太原地铁2号线工程建设面临的主要岩土工程问题分析

太原地铁2号线工程建设面临的主要岩土工程问题分析
焦清杰
【摘要】在综合分析太原地铁2号线建设场地地形地貌、地质构造、地层岩性、水文地质条件的基础上,阐述了太原地铁工程建设中所面临的砂土液化、高地下水位、深基坑开挖与支护等诸多岩土工程问题.通过总结类似工程施工技术和经验,提出了能够有效解决太原地铁工程建设所面临岩土工程问题的施工建议和对策.【期刊名称】《铁道建筑技术》
【年(卷),期】2014(000)001
【总页数】4页(P35-37,40)
【关键词】地铁;岩土工程;砂土液化;深基坑
【作者】焦清杰
【作者单位】中铁第五勘察设计院集团有限公司北京102600
【正文语种】中文
【中图分类】U231.1
1 工程概况
太原地铁2号线南北向贯穿太原市中心城区，线路南起小店南部的北六堡站，沿规划十号路、人民路、太茅路、长治路、解放路、恒山路、新兰路向北，止于北部片区的南寨站。

该线路覆盖了南北向主要客流走廊，形成了一条贯穿南北的快速客运通道，加强了城市主城区和新城区的快速联系，对主城南部地区和新城的开发具
有较强的引导和促进作用，对太原市的城市发展将产生深远的影响。

先期开工的太原地铁2号线一期工程南起小店南站，北至西涧河站，全长24.8 km，均为地下线，共设21座地下车站，其中换乘站5座。

全线车站结构形式结
合周边环境条件和建筑形式，一般为地下两层单柱双跨箱形结构或双柱三跨箱形结构，以明挖顺作法施工为主，局部辅以盖挖法;区间隧道在城区外(起点～人民南路站)采用明挖法施工，在城区地段采用盾构法施工。

2 工程地质特征
根据地铁2号线地质情况，采用综合勘察方法对区域内的地形地貌、地质构造、
地层岩性、水文地质、工程地质特性进行勘察。

方法主要为:(1)收集、利用既有资料;(2)地质调查与调绘;(3)钻探取样;(4)探井探查;(5)地球物理勘探;(6)原位测试:标准贯入、动力触探、旁压试验、K30试验;(7)抽水试验;(8)室内试验(含三轴试验、静
止侧压力系数试验等)。

2.1 地形地貌
太原市东、北、西三面环山，整个地势北部稍高，南部略低，逐渐倾斜，呈簸箕状。

东部山地(太原东山)为太行山支脉系舟山的延续，山势和缓;西部山地(太原西山)为吕梁山西翼云中山的延续，山势稍陡。

汾河自北向南，纵贯全市，太原市位于汾河两畔海拔760～800 m的平原上。

太原地铁2号线位于太原盆地北端，汾河河漫滩及汾河东岸一级阶地区(河漫滩主
要指小店南站至学府街站段和双塔西街至大南门站段，一级阶地主指学府街站至双塔西街站及大南门站以北地段)，地形平坦，北高南低。

地面高程介于769～791 m，由于城市建设，漫滩、Ⅰ级阶地阶面高程变化并不明显，呈渐变趋势。

2.2 地质构造
太原市区地处山西台地背斜中段、鄂尔多斯地块东缘，受祁吕贺“山”字型构造及新华夏系构造的影响，形成具有控制意义的一系列断陷盆地。

太原市位于一系列断
陷盆地中的太原盆地，其总体走向NE，在晋祠以北转为NNE向，长约15 km，
盆地边界受活动断裂控制，内部构造复杂，由7个凹陷、6个凸起共13个次级构造单元组成。

西部的交城凹陷是该盆地最大的次级构造单元，也是盆地的深断陷区。

盆地断陷幅度一般大于2 000 m，最深处位于清徐一带，达3 800 m，盆地东部
新生界断陷幅度仅200～300 m。

2号线位于太原断陷盆地中西部的太原中等凹陷区，该凹陷西界为柴村断裂和交城断裂，东界为新城－亲贤断裂，南界为田庄断裂。

近场区主要分布有24条断裂，按走向分为NE-NNE向、NNW向和近EW向3组，线路自南向北依次通过新城
－亲贤断裂、王家坟地垒南侧断裂、王家坟地垒北侧断裂、迎泽大街断裂、三给地垒南侧断裂、三给地垒北侧断裂等隐伏断裂。

