长沙地铁 1 号线环境岩土工程问题及对策
摘 要: 分析了长沙地铁 1 号线工程地质环境特点，探讨了地铁施工引起的主要岩土工程问题，针对几个主要环境岩土工程问题提出了有效的防治对策，以期保证地铁建设及运营安全，保护城市生态环境的平衡。
关键词: 地铁，环境岩土工程，防治对策
0 引言
环境岩土工程主要可归纳为两大类［1］: 第一类是人类与自然环境间的共同作用问题，这类问题通常称为大环境问题; 第二类是人类的生活、生产和工程活动与环境之间共同作用的问题，有关这方面的问题统称为小环境问题。
近年来各城市为改变城市交通结构改善城市的投资环境，以促进城市的建设与发展，纷纷在大力发展地铁工程建设。长沙地铁 1 号线贯穿长沙市南北，岩土工程问题比较复杂，本文就长沙地铁 1 号线涉及到的部分小环境岩土工程问题及防治对策进行了浅析。
1 地铁建设的特点及影响因素
长沙地铁 1 号线沿线岩土工程条件复杂，老城区的基础信息缺乏，周边环境复杂，其施工存在着很大的不确定性和高风险性。
影响 1 号线建设的主要环境岩土工程因素有岩溶、断裂、软弱夹层、厚砂卵石层、局部湖淤积软土层、丰富的地下水，沿线的建筑物及地下建构筑物。
2 地铁 1 号线的主要环境岩土工程问题
2． 1 地质环境特点
1) 地形地貌: 长沙地铁 1 号线基本位于湘江、浏阳河及捞刀河漫滩及阶地地带。
2) 地层: 沿线地层上覆第四系人工堆积层、沉积层和残积层，下伏基岩有第三系泥质粉砂岩、白垩系泥质粉砂岩、泥盆系石灰岩及元古界板岩。
3) 构造: 长沙市位于平( 江) —衡( 阳) 新华夏凹陷带的长—潭凹陷区，平江穹褶断裂和潭宁凹褶断裂两个次级构造单元的接触处。沿线褶皱不发育，岩层基本为平缓的单斜构造，但要穿过三条非全新世断裂: 即张家咀—荣湾镇—新塘湾断裂( F85) 、施家冲—新开铺—磊石塘断裂( F106) 和葫芦坡—金盆岭—炮台子断裂( F101) 。
4) 地下水: 主要有孔隙水、碳酸盐岩岩溶水及基岩裂隙水。孔隙水全线均有分布，含水层主要为第四系砂卵石组成，地下水较丰富，局部略具有弱承压性。碳酸盐岩裂隙岩溶水主要分布于线路中部五一广场附近，为埋藏型碳酸盐岩岩溶水。基岩裂隙水包括陆源碎屑岩裂隙水、浅变质岩裂隙水，分布于全线，主要含水层为第三系、泥盆系、元古界板岩，水量为贫乏 ～ 中等。
2． 2 几个主要的环境岩土工程问题
长沙地铁 1 号施工工法主要为明挖法和盾构法，引起小环境岩土工程问题的主要工程活动为基坑开挖、盾构掘进施工及桩基施工。
1) 深、大基坑开挖引起的环境岩土工程问题: 基坑开挖，大量卸荷，坑边土体难免发生水平向和竖直向的位移。由于地土层的沉降和变形使地表及其周边建筑物产生沉降、开裂和倾斜，地下管线发生侧移、沉降和开裂［2］。
2) 盾构掘进引起的环境岩土工程问题: 盾构掘进时扰动了地层，造成地层损失，引起地面变形。地铁1号线一期工程盾构多穿越地下管网交叉密集区、建筑物密集区，局部紧贴城市立交桥和临近深大基坑掘进施工。盾构掘进可能损坏地下管网管线、影响上部建筑的使用及安全、给立交桥及深大基坑及自身的施工带来安全隐患。
3) 打桩引起的环境岩土工程问题: 由于桩打入土体时排开同体积土，引起桩周土体隆起，桩周土体受到强烈挤压扰动，土体结构被破坏。打桩挤土对周围环境及工程本身造成影响，主要表现在以下几个方面［3］: a． 使临近建筑物或地下管网管线受到损害;b． 使已打入桩上抬、挠曲或折断; c． 在边坡或边坡附近打桩时，桩位常向坡面位移，更严重的会导致边坡失稳; d． 打桩与基坑开挖的相互影响: 打桩去附近开挖基坑时，由于侧卸载，常造成临近基坑围护体系移动; 基坑本身大量卸载，由于桩打入地下，储存着很大的挤土应力释放，工程桩本身会发生位移; 桩周土被扰动以及基坑开挖时应力释放，基坑边坡容易失稳。
4) 对地下水环境的影响: 地下工程建设必然对水环境产生负面影响，降水抽水及止水隔水必然引起地下水流场的变化; 疏排水与地下建筑，减少地下岩土层的储蓄量，降低地下水的调蓄能力; 止水帷幕将会使得迎水面地下水位抬升和背水面地下水位下降; 地下水位的变化，将影响建筑地基承载力，产生地面沉降。穿越岩溶地段，水环境变化还可能诱发岩溶塌陷与建筑破坏。
3 几个主要环境岩土工程问题的防治对策
