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地下洞穴對(duì)地鐵線路選擇的影響

   2006-04-29 中國(guó)路橋網(wǎng) 佚名 6940
地下洞穴對(duì)地鐵線路選擇的影響摘要:廣州地鐵二號(hào)線北延段三元里至新市段線路擬為地下線,下覆基巖為石灰?guī)r,巖溶洞穴十分發(fā)育。本文介紹了三元里至新市段工程地質(zhì)條件,通過(guò)對(duì)該段石灰?guī)r洞穴分布特征的分析,指出其對(duì)線路敷設(shè)方式、施工及運(yùn)營(yíng)可能產(chǎn)生的影響,并對(duì)下階段的工作提出了建議。關(guān)鍵詞:二號(hào)線北延段三元里至新市段石灰?guī)r洞穴影響1工程概況 廣州地鐵二號(hào)線北延段三元里至新市段線路長(zhǎng)約4km,擬為地下線,沿線設(shè)三元里(已建)、遠(yuǎn)景、白云新城和新市4座車站。線路出新市站后轉(zhuǎn)為高架線。 三元里至新市段沿線環(huán)境條件較為復(fù)雜,從已建成的三元里折返線往北,線路下穿北環(huán)高速公路和機(jī)場(chǎng)路,路段交通非常繁忙;北環(huán)高速公路與機(jī)場(chǎng)路之間長(zhǎng)約300m的線路需穿越房屋、小河涌,過(guò)機(jī)場(chǎng)路后線路進(jìn)入舊白云機(jī)場(chǎng),機(jī)場(chǎng)范圍管線密集,跑道混凝土厚60~80cm。

三元里至新市段原始地貌形態(tài)屬?gòu)V花凹陷沖積盆地,第四系地層以沖洪積砂層、土層及殘坡積堆積為主,基巖地層為石炭系中上統(tǒng)壺天群石灰?guī)r和二迭系下統(tǒng)棲霞組炭質(zhì)灰?guī)r,巖層層面高低起伏,巖溶溶洞、土洞(本文統(tǒng)稱為巖溶洞穴)十分發(fā)育,工程地質(zhì)條件復(fù)雜,對(duì)本段土建工程設(shè)計(jì)和施工的安全性以及對(duì)地面交通運(yùn)營(yíng)、建(構(gòu))筑物的安全保障提出了很高的要求。2工程地質(zhì)條件2.1區(qū)域地質(zhì) 對(duì)照廣州市基巖地質(zhì)圖(圖2),三元里至新市段位于廣從斷裂以西,新市-嘉禾斷裂組以東區(qū)域,南端在三遠(yuǎn)區(qū)間與東西向的三元里斷裂近垂直相交。線路出三元里過(guò)一小段二迭系下統(tǒng)棲霞組炭質(zhì)灰?guī)r后,即進(jìn)入壺天群灰?guī)r分布范圍。從圖中可以看出,遠(yuǎn)景站前后區(qū)間線路與棲霞組灰?guī)r和壺天群灰?guī)r的巖性分界線幾近重疊,在白云新城站后局部經(jīng)過(guò)棲霞組炭質(zhì)灰?guī)r。

實(shí)際勘察揭示的結(jié)果與基巖地質(zhì)圖基本相符,只是在遠(yuǎn)景站前后區(qū)間揭示的是壺天群灰?guī)r,分析原因是基巖地質(zhì)圖存在一定誤差,棲霞組灰?guī)r和壺天群灰?guī)r巖性分界線應(yīng)向西偏移。2.2地層巖性 三元里至新市段沿線穿越的地層由新至老依次為第四系、白堊系上統(tǒng)、二迭系下統(tǒng)及石炭系中上統(tǒng)。 第四系(Q)由人工填土層、河湖相淤泥質(zhì)土層、沖積-洪積砂層及殘積土層組成。白堊系上統(tǒng)大朗山組三元里段(K2d1)主要為含礫粉砂巖、含礫粗砂巖、含礫細(xì)砂巖、泥質(zhì)粉砂巖等,褐紅色,泥質(zhì)、鈣質(zhì)膠結(jié),膠結(jié)程度較好。 二迭系下統(tǒng)棲霞組(P1q)巖性為泥炭質(zhì)灰?guī)r,炭質(zhì)灰?guī)r及深灰色石灰?guī)r,局部裂隙發(fā)育。 