以上断裂最晚活动期为中更新世，可不考虑其对轨道交通工程的影响。

2.3 地层岩性
太原地铁2号线工程涉及的主要地层为第四系全新统、上更新统地层。

第四系全
新统广泛分布于表层，主要有人工填土、粉质黏土、粉土及细砂、中砂、卵石土等，一级阶地该组地层总厚度约15～30 m，漫滩该组地层总厚度约15～25 m;第四系上更新统地层主要有粉质黏土、粉土、细砂等，地层总厚度大于30 m［1］。

2.4 水文地质
2.4.1 地下水类型
太原市轨道交通2号线沿线地下水可分为第四系松散层孔隙潜水和微承压水。

(1)孔隙潜水:含水层为第四系全新统冲积粉土及砂、砾石层。

漫滩区潜水埋深一般2～5 m，Ⅰ级阶地潜水埋深3～7 m，其中涧河以北潜水埋深5～10 m。

(2)微承压水:与线路关系密切的承压水主要为第四系上更新统和全新统冲积成因的
粉土及砂砾石，零星分布，承压性微弱，底板埋深约30～60 m，总厚度约20～40 m，厚度由北向南、从西向东逐渐变薄，富水性由强变弱。

太原市区地下水每年12月至次年1月为枯水期，7～9 月为丰水期，地下水位变
幅0.8～1.4 m。

2.4.2 地下水补给、径流、排泄条件
潜水主要由大气降水和河流侧向补给，排泄方式以人工抽取地下水为主;承压水主
要由地下水侧向补给及潜水的入渗补给为主，排泄方式以人工开采为主。

3 岩土工程分析
3.1 工程地质条件分析与评价
太原地铁2号线工程影响范围内的地层主要有第四系全新统人工填土、饱和的粉土、粉质黏土、饱和的细中砂层、卵石土及以下的上更新统粉质黏土层。

填土成分复杂，厚度变化大，工程性质较差，其下存在饱和的粉土或粉质黏土，对振动和扰动敏感，工程性质稍差，以下的地层工程性质较好，总体分析适宜工程的建设。

在西涧河附近分布有卵石土，该层卵石土母岩成分复杂，软硬不均，卵石分布随机性强，在此地段施工时应充分考虑多种地层、软硬不均对盾构施工的影响，应加强隧道衬砌结构支护措施。

3.2 水文地质条件分析与评价
太原地铁2号线主要走行于第四系孔隙潜水，局部穿行于第一层承压含水岩组中。

地下水埋深浅，含水层厚，渗透系数大，车站基坑施工前须降低地下水位。

基坑降水方案有坑内降水和坑外降水，基坑底部存在相对的隔水层，以粉质黏土为主，若在基坑外降水，粉质黏土失水固结，将可能引起临近地表发生软土沉降，引起临近建(构)筑物的损伤。

因此，基坑降水以采用坑内降水为宜，但需施作侧向止水帷幕，以切断坑内外的水力联系;同时采取有效措施，防止基坑周边的地表水及地下排水
管道漏、渗水进入基坑，必要时应采取适当的回灌措施。

3.3 基坑工程的开挖与支护
基坑开挖应根据支护结构设计、降水要求等确定开挖方案，太原地铁2号线两侧
多有既有建(构)筑物，受现场条件限制，不宜采用强排水的大面积开挖，易采用在支护条件下的开挖，基坑支护可采用钻孔灌注桩加外侧旋喷桩止水，亦可采用止水效果较好的地下连续墙。

钻孔灌注桩是一种目前应用比较广泛的支护形式，其桩体刚度大，控制基坑变形好，施工工艺简单，桩体可以为结构侧墙的一部分加以利用以降低工程造价，但其存在着止水性差的缺点，故当基坑周围土层为饱和的软弱土时，应以刚度大、截水性能好的地下连续墙方案为宜。

