成都地铁工程建设地质灾害类型及其防治措施★

郎少林 马显春

(中铁西南科学研究院有限公司，四川成都 611731)

为缓解成都市城市交通紧张状况，改善城市环境质量，实现城市可持续发展，完善城市人防工程系统，推动和促进成都市经济建设的发展，成都市政府推行“成都市地铁工程”建设。根据2020年建设方案，成都地铁拟建10条线路［1］。目前，成都地铁1号线一期工程于2010年9月投入运营，2号线于2012年9月16日正式开通试运营，处于在建和拟建工程主要有1号线三期工程、2号线东西延长段工程、3号线一期工程、4号线一期工程和7号线工程。根据成都市国土资源管理局编制的《成都市地质灾害易发区图》，成都市域属于地质灾害不易发区，但在工程建设过程中也曾发生过滑坡等地质灾害，如1958年成昆铁路在成都段开挖路堑时发生的狮子山滑坡，虽然规模不大，但却因边治理边滑坡，历时长达两年之久［2］。为此，本文在总结已建地铁工程经验的基础上，结合在建和拟建工程实际，提出成都地铁工程建设可能引发和遭受的地质灾害类型，并提出相应的防治措施，以避免工程建设中地质灾害的发生或减小地质灾害所造成的损失，以期达到防灾减灾的目的。

1 自然地理及地质环境条件

1．1 自然地理

成都市位于四川省的中部、四川盆地西部，辖区地理坐标为:东经 102°54'～104°53'，北纬 30°05'～ 31°26'。东南靠内江、东北连德阳，南面通眉山，西南接雅安，西北与阿坝藏族自治州接壤。现辖10区(锦江、青羊、金牛、武侯、成华、高新、龙泉驿、温江、新都、青白江)、4市(都江堰、彭州、邛崃、崇州)、6县(双流、郫县、大邑、蒲江、新津、金堂)。

1．2 气象与水文

成都市属亚热带湿润气候区，四季分明，气候温和，雨量充沛，夏无酷暑，冬少严寒。多年平均气温16．2℃，极端最高气温38．3℃，极端最低气温 －5．9℃;多年平均降雨量947．0mm，最大日降雨量195．2 mm，降雨主要集中在5月～9月，占全年的84．1%;多年平均蒸发量1 020．5 mm;多年平均相对湿度82%。

成都市主要有沙河、府河、清水河、秀水河、跳蹬河、锦江等地表河流，均属川西平原岷江水系，具丰富的地表径流，河道纵坡一般1‰～8‰，水深一般3 m～4 m，是本地区地下水与地表水之间相互转换的主要途径和渠道。河流流经市区段落已受到人为改造，河床深度、流量以及洪水位等均已受到人为控制。

1．3 地形地貌

成都市地处四川盆地成都平原，区域地貌为成都平原冲洪积扇状平原，次级地貌为冲洪积扇状平原岷江水系一、二级阶地，地形开阔、平坦，地势总体呈西北高东南低，地面高程约480 m～540 m。

1．4 地层岩性

成都地铁工程建设用地地表第四系堆积层广泛分布，表层多为第四系全新统人工填土(Qml4)夹杂砖屑、卵石角砾等覆盖，其下为第四系全新统冲积层(Qal4)粘土、卵砾石土夹粉细砂，上更新统冰水沉积、冲积层(Qfgl+al3)粘土、粉质粘土、粉土、卵石土夹粉细砂及零星漂石，中更新统冰水沉积、冲积层(Qfgl+al2)卵石土夹砂透镜体，下伏基岩为白垩系上统灌口组(K2g)泥岩、泥质砂岩。

1．5 地质构造与区域地壳稳定性

成都平原处于我国新华夏系第三沉降带之川西褶带的西南缘，介于龙门山隆褶带山前江油～灌县区域性断裂和龙泉山褶皱带之间，为一断陷盆地。该断陷盆地内，西部的大邑～彭县～什邡和东部的蒲江～新津～成都～广汉两条隐伏断裂将断陷盆地分为西部边缘构造带、中央凹陷和东部边缘构造带三部分。

成都平原及其周边山地新构造活动是比较强烈的，更新世以来至今一直有构造活动，但在不同地段其活动强度存在差异。根据GB 18306-2001中国地震动数区划图国家标准第1号修改单，成都地铁通过地区抗震设防烈度为7度，地震动峰值加速度为0．10g，地震动反应谱特征周期为 0．45 s。

