摘 要:广州地铁3号线北延段线路经过不同地质单元,地质条件复杂。根据各地质单元的岩土特征,讨论了地铁不同线路和工法将遇到的工程 问题 ,建议了最佳线路形式和工法选择。
关键词:广州地铁3号线;岩土特征;岩溶;高架线;地下线;盾构法
1岩土分区及其特点
按岩土工程地质条件和地貌的不同特点,将轨道 交通 3号线北延段为划分为2个地质单元,即燕塘至磨刀坑段和磨刀坑至新机场段,现将上述2个地质单元的主要特征说明如下:
1.1 燕塘至磨刀坑段(里程ＹＡＫ0+000+ＹＡＫ8+3
50)
1.1.1 地貌特征
本段为低山丘陵地貌,沿线经过剥蚀残丘和山间小盆地,地形起伏较大,地面高差88.97ｍ,线路沿线多为密集民居,办公楼和城市道路等。
(1)第四系土层特征:主要有人工填土、冲积—洪积砂层、土层及淤泥质土层、残积土层,厚度变化较大,层厚4.30～36.00ｍ,软土零星分布,厚度较小,冲积—洪积砂层在南方 医院 至同和一带较发育,地下水较丰富。1.1.3 地下水特征
(1)松散岩类孔隙水:主要赋存在冲积—洪积砂层,砂层分布范围较广,地下水较丰富,砂层综合渗透系数为5～10ｍ/ｄ。
(2)块状基岩裂隙水:主要赋存在花岗岩和变质岩强风化带和中风化带之中,地下水富水性不强,在山沟谷口处,地下水相对较丰富,渗透系数为0.1～0.5ｍ/ｄ。1.1.4 断裂特征
在里程ＹＡＫ8+350和ＹＡＫ8+650分别为广从断裂束,断裂两侧岩性为震旦系变质岩、三叠系小坪组砂页及石炭系石灰岩,线路经过广从断裂地段若采用高架线,断裂对工程 影响 不大。若采用地下线,隧道经过断裂破碎带时,按Ⅰ类围岩支护,并增加止水措施。
1.2磨刀坑至新机场(里程ＹＡＫ8+350～ＹＡＫ30+842.
2
7)
1.2.1 地貌特征1.2.2 岩土分层特征
(2)下伏基岩特征:①在里程ＹＡＫ8+350～700下伏基岩为三叠系炭质页岩、泥岩及砂岩,风化强烈,挟持与广从断裂与震旦系变质岩之间。②在里程ＹＡＫ8+700～ＹＡＫ12+550和ＹＡＫ25+650～ＹＡＫ30+800,为石炭系地层分布范围,岩性主要为灰岩,次为炭质灰岩、炭质页岩、泥岩等。岩面起伏较大,岩溶较发育,地下水丰富,补给来源充沛。③在里程ＹＡＫ12+550～ＹＡＫ25+650为龙归沉积盆地范围,下伏基岩为第三系地层分布地段,岩性较复杂,为一套下粗上细的海陆河湖交互相沉积岩,主要岩性有粉砂质泥岩、钙质泥岩、泥灰岩、石灰岩、砾岩和粗砂岩等。风化程度较强,岩质较软。石灰岩一般呈夹层出现,并发育有溶洞,地下水丰富。
1.2.3 地下水特征
(1)松散岩类孔隙水:主要赋存在冲积—洪积砂层之中,砂层厚度较大,分布范围广,补给条件较好,地下水丰富,砂层综合渗透系数可达10～50ｍ/ｄ。
(2)层状基岩裂隙水:主要赋存在碎屑岩类强风化和中风化带,由于风化裂隙大部分被泥质充填,故其富水性和透水性较弱。
(4)地下水腐蚀性特征:根据水质分析结果,按《岩土工程勘察规范》(ＧＢ50021-200
1)的有关规定制定,地下水对混凝土结构大部分地段无腐蚀性,局部地段有弱腐蚀性,对混凝土结构有弱腐蚀性,对钢结构有弱—中等腐蚀性。
1.2.4 断裂特征
在里程ＹＡＫ8+650为广从断裂分布范围,断裂的上盘为石炭系地层,下盘为三叠系地层。
1.2.5 溶洞特征
主要发育在石炭系和第三系石灰岩地层中,工程勘察阶段有27个钻孔揭露到溶洞,洞高0.20～10.91ｍ,溶洞层数1～6层,大部分溶洞无充物或半充填,地下水丰富。溶洞在宏观上有一定的的 规律 性,在局部地方是无规律的,工程勘察溶洞大部分发育深度较浅,对地铁地下线开挖有较大的影响。
2岩土工程条件评价
2.1燕塘至磨刀坑段
(1)人工填土层分布广泛,主要为杂填土和素填土,欠压实—稍压实,局部可能存在土层滞水。本段轨道交通拟采用地下线,人工填土对区间隧道施工影响甚微,站址采用明挖施工,影响亦较小。
