化岩石地层浅埋暗挖大跨度地铁车站的施工[2],其基本思想是通过利用下层岩石地基的承载作用,通过修建大拱脚的方式,在先期扣拱的保护下,完成车站主体结构的施工工法。

  当隧道穿过高地应力地区时,应针对高地应力层状围岩隧道建立了二维数值模型[12],以层理角度和地应力方向为研究点,甚至必要时考虑隧道纵向开挖方式及围岩在高地应力下流变效应等因素的影响,对地应力影响下的隧道开挖后的变形进行数值模拟,从而找到比较适合该段隧道开挖的开挖及支护方法。

  结语:

  通过对贵阳轨道交通1号线施工中遇到的问题进行分析及总结,同时借鉴其他城市的地铁施工经验,贵阳地铁隧道施工在应对喀斯特岩溶地层、高落差、高地应力、强风化围岩、不同地层及安全文明施工理念不足及其他突发问题时可以有更好更多的解决办法。通过因地制宜,吸取贵阳地铁1号线施工中的经验,贵阳地铁其他线路的施工在成本、质量、进度控制上可以有更充分的保证,并且对地铁施工过程中的合同管理、信息管理、安全管理也会有更加积极的影响;各组织各部门之间会有更好的协调性,本文对贵阳地铁施工中遇到的难题进行一定的分析,也相应提出了一定的解决方案,但由于知识有限,不足之处还望各位同仁能够指出。

  参考文献

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  [2]常杰. 贵阳地铁复杂地质条件下关键施工技术研究[D].石家庄铁道大学,2017.

  [3]张莹颖.隧道穿越上软下硬地层区的塌方处理方法[J].交通世界,2018(23):89-90+98.

  [4]卢义玉,陈凌云,冯卫强,柴柏龙,周东平.锚喷支护及小导管注浆在隧道塌方段中的应用[J].重庆大学学报,2009,32(05):572-576.

  [5]吴鹏飞. 重庆轨道交通某隧道施工对地下管线的影响及控制研究[D].重庆交通大学,2018.

  [6]李国良,刘志春,朱永全.兰渝铁路高地应力软岩隧道挤压大变形规律及分级标准研究[J].现代隧道技术,2015,52(01):62-68.

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  [9]赵福善.兰渝铁路两水隧道高地应力软岩大变形控制技术[J].隧道建设,2014,34(06):546-553.

  [10]马睿.道路桥梁隧道施工中安全管理的措施[J].交通世界,2018(28):122-123.


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