2 工程地质与水文地质条件

2．1 工程地质条件

成都地铁工程建设用地表层为人工填土、粘性土及卵砾石土夹粉细砂，厚度一般4m～6m，粘性土多属成都粘土(膨胀土)，夹少量灰白色粘土条带，硬塑状，局部可塑状，具弱膨胀性，粘土层裂隙发育且多呈陡倾角;砂土及粉土多为液化土。其下为冲积、冰水沉积砂卵石土，砂呈透镜体状分布，规律性较差，卵石土中含漂石，漂石分布不均，含量一般为60%～90%，单轴极限抗压强度一般为 67 MPa ～120 MPa，个别可达 150 MPa，充填物为砂粒［3，4］。下伏基岩为白垩系上统灌口组泥岩、泥质砂岩，具一定的膨胀性，风化层厚度变化较大，质较软，遇水易软化，基岩埋深差异较大。地铁多穿行于砂卵石层中。地铁工程沿线地下水十分发育，地下水位高，一般为3 m～5 m。砂卵石层强透水，渗透系数K=15 m/d～40 m/d［5］，地下水流速较大。因此，总体上说，成都地铁沿线各岩土层均一性、自稳能力较差，总体工程地质条件较差。

2．2 水文地质条件

根据成都地区区域水文地质资料和已建、在建工程岩土工程勘查资料［3］，按地下水赋存条件，沿线地下水主要有四种类型:赋存于粘土层之上的上层滞水;赋存于粘土中的裂隙水;第四系孔隙潜水;基岩裂隙水。

1)上层滞水。上层滞水主要赋存于粘土层之上的填土层中，大气降水、沟渠和附近居民的生活用水为其主要补给源。水量、水位变化大，且不稳定。2)粘土中的裂隙水。山前台地区分布的粘土层中赋存有少量裂隙水，粘土中裂隙水主要是靠上层滞水或粘土本身的毛细水补给。其水量受季节性变化明显，具有雨季获得补充，积存一定水量，旱季水量逐渐耗失的特点。粘土裂隙水动态变化显著，无稳定水位，难以形成贯通的自由水面。3)第四系孔隙潜水。该层地下水主要分布于二级阶地地区，主要赋存于上更新统(Q3)的砂、卵石土中，水量较丰富，部分地段由于地形和上覆粘性土层控制，具微承压性，含水层有效厚度约为3．2 m～10．1 m。根据成都地区水文地质资料，该层砂、卵石土综合含水层渗透系数K约为10 m/d～20 m/d，为强透水层。4)基岩裂隙水。区内基岩为白垩系上统灌口组(K2g)泥岩、泥质砂岩，地下水主要赋存于基岩风化裂隙中，含水量一般较小，但在岩层较破碎的情况下，常形成局部富水段。根据相关水文地质资料，渗透系数 K 约为0．027 m/d ～2．01 m/d，平均为0．44 m/d，属弱 ～ 中等透水层。成都地区地下水的补给充足，补给源包括岷江河口(NW)方向地下水的侧向径流补给、西郊农灌及纵横交错的渠系渗漏和部分降水补给，以泄流方式向河流排泄是地下水最主要的排泄途径［5］。成都市区地下水的天然动态总体稳定，但在地铁工程建设沿线，由于地下车站等工程大量深基坑排水的影响，地下水动态较为紊乱。

3 地质灾害类型

根据国土资源部《地质灾害危险性评估技术要求(试行)》(国土资发［2004］69号附件一)，地质灾害是指包括自然因素或者人为活动引发的危害人民生命和财产安全的山体崩塌、滑坡、泥石流、地面塌陷、地裂缝、地面沉降等与地质作用有关的灾害。

成都地铁工程建设主要包括地下车站、地下区间隧道、车辆段及出入段线。地下车站主要采用明挖法施工，地下区间隧道主要采用明挖法、矿山法和盾构法施工，其中成都地铁在通过市区的绝大部分区间隧道均采用盾构法施工。

根据成都地铁沿线地层岩性，结合其施工工艺，成都地铁工程建设可能引发和遭受的地质灾害有［6］:

1)地下车站深基坑开挖施工降水以及部分区间隧道暗挖施工引起地面与临近建(构)筑物地基基础沉降;2)地下车站等工程的深基坑开挖引发边坡变形、坍塌、滑移;3)地震或施工震动引起粉土、砂土地层液化。

例 2：“It’s a Cheshire cat,”said the Duchess.“That’s why.Pig!”