(2)冲积—洪积砂层,本层在南方医院至同和一带较发育, 其它地段零星分布,地下水富水程度中等,砂层对站址基坑施工有较大影响,基坑开挖时,排水可导致基坑周围地面沉降,引起建筑物开裂变形等,对区间隧道矿山法施工影响亦较大,隧道开挖掘进时,可能导致突水、涌砂或坍塌,严重时可坍塌至地表,若采用盾构法施工则影响较小。
(3)冲积—洪积土层,分布较广泛,呈可塑状为主,属弱—微透水层,有一定的承载能力和自稳能力,对隧道和站址基坑施工,影响较小。
(4)冲积—洪积淤泥质土层,零星分布,层度不大,透水性差,易压缩变形,强度较低,自稳能力差。对站址基坑开挖有一定影响,失水时可导致地面沉降。
(5)坡残积层,本层为变质岩和花岗岩风化残积土,厚度大,分布范围广,透水性弱,具遇水易软化、崩解特点,对区间隧道矿山法开挖和站址明挖基坑有较大影响,施工时注意采取排水、防水措施。防止土层泡水、渗水降低土层的强度。
(6)基岩,本段基岩为震旦系变质岩及燕山期花岗岩,全风化带和强风化带已风化成呈土状或半岩半土状,含少量地下水,亦具有遇水软化、崩解特点,对隧道开挖和基坑施工有较大影响,岩石中风化带和微风化带,岩质坚硬,局部裂隙发育,对盾构施工主要考虑是岩石强度对盾构掘进的影响。对矿山法施工,则需进行爆破开挖。
2.2磨刀坑至新机场段
(1)人工填土层:分布广泛,主要为杂填土、素填土,部分地段为耕植土,欠压实—稍压实,局部可能存在土层滞水。本段轨道交通不论采用地面线或地下线,人工填土层对轨道交通施工影响甚微。
(2)冲积—洪积砂层:分布广泛,厚度较大,地下水丰富,补给条件较好,若轨道 交通 采用地下线,则对隧道矿山法施工 影响 甚大,可导致隧道突水、涌砂和坍塌,严重时可坍塌至地表,对盾构法则影响较小,在施工采用注浆加固即可。在明挖段围护结构则应采取止水措施。
(3)冲积—洪积土层:分布广泛,层厚变化较大,为弱—微透水层,有一定的承载能力和自稳能力。对隧道和站址开挖影响较小,若采用高架线,则影响甚微。
(4)冲积—洪积淤泥质土层:零星分布,厚度较薄,透水性差,易压缩变形,强度低,自稳能力差。轨道交通若采用地下线,则对隧道和站址施工有一定影响,失水时可导致地面沉降,若采用高架线,则影响较小。
(5)残积土层:残积土层为碎屑岩风化而成。局部为石灰岩风化而成。厚度变化较大,具有遇水软化、崩解特点,轨道交通若采用地下线,隧道和站址开挖时,应采取排水和防水措施。若采用高架线,则影响较小。
(6)碎屑岩:碎屑岩岩性较为复杂,为石炭系、二叠系、三叠系和第三系地层,岩性主要为泥岩,粉砂质泥岩、钙质泥岩、泥灰岩、炭质页岩、粗砂岩、砾岩等。风化裂隙,节理较发育,在强风化带和中风化带,含地下水,但富水程度较差,软硬夹层较多,为软质岩。本段若采用地下线,不论采用矿山法或盾构法施工,碎屑岩对开挖掘进影响较小,盾构法施工时应注意岩面起伏和软硬夹层变化,防止掘进左右或上下偏离,若采用高架线,则根据桩型要求,桩端座落在连续稳定岩层上即可。
(7)石灰岩:在磨刀坑至太和庄,矮岗至新机场北,石灰岩分布广泛,其中岩溶较发育,地下水丰富,在岩溶发育地段,轨道交通若采用深埋方案,不管是矿山法还是盾构法施工,都存在较大的安全隐患,可导致突水,突泥和盾构机具陷落等事故,若采用高架线,则影响程度较小,可根据桩型要求,桩端座落在连续稳定岩层上即可。
3主要不良地质作用对工程的影响
3.1燕塘至磨刀坑段
(1)本段软土零星分布,厚度不大,埋藏较浅,对深埋隧道施工影响较小,对站址明挖施工有一定影响,可能产生基坑侧壁变形,易产生压缩变形和地面沉降及引起地面建筑物变形。
(2)本段在南方 医院 至同和一带,冲积—洪积砂层分布较广,富水性、透水性较好,对暗挖隧道施工、明挖基坑支护和止水有一定的不利影响。
(3)花岗岩、花岗岩片麻残积土层及其全风化带和强风化带,具遇水易软化、崩解特点,对暗挖隧道和明挖基坑均有一定的不利影响,设计施工时应予注意。
(4)在里程ＹＡＫ6+460范围残积土层中存在球状风化孤石,对桩基施工、盾构隧道施工有较大影响,设计、施工时应予注意。