石炭系中上統(tǒng)壺天群(C 2+3 ht)巖性為灰色、淺灰色石灰?guī)r,巖質(zhì)堅(jiān)硬,巖溶發(fā)育。3溶洞特征3.1埋深特征 三元里至新市段初勘共揭示到溶洞47個(gè)(圖3、圖4和圖5),均分布在石炭系中上統(tǒng)壺天群石灰?guī)r發(fā)育范圍。其中,溶蝕底板埋深在15~30m范圍內(nèi)的溶洞有45個(gè),約占溶洞總數(shù)的95.7%;溶蝕底板埋深超過(guò)30m的有2個(gè),約占溶洞總數(shù)的4.3%。有18個(gè)溶洞的頂板距巖面1m以內(nèi)。 溶蝕底板埋深超過(guò)30m的2個(gè)溶洞中,一個(gè)位于三遠(yuǎn)區(qū)間環(huán)城高速路北側(cè),溶蝕底板埋深37.5m(圖3),洞高0.7m,無(wú)填充物。另一個(gè)位于新市站范圍(圖5),溶蝕底板埋深41.0m,洞高14.80m,填充物為粉質(zhì)粘土,形成溶蝕深槽。 綜上分析可以看出,本段大部分溶洞發(fā)育的深度較淺,結(jié)合巖面的埋深、起伏情況來(lái)看,溶洞主要分布在巖層表層和上部。深部發(fā)育的溶洞數(shù)量較少且規(guī)模小;局部地段形成溶蝕深槽。3.2洞體高度特征 揭示到的47個(gè)溶洞中,洞體高度小于0.5m的有8個(gè),洞體高度在0.5~1.5m的有30個(gè),洞體高度在2~3m的有7個(gè),另有1個(gè)洞體高度6.5m,發(fā)育在遠(yuǎn)景站附近(圖4),1個(gè)洞體高度14.80m,位于新市站范圍(圖5)。 洞體高度小于1.5m的溶洞共38個(gè),占總數(shù)的80.9%,說(shuō)明本段大部分溶洞洞體高度較小。3.3填充物特征 47個(gè)溶洞中有30個(gè)中填充了流塑~軟塑狀粉質(zhì)粘土,部分夾灰?guī)r碎塊。另有17個(gè)為空洞,除有1個(gè)空洞洞體高度達(dá)2.4m外,其余洞高均小于1.5m。空洞埋深主要為15.0~20.0m,少部分在25.0~28.0m,個(gè)別埋深在37.5m。洞體高度2.4m的空洞底板埋深為17.5m。綜上所述,本段大部分溶洞有填充物,部分溶洞溶蝕形成空洞,空洞洞體小,埋深較淺。4土洞特征 當(dāng)上覆有適宜被沖蝕的土體,下有排泄、儲(chǔ)存沖蝕物的通道和空間,地表水向下滲透或地下水位在巖土交界附近作頻繁升降運(yùn)動(dòng),因水對(duì)土層的潛蝕作用,就形成土洞。初勘揭示了2個(gè)土洞(圖5),分布在白云新城至新市區(qū)間和新市站后。 白云新城至新市區(qū)間土洞所在處為一風(fēng)化深槽,主要由灰?guī)r風(fēng)化殘積而成的可塑~硬塑狀粉質(zhì)粘土組成,殘積層厚23.0m,槽底埋深為37.5m。土洞發(fā)育深度在30.5~37.5m,洞高7m,無(wú)填充物。 新市站后發(fā)育的土洞深度在21.0~26.0m,洞高5m,由流塑狀粉質(zhì)粘土填充。 從勘察揭示的情況來(lái)看,目前本段土洞發(fā)育的數(shù)量少,埋藏較深。但土洞洞體較高,為空洞或被易沖蝕的粉質(zhì)粘土填充,由于地下水的潛蝕作用,土洞存在進(jìn)一步發(fā)展的可能。 另從溶洞的分布特征來(lái)看,有18個(gè)溶洞的頂板距巖面1m以內(nèi),說(shuō)明這18個(gè)溶洞與第四系土層之間只有不到1m厚的巖層,隨著溶蝕程度的加深,這些幾十厘米厚的灰?guī)r或被溶蝕或塌落,隨著溶蝕作用的持續(xù)進(jìn)行,土層亦被溶蝕而成土洞。由此可見(jiàn),三元里至新市段在較大的范圍內(nèi)存在土洞形成的條件和可能。 