3．1 地面与地基基础沉降

成都地铁工程建设地下车站及部分区间隧道采取明挖施工法，基坑开挖施工前需将基坑深度之上富水性较好、透水性较强的第四系孔隙潜水含水层中的水疏干。另外，若部分地段采用暗挖矿山法施工，也必须首先进行施工降水。由此可能出现以下三种不良地质作用:

1)降水井抽水时，若大量出砂，会引起地层结构破坏而造成地面沉降。2)群井抽水将形成大范围降水漏斗。在地下水位降深范围内，含水层孔隙水压力会发生不同程度的降低，土的有效应力增加，从而含水层产生附加固结变形，将引起房屋地基、城区街道地面出现不同程度的沉降。3)区间隧道采用暗挖法施工时，由于砂卵石土为松散、无胶结、无自稳能力的地层，因此也可引起地面出现不同程度的沉降。

由于基坑开挖施工降水以及区间隧道暗挖施工引起地面与地基基础沉降的存在，将不可避免影响区内目前的地形测量标志和测量成果，造成一定程度的危害或不利影响。若变形沉降量过大，则可能造成附近的交通道路排水失效、地下管线扭曲破裂，市政设施以及建筑物倾斜等危害。

3．2 边坡变形、坍塌、滑移

1)边坡变形失稳。成都地铁工程地下车站及部分区间隧道采取明挖施工法，基坑开挖深度一般在15 m～20 m，局部可达30 m左右，基坑开挖范围长、深度大，且沿线楼宇众多、交通繁忙、地下管线密布。在此环境条件下进行深基坑开挖，如果不采取合理的边坡支护措施，边坡易出现变形，甚至坍塌、滑移等边坡失稳的可能。而且，沿线大部分地段上覆0．8 m～7．5 m厚的粘土层，硬塑状，局部可塑状，为弱膨胀土，下伏白垩系灌口组紫红色、褐红色泥岩，为弱膨胀岩;弱膨胀性岩土体遇水软化、崩解，强度急剧降低，其在地下水作用下也易引发边坡变形，甚至坍塌、滑移等边坡失稳的问题。一旦边坡变形量过大引发边坡坍塌、滑移，不仅威胁到工程作业人员与施工设备安全，还将危及附近建筑物、相邻街面道路、车辆行人、市政设施与各类地下管网线的安全和正常使用，造成的危害较大。

已有的工程实践和边坡变形观测结果表明，深基坑在采取合理的支护措施后，可大大地降低基坑失稳的可能性，边坡变形也可控制在允许范围内，不至于对既有建(构)筑物及其他设施的安全和正常使用造成大的影响。

2)滑坡。成都地铁大部分地段上覆0．8 m～7．5 m厚的粘土层，夹少量灰白色粘土条带，硬塑状，局部可塑状，具弱膨胀性。粘土层裂隙发育且多呈陡倾角，这些裂隙破坏了土体的完整性，并成为地下水聚集的场所和渗透的通道;更为重要的是，因水解作用沿裂隙面次生了灰白色粘土条带，灰白色粘土条带的抗剪强度指标远低于正常粘土的抗剪强度指标，成为正常粘土层中的软弱带，劣化了其工程性能。随着粘土吸水膨胀，失水收缩，加剧了裂隙的发育、发展，当人工开挖边坡出现临空面时，在不利条件下，土体往往沿裂隙面灰白色粘土条带产生滑动。

成都地铁沿线虽然存在滑坡发生的条件，但自然地势平缓开阔，所以在自然状态下，滑坡不发育。但沿线部分地下车站、区间隧道顶部以及主体结构位于粘土层中。随着地下车站和区间隧道基坑开挖，会使潜在滑动面(裂隙面)临空，在降雨或地表水等不利条件影响下，可能引发滑坡。结合场地地形条件、地层岩性和分布特点以及基坑开挖深度等情况推断，在地铁工程建设中可能诱发产生的滑坡以小型滑坡为主，危及地铁工程建设以及滑坡范围内的建(构)筑物和市政工程设施的安全和正常使用，造成一定的危害。

