西安地裂缝三类场地勘察方法在地铁勘察中的应用

张玉玺

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安　710043)

The Application of Xian Ground Fracture Third-class Ground Survey Method in Metro Survey

ZHANG Yu-xi

西安地裂缝三类场地勘察方法在地铁勘察中的应用

张玉玺

(中铁第一勘察设计院集团有限公司，陕西西安710043)

The Application of Xian Ground Fracture Third-class Ground Survey Method in Metro Survey

ZHANG Yu-xi

摘要地裂缝作为一种城市地质灾害对城市工程建设有着较大危害，西安三类场地地裂缝是其中勘察难度较大的一类。以地铁工程中的地裂缝勘察为项目依托，采用多种手段相结合的综合勘察方法，以地层层位变化、土层物理性质差异、地下水位差异作为切入点来系统分析该类地裂缝，发现并判定其位置，为工程建设提供重要依据。

关键词地裂缝地铁工程沉积层土体性质地下水

地裂缝作为西安地区典型的城市地质灾害，对地铁工程建设形成较大的威胁，其中三类场地又是地裂缝场地勘察中难度较大的一类。以西安市地铁六号线勘察为项目背景，对三类场地的地裂缝进行了综合勘察、系统分析。

1三类地裂缝场地概况

1.1　西安地裂缝简述

西安地裂缝是西安市城市建设的主要地质灾害之一，分布广泛、活动剧烈。自上世纪50年代以来，在西安城区发现的地裂缝多达14条，面积达155 km2，与地面沉降范围基本一致。地裂缝发育在临潼-长安断裂的上盘，并与其活动密切相关，所有地裂缝的总体走向均与临潼-长安断裂大致平行。西安地裂缝主体属“正断层型”活动，南盘(上盘)相对下降、北盘(下盘)相对上升，活动方式主要为蠕动，地层错距随地层年代的增加而增加。

据已有地表监测资料，西安地裂缝有垂向位移、水平拉张和水平扭动共3个方向的活动。其中以垂向位移最为强烈，活动速率5～30 mm/a，最大为56 mm/a；水平拉张居中，为2～10 mm/a；水平扭动最小，为1～2 mm/a。

此外，长安区已发现几条地裂缝，由于勘察、研究工作较少，其成因、分布、活动特征等有待进一步研究。

1.2　三类地裂缝场地勘察现状

根据地裂缝场地勘探标志层的不同，西安地裂缝场地可分为三类，对不符合一类、二类场地条件的地裂缝场地都可属三类场地，三类场地标志层为埋藏深度40～80 m的中更新统河湖相地层或60～500 m深度内可连续追索的6个人工地震反射层组。三类场地其标志层埋藏深度大，地表痕迹难以识别，在目前为止的工程建设过程中，对三类地裂缝场地的勘察方法中，虽然进行了很多探索性的尝试，也积累了较多的经验方法，但三类场地的地裂缝勘察仍然是难度较大的工作，还没有较为成熟的经验应用于工程实践。

2三类地裂缝场地勘察方法

2.1　勘察方案

勘察之前，需在充分搜集已有相关地裂缝观测、勘察、研究资料的基础上，制定详尽、可行、有针对性的勘察方案。本项目勘察分两阶段进行，在前一阶段的地裂缝专题勘察中，采用地表调查、物探普查和钻探初步验证的常规勘察方法，初步判定地裂缝的存在、位置和走向。工可阶段的勘察中，需进一步确定其与工程的位置关系及详细发育特征，采用以钻探为主、对比研究、综合分析的方法进行专项勘察。

(1) 勘探场地类型及勘探标志

f③地裂缝穿越地段为皂河一级阶地，地层结构上部为第四系全新统黄土状土及粉质黏土，下部为上更新统及中更新统粉质黏土夹砂层，属三类场地，勘探目的层是埋深40～80 m的中更新统河湖相地层，通过分析河湖相地层的沉积旋回和每一沉积旋回地层的平面分布特征和空间分布差异来判断隐伏地裂缝的准确位置。

(2) 确定地裂缝场地的勘探范围

依据《西安地裂缝场地勘察与工程设计规程》，并结合西安地铁建设经验，确定f③地裂缝影响范围为上盘(南盘)20 m、下盘(北盘)12 m，考虑到初判地裂缝走向与线路走向的夹角，其影响范围长度为50 m。