目前,三元里至新市段隧道及車站均為潛埋(圖3、圖4和圖5),隧道結(jié)構(gòu)底板埋深最深約17m,結(jié)合線路縱斷面來(lái)看,所揭示到的2個(gè)土洞均距隧道底板超過(guò)10m。隧道結(jié)構(gòu)底板之下10m范圍內(nèi)的發(fā)育溶洞有30個(gè),其中,洞體高度小于1.5m的有26個(gè),洞體高度在2~3m的有3個(gè),有1個(gè)洞體高度6.5m。30個(gè)溶洞中有13個(gè)無(wú)填充物,且其中有12個(gè)洞高小于1.5m,1個(gè)洞高為2.4m。綜上分析可以看出,在隧道底板之下10m范圍內(nèi)溶洞較發(fā)育,溶洞洞體高度較小。部分溶洞無(wú)填充物,但洞體高度也較小。5巖溶洞穴的影響5.1對(duì)線路的影響 二號(hào)線北延段位于灰?guī)r分布的范圍,巖溶土洞溶洞十分發(fā)育,從工程地質(zhì)條件來(lái)看,本段線路采用地下線敷設(shè)方式的地質(zhì)適應(yīng)性較差,較宜于采用地面線或高架線。對(duì)于地下線而言,由于大部分范圍發(fā)育的土層較厚,線路可選擇淺埋,從土層中穿過(guò),盡量避開(kāi)巖溶洞穴或使得隧道結(jié)構(gòu)底板與之保持一定的距離。5.2對(duì)施工的影響 三元里至遠(yuǎn)景區(qū)間,受地面條件的制約,線路需采用地下線。從三元里站后至廣園西路北側(cè),線路右線(左線已施工完畢)從白堊系紅層和土層中穿過(guò)。本段長(zhǎng)約125m,可考慮暗挖法施工;自廣園西路北側(cè)至遠(yuǎn)景站,地面分布有民房、河涌,線路同時(shí)下穿機(jī)場(chǎng)路,隧道結(jié)構(gòu)底板基本上在壺天群灰?guī)r巖層、三元里斷裂中穿過(guò)。既有施工經(jīng)驗(yàn)證明,本段巖溶發(fā)育,地下水豐富,采用暗挖法施工存在一定的風(fēng)險(xiǎn),可能造成地面沉陷、隧道突水等事故,而明挖法面臨拆遷房屋、遷改河涌及疏解機(jī)場(chǎng)路交通等問(wèn)題,協(xié)調(diào)量大,費(fèi)用亦較高。本段需進(jìn)行較詳細(xì)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較工作,合理選擇較適宜的工法。 遠(yuǎn)景至新市段,線路位于舊白云機(jī)場(chǎng)范圍,地面平坦開(kāi)闊,隧道結(jié)構(gòu)底板基本在土層穿過(guò),局部(白云新城前后區(qū)間)穿過(guò)巖層,對(duì)于淺埋的隧道而言,本段較適宜采用明挖法。 無(wú)論是采用何種施工方法,對(duì)于巖溶發(fā)育的區(qū)段,在隧道結(jié)構(gòu)底板之下一定深度(10m)、隧道兩側(cè)一定距離范圍的巖溶洞穴需進(jìn)行填充和加固,以確保施工和運(yùn)營(yíng)的安全。5.3對(duì)運(yùn)營(yíng)的影響 從巖溶洞穴的發(fā)育特征及其對(duì)線路、工法的影響來(lái)看,只要采用一定的技術(shù)手段和處理措施,在本段修建地下線是可行的。然而地鐵的主體結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)使用年限為100年,對(duì)巖溶洞穴的處理,不僅要保障施工的安全,更要保證長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)的安全。 在施工過(guò)程中,隧道的挖掘、車站結(jié)構(gòu)的修建可能造成水文地質(zhì)條件變化。