3．3 粉土、砂土地层液化

所谓砂土液化，是指饱和砂土或粉土在地震力作用下或在受到强烈振动后，土粒处于悬浮状态，致使土体失去强度而造成地基失效的现象。场地内液化土层多为薄层状或透镜体粉土和砂土，松散～稍密，厚度一般较薄，深度较浅，根据《成都地铁7号线工程可行性研究阶段岩土工程勘察报告》的结论，其液化等级为严重。成都地铁沿线部分地下车站及区间隧道的基础位于卵石土及透镜砂层之上，透镜砂层较为松散，地层液化对路基工程、浅基础工程、基坑开挖和支护影响较大。

4 防治措施建议

4．1 工程措施

根据上述观点，成都地铁工程建设在规划设计和施工过程中，必须加强地质环境保护，尽量减轻人类工程对地质环境的不利影响，尽可能避免引发和加剧地质灾害行为的发生，避免和减少因地质灾害带来的损失。建议按如下工程措施进行防治:

1)对施工降水引发的地面与地基基础沉降，应注意控制降水井出砂量，尤其在砂夹层和砂透镜体较多地段，更应严格控制降水井出砂量，以防止出砂量过大对地层结构产生破坏，从而引起过大的地面与地基基础沉降。施工顺序应先降水、支护，而后再开挖，并应选择适合地层特点的施工方法和施工设备，在通过河流及邻近建筑物基础地段，也可考虑采取对周围地层进行注浆加固处理等措施。2)对深基坑开挖引发的边坡变形、坍塌、滑移等灾害，应采取恰当的基坑支护措施。本工程基坑深度大，周边建(构)筑物密集，适宜采用挡土桩进行边坡支护，必要时还应对桩体采取锚拉措施。对部分基坑深度不大且周边无重要建(构)筑物或尚有一定间距时，也可采用土钉墙(喷锚结构)支护措施。边坡工程应做好降水或地表水的疏排工作，防止边坡土层受水冲刷或浸泡。3)对粉土、砂土地层液化，工程建设中应选择合适的基础持力层，必要时应采取换填或预加固处理措施。

4．2 监测措施

工程建设和运营期间应采取信息化管理，对工程建设可能引发或遭受的地质灾害发灾前期动态信息、发展演变趋势进行系统的监测工作。通过监测结果，适时发出相应的预警，并可有针对性地采取工程措施，以避免地质灾害的发生，达到防灾减灾的目的。

根据对地质灾害的预测评估结果，监测工作除对本地下工程基坑、隧道等进行必要监测外，尚须对既有房屋、重要地下管线、既有地下工程及其外围街面道路进行重点监测。监测主要内容为水平位移、垂直沉降位移、倾斜，以及地下水位、地下水压力、流量等。

5 结语

本文在总结已建地铁工程经验的基础上，结合在建和拟建工程实际，提出成都地铁工程建设可能引发和遭受的地质灾害类型，建议从工程建设开始就采取合理的工程防范措施，并配合必要的监测预警措施，以达到预防、消除或减轻地质灾害造成的危害，确保工程建设期与运营期的安全，避免对城市环境造成不良影响。

在施工过程中，应注重生态工程，以防止水土流失;并应合理选择弃渣场位置，避免引发次生灾害。施工期间，应派专人巡视检查，预报预警地质灾害的发生，做好地质灾害的预防工作。

［1］成都地铁7号线工程可行性研究报告［R］．成都:中铁二院工程集团有限责任公司，2012．

［2］王恭先．滑坡学与滑坡防治技术［M］．北京:中国铁道出版社，2004．

［3］成都地铁7号线工程可行性研究阶段岩土工程勘察报告［R］．成都:中铁二院工程集团有限责任公司，2012．

［4］《工程地质手册》编写委员会．工程地质手册［M］．第4版．北京:中国建筑工业出版社，2007．

［5］徐则民，张倬元，刘汉超，等．成都地铁环境工程地质评价［J］．中国地质灾害与防治学报，2002，13(2):63-69．

［6］成都地铁7号线工程建设用地地质灾害危险性评估报告［R］．成都:中铁西南科学研究院有限公司，2012．

［7］饶天强，石振华．基坑降水手册［M］．北京:中国建筑工业出版社，2006．

［8］李秀珍，孔纪名，王成华，等．地质灾害危险性区划的多态系统可靠性分析方法［J］．灾害学，2009，24(2):1-6．