而车站明挖出入口等附属结构的基坑因深度较小，可根据各站具体情况采用小直径的钻孔灌注桩或土钉墙、喷锚支护围护。

根据场地的工程地质条件，基坑开挖支护需注意:(1)填土结构松散，土质不均，对基坑边坡稳定不利;(2)饱和的粉土、粉细砂易产生流土、流砂现象，影响基坑安全;(3)软弱的黏性土层易成为滑动面而引起基坑侧壁失稳。

3.4 砂土液化对工程的影响
通过标贯击数、静力触探的贯入阻力等指标对沿线分布的饱和粉土、砂土进行液化判别，判定第四系全新统粉土、砂土均存在液化现象，沿线的液化范围如表1所示。

当液化土层位于地铁结构上部或顶上，从理论上破坏不大，可以不考虑其加固措施;液化土层位于结构下部、斜下部分或下部分侧向位置，需要分析液化地层对结构的作用影响，需采取必要的加固处理措施［2］。

表1 沿线液化土层分布范围?
4 地铁建设中面临的环境地质问题及预防措施
4.1 车站基坑工程
太原地铁2号线车站基坑开挖深度一般大于20 m，地下水位高，基坑降水及抽排地下水时可能产生砂潜蚀进而引起地面和周边建筑物的沉降、变形，可以通过施工前对周围环境状况的详尽调查，有针对性的选择恰当的开挖支护方案和降水措施、
设备，合理布设管井过滤层并严格控制降水井出砂量等措施加以预防。

在城区地段的车站基坑距离既有建筑物较近，施工时需做好地表的监控量测，必要时对基坑周边土层进行注浆加固，确保加固区地表沉降控制在允许范围。

4.2 区间隧道工程
区间隧道盾构施工过程中不可避免造成隧道周围土体的扰动，盾构掘进时压力过大、过小、开挖面失稳、涌水以及注浆不足等势必造成土体扰动剪切破坏直至产生变形，变形传至地面可能引起地面裂缝、地表下沉或隆起，进而影响隧道周围既有建筑物、地下管线的稳定及安全［3］。

太原地铁2号线下穿有城市环路立交桥、既有铁路等对沉降要求敏感的重要建筑物，施工前建议对隧道周围地层采用地面注浆加固。

隧道到达前，加强动态监控量测，必要时采用临时支撑系统支撑隧道上方桥桩附近的桥面，控制合理的推进速度，使盾构均衡匀速施工，减少盾构对土体的扰动。

4.3 修建工程对地下水环境的影响
太原地铁2号线沿线车站、区间隧道主体结构均位于含水层中，工程建成后结构
主体可能对含水层进行拦截，使地下水的过水断面减小，对地下水径流产生一定的阻碍，使局部地段地下水水位可能发生变化。

随着环境条件改变，地下水渗流场自身会作相应的调整，可以使地铁工程建成后不会产生大范围、较大的壅水现象。

同时，对采用明挖法施工修建的车站可以采用在其顶部回填砂卵石，人为增加地下水过水断面的办法，防止大范围、较大壅水的产生［4］。

5 结束语
综上所述，太原地铁2号线工程场地稳定，总体分析适宜工程的建设，但在较高
的地下水位、基坑支护与降水、砂土液化等方面存在诸多的困难和问题，在充分分析太原地铁2号线岩土工程条件的基础上，借鉴和总结国内外相关工程修建的经
验基础上，这些困难和问题均能够得到圆满的解决和控制。

参考文献
［1］中铁第五勘察设计院集团有限公司.太原市轨道交通2号线一期工程初步勘察阶段钟楼街站岩土工程勘察报告［R］.北京:中铁第五勘察设计院集团有限公司.2013:12－18.
［2］易勇进，蒋良文.成都地铁1号线工程建设面临的地质问题及对策［J］.工程地质学报，2006，14(增刊):425－428.
［3］张毅.城市轨道交通线网规划中的岩土工程分析［J］.四川大学学报:工程科学版，2013，45(4):55－60.
［4］成璐.成都地铁1、2号线工程主要水文地质问题分析［D］.成都:成都理工大学，2008，6－9.。