1) 基坑开挖防治对策:
为减小基坑开挖对周围环境的影响，首先选择合理的支护体系及防渗措施，通过设计解决墙体弹性变位、基坑卸荷回弹、塑性隆起、降水不当引起的管涌及墙外土层固结沉降问题; 第二是注意挖土施工各工序的密切配合，从施工技术、经验和管理上对井点或深井降水带走土砂、墙段接头处土砂漏失、槽壁开挖地层向槽内变形则加以控制，使之降低到最小的允许限度; 第三要建立监测系统，及时发现问题并采取加强措施。可考虑采用刚度比较大的地下连续结构、分层分段开挖并设置支撑、基底土加固、坑外注浆加固、增加围护结构入土深度、墙外帷幕、缩短基坑施工时间等措施以减小基坑开挖产生的地层位移。
2) 盾构施工防治对策:
为减小盾构施工对地面环境的影响，首先要做到精心施工，其次要做好必要的环境保护措施，再次要做好环境监测工作及信息化施工。针对盾构掘进施工的环境岩土问题，应主要通过控制盾构掘进对土体扰动的变形，可采取以下几种措施［4］: a． 加强舱压和排土量控制，对土压平衡盾构而言，控制舱压使与前方自然水土压力平衡，控制排土量和掘进速度，以维护开挖面的稳定，减少前方土体挤压( 欠挖时) 与松动( 超挖时) ，防止前方土体塑性破坏和塌方; b． 控制同步注浆与二次注浆的时间、浆压和浆量，管片脱出盾尾后，及时注浆充填其间的空隙，以减少地层损失及周边土体的卸荷变形，在同步注浆之后进行二次注浆，进一步控制地表沉降; c． 加强隧道轴线纠偏控制，保证盾构掘进中的轴线定位走向与设计轴线尽可能一致，减小盾构纠偏量，从而缓和盾构纠偏对周围土层的剪切挤压扰动，也有利于控制盾尾与管片背间的空隙和地层损失; d． 加强施工应急控制，施工中应急采用“三阶段注浆控制”方法包括预注浆、跟踪注浆和工后注浆; e． 加强盾构的主要设计、施工参数及变形控制参数与控制; f． 针对盾构隧道所邻近的各被保护对象，分别制定能以安全承受不同种类变形位移和差异沉降的诸技术参数。
3) 打桩防治对策:
为减少和防止打桩对周围环境的影响，根据不同的情况可采取不同的措施，通常可采用的环境保护措施有: a． 采用预钻孔取土打桩; b． 合理安排打桩方向; c． 控制打桩速率; d． 设置排水砂井或塑料排水板; e． 挖沟保护。在采取上述保护措施的同时，在施工过程中必须进行现场监测，及时掌握周围被保护建筑物的反应，随时调整打桩流程和速率。
4) 对地下水影响的防治对策:
地铁建设对地下水环境范围是局部的，经过较长的时间后水环境会基本恢复。地铁的运营对水环境的影响则是较大范围的，在时间上有明显的滞后性及积累效应［5］。建设中应尽量采用止隔水措施，慎重选择降水措施，以避免降水引起的地面沉降。为准确的掌握场区地下水动态变化，可建立地下水动态观测系统。对沿线的敏感建筑物进行沉降观测，以便及时的发现并解决问题。
4 结语
长沙地铁 1 号线一期工程的建设是规模较大、工期较长的一项基础设施建设，其在优化城市布局、加快城市建设、改善城市交通状况、促进经济发展等方面发挥着巨大的作用。当前正处于“地铁热”时期，但其建设引起的环境岩土工程不利问题不容忽视，应正确把握好环境补偿原则、工程避让原则、环境保护原则及环境治理原则，应针对不同的环境岩土工程问题采用不同的对策，将地铁建设对环境的影响降低到最低。同时，在建设及以后的运营中，要做到科学设计，严格管理，加强监测，实现信息化施工管理，保证地铁建设及运营的安全，保护城市生态环境的平衡。
参考文献:
［1］ 周 健，吴世明，徐建平． 环境与岩土工程［M］． 北京: 中国建筑工业出版社，2001:2．
［2］ 徐 岩，赵 文，李慎刚． 地铁建设中的环境岩土工程问题分析［J］． 工程勘察，2007( 7) :12．
［3］ 胡中雄． 土力学与环境土工学［M］． 上海: 同济大学出版社，1997: 425-428．
［4］ 孙 钧． 盾构隧道施工的土体扰动及其环境稳定与控制［A］． 第四届海峡两岸都市公共工程学术暨务研讨会论文集［C］． 上海市土木工程学会，1999:314-333．
［5］ 黄家祥，张晓春． 城市地铁工程的地下水问题分析［J］． 岩土工程界，2008( 1) :56．
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