(5)花岗岩和花岗片麻岩的中风化带和微风化带,岩石强度较高(最大值为147.3ＭＰａ),盾构机掘进时应选择好机型。
3.2磨刀坑至新机场段
(1)本段软土零星分布,厚度不大,若轨道交通采用高架线路,则软土对工程影响甚微,若采用地下线,则软土会引起基坑侧壁变形、地面沉降和建筑物变形。
(2)本段冲积—洪积砂层厚度较大,分布范围广,地下水丰富,若轨道交通采用高架线,则砂层对工程影响较小,若采用地下线,砂层对暗挖隧道、明挖基坑的稳定会产生较大的不利影响,必须做好止水和支护工作。线路选线和工法选择时应予注意。
(3)碎屑岩中的泥岩、粉砂质泥岩、泥炭质页岩、泥质粉砂岩及其风化残积土,具遇水易软化、开挖暴露后易干裂收缩特点,若采用地下线,隧道围岩和基坑边坡容易产生失稳,若采用高架线,则对工程影响较小。
(4)在线路经过石灰岩分布地段,岩溶较为发育,地下水丰富,若采用地下线,不管采用何种工法,均对隧道施工影响较大,设计时应予重视,若采用高架线,则岩溶发育仅对桩基施工有不利影响,但容易处理。
4线路选择和工法建议
4.1燕塘至磨刀坑段
(1)为花岗岩及变质岩分布地段,沿线地面建筑密集,由于受城市规划控制,本段不宜采用高架线路方案,鉴于沿线建筑物情况和城市道路现状,建议采用深埋线路方案,工法采用盾构法。由于中微风化岩面起伏较大和岩石强度较大(最大值为147.3ＭＰａ),盾构施工时应予注意。如果设计采用矿山法施工,则要注意花岗岩及变质岩的残积土层、全风化带及强风化带具遇水软化、崩解特点,做好止水、排水措施。在南方医院至同和一带,冲积—洪积砂层发育,对矿山法施工影响较大,施工时应做好止水及支护措施。选择矿山法施工应充分考虑上述不利条件。
综合考虑本段沿线建筑物密度大,桩基和地下设施较多的情况,建议采用深埋线路方案,工法采用盾构法施工方案。
4.2磨刀坑至新机场段
(1)在里程ＹＡＫ8+350～ＹＡＫ16+800,地面建筑物较少,大部分地段为农田,为石炭系石灰岩和第三系石灰岩分布地段,下伏基岩岩溶较为发育,溶洞发育部位大部分埋藏较深,第四系冲积—洪积砂层厚度较大,分布范围广,地下水丰富,从地质角度出发,若采用地下线,矿山法施工不利因素较多,深埋将遇到岩溶 问题 ,浅埋将遇到砂层富水程度好、稳定性差的问题。若采用盾构法施工,深埋将遇到溶洞,对施工有不利影响。
由于沿线建筑物较少,地下线施工工法亦可考虑浅埋明挖方案。若采用高架线,则不利地质因素较少,只有岩溶对桩基施工有一定影响,但影响程度较小。综合上述 分析 ,建议采用高架方案。
(3)在里程ＹＡＫ25+400～ＹＡＫ30+842(即矮岗至新机场),轨道交通为地下线,其中ＹＡＫ28+074至ＹＡＫ29+806为已完成土建的机场线试验段。本段矮岗至机场试验起点为机场高速公路,在试验终点至新机场北为机场大道。本段为石炭系石灰岩分布地段,下伏基岩岩溶较发育,尤其在机场北一带,发育多层较大的溶洞,岩面标高约-3.77～-0.35,埋深18.40～20.00ｍ,第四系冲积—洪积砂层厚度较大,地下水丰富,砂层与岩面直接接触,砂层孔隙水与岩溶水相互有密切的水力联系。本段设计和规划只能采用地下线,鉴于本段的地质情况和周边环境,隧道开挖宜采用明挖法,隧道浅埋,基坑围护结构采用搅拌桩或旋喷桩止水,并结合井点降水,亦可考虑采用地下连续墙方案。
5结束语
地铁线路工法选择涉及城市交通、商业环境、城市规划发展及地质环境等因素,从岩土工程角度考虑选择地铁的线路和工法,只是其中一种因素,但在地质条件复杂地段,可能是决定因素。所以,在地铁线路及工法选择问题上,首先是要把线路的岩土工程条件查清楚,再结合城市规划等因素进行线路和工法建议。
参考 文献 :[2] 地下铁道、轻轨交通岩土工程勘察规范(ＧＢ50307-19
9
9)[Ｓ].
[3] 广州市轨道交通三号线北延段工可阶段岩土工程勘察报告[Ｒ].广东省地质物探工程勘察院,2005.