巖溶裂隙水賦存條件受巖溶發(fā)育程度、形態(tài)特征、規(guī)模大小以及裂隙充填情況等因素影響,富水性和滲透性及涌水量變化較大。地下水賦存及滲流條件的改變,可能會(huì)加速溶蝕,促使巖溶洞穴進(jìn)一步發(fā)展。 另一方面,三元里至新市段部分巖溶距巖面較淺,加之風(fēng)化深槽較發(fā)育,溶洞的發(fā)展易形成土洞,若土洞未進(jìn)行處理,土洞的發(fā)展將給運(yùn)營(yíng)的安全帶來(lái)重大影響。本段發(fā)育的土洞是運(yùn)營(yíng)安全的一大隱患。 總之,巖溶洞穴的發(fā)育對(duì)線路敷設(shè)方式形成制約,造成工程投資增大,增加施工難度和風(fēng)險(xiǎn),并對(duì)運(yùn)營(yíng)形成隱患。6結(jié)語(yǔ) ⑴地鐵線路的選擇應(yīng)綜合考慮客流、規(guī)劃、城市周邊環(huán)境和工程地質(zhì)條件。二號(hào)線北延段三元里至新市段為石灰?guī)r分布區(qū),工程地質(zhì)條件復(fù)雜,在本區(qū)段修建地下線路存在較大的工程風(fēng)險(xiǎn),應(yīng)精心設(shè)計(jì),精心施工。 ⑵通過(guò)對(duì)巖溶洞穴的分析表明,采用潛埋線路、明挖工法等手段,可在一定程度上降低工程風(fēng)險(xiǎn)。但三元里至遠(yuǎn)景區(qū)間地面條件復(fù)雜,明挖法協(xié)調(diào)困難,暗挖法風(fēng)險(xiǎn)較大,本區(qū)間是二號(hào)線北延段施工的一個(gè)重點(diǎn)和難點(diǎn)地段。同時(shí),北延段土洞發(fā)育且在較大的范圍內(nèi)存在土洞形成的條件和可能。隧道在土層通過(guò),盡可能地避開(kāi)了溶洞的影響,但土洞的發(fā)育將對(duì)運(yùn)營(yíng)的安全形成隱患。 ⑶在石灰?guī)r地區(qū)需采用多種勘察方法,各種方法相互結(jié)合和驗(yàn)證。在下一階段的工作中,應(yīng)盡快采用物探的手段,進(jìn)一步查明土洞、溶洞的分布范圍、規(guī)模及連通性。 ⑷石灰?guī)r分布范圍地下水的作用至關(guān)重要,應(yīng)加強(qiáng)對(duì)這一地區(qū)地下水分布規(guī)律、埋藏條件、賦存及滲流特征等的研究。【參考文獻(xiàn)】⑴《廣州市軌道交通二、八號(hào)線拆解工程總體設(shè)計(jì)》,廣州市地下鐵道設(shè)計(jì)研究院、鐵道第四勘察設(shè)計(jì)院,(2005.4)⑵《廣州市軌道交通二號(hào)線工程北延段初步勘察階段比選方案巖土工程勘察報(bào)告》,廣州地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司,2005.4⑶《廣州市地下鐵道二號(hào)線首期工程三元里至遠(yuǎn)景區(qū)間詳細(xì)勘察階段巖土工程勘察報(bào)告》,廣州市地下鐵道設(shè)計(jì)研究院、廣東省地質(zhì)物探工程勘察院,2000.4⑷《廣州市地下鐵道二號(hào)線首期工程三元里折返線石灰?guī)r分布段施工階段工程物探勘察報(bào)告》,廣州地質(zhì)勘察基礎(chǔ)工程公司、廣東省地質(zhì)科學(xué)研究所,2001.10⑸《廣州地鐵二號(hào)線首期工程三元里折返線石灰?guī)r分布段物探工程勘察成果檢驗(yàn)報(bào)告》,廣州市地下鐵道設(shè)計(jì)研究院、廣東省重工建筑設(shè)計(jì)院,2001年12月

 
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