(3)勘察方案及完成工作量

本次勘察沿地铁方案右线布置了勘探剖面，剖面长度约50 m，钻探孔深80 m，采取先控制、后加密的原则，在发现异常的孔位之间进行加密勘探，使最终的加密孔间距不大于10 m，共完成钻探481.1 m/6孔。

2.2　地质概况

场地位于皂河一级阶地，属冲、洪积地貌，地形起伏不大，地势平坦开阔，地面高程一般为416.0～421.0 m。主要地层为第四系全新统填土、黄土状土、细砂、中粗砂等，厚 10～20 m。上更新统地层为粉质黏土、砂类土等，厚 15～40 m；中更新统地层为粉质黏土及砂类土等，厚度大于 50 m。主要地层特征描述如下。

(1)2-2第四系全新统粉质黏土(Q4al+pl)：黄褐色，平均液性指数IL=0.43，可塑为主，局部夹有软弱层，土质较均，含黑色斑点，偶见姜石或蜗牛壳。

(2)3-3第四系上更新统粉质黏土(Q3al+pl)：颜色较杂，以浅灰色、棕黄色、黄褐色为主，平均液性指数IL=0.34，可塑为主，局部夹软弱层，土质较均，含铁锰质斑点及钙质结核，局部钙质结核富集。

(3)4-3第四系中更新统粉质黏土(Q2al+l)：色杂，以深灰色、青灰色、灰黑色为主，平均液性指数IL=0.20，硬塑为主，土质较均，含铁锰质斑点及零星钙质结核，局部钙质结核富集，典型岩芯可见暗色矿物颗粒。

场地地下水为第四系松散层孔隙潜水，埋深3.7～9.3 m之间，地下水位与季节、气候，地下水赋存、补给及排泄有密切的关系，每年的7～10月为雨季，大气降水丰沛，水位明显抬升，冬季降水减少，地下水位随之下降。

2.3　分析方法

考虑到三类地裂缝场地的特点，勘察中采用多种手段相结合进行勘察，采用的主要分析方法如下。

(1)初步分析地层平面分布特征和空间分布差异

场地中更新统地层埋深于30 m以下，主要为深灰色河湖相成因的粉质黏土，夹有不同粒径、颜色的砂层。地裂缝两侧，该组地层有一定的差异性，局部可发现层位高程差，可作为判定地裂缝位置的重要依据。层位划分主要依据两点，一是同为中更新统的粉质黏土层，通过岩芯可看出呈多期沉积的差异，不同时期水环境下的沉积有明显的不同，颜色可呈现为灰绿、深灰、灰黑等；不同期地层沉积形成时物质来源的差异性，导致其颗粒和矿物也具有差异性，仔细对比同一钻孔不同层位、不同钻孔相近深度岩芯，可找出这种差异性，进而作为划分层位的依据。

(2)地裂缝影响范围岩土物理指标分析

根据已有西安市地铁沿线地裂缝勘察研究成果，一般情况下，地裂缝上下盘侧、变形带内，受蠕动变形挤压等动力作用，土层的物理性质会产生一定的差异性，对比其主要物理指标，常可作为判定地裂缝存在和位置的依据。为此，提高取样和试验精度十分关键，因目的土层埋深大，土层坚硬，采用常规的静压取土的方式难以实施，故钻探过程中，采用三重管套取试样的方法来保证高等级的土试样，同时严格按照土工试验规范和最高标准，保证试验的精度和准确性。根据土工试验成果，f③地裂缝影响范围(主变形区)和正常区主要地层的物理力学指标进行差异性分析比较见表1。

表1　地裂缝主变形区和正常区常规物理指标对比

通过表1对比可以看出，在2-2、3-3土层中，主变形区和正常区部分物理指标有一定的差异性，考虑到场地地下水位较高，主要土层皆位于地下水位以下，变形带土体裂缝趋于闭合，同时受地表水影响减弱，从而使变形带内外岩土物理力学性质差异变小，其物理指标的差异仅作为参考依据之一。

因地裂缝变形带内受蠕动变形挤压等动力作用，土体的物理力学性质会产生差异，含水层土体性质的差异会影响地下水位，故地下水位的差异处，往往揭示着地裂缝的存在，可以作为判断地裂缝位置的重要依据。

2.4　勘察成果

该处为三类场地地裂缝，该地裂缝错断了中更新统湖相地层，错距2～3 m，南盘下降、北盘上升，倾向SE，倾角约80°，走向N68°～73°E；下盘(南盘)地下水位高程413.78 m、上盘(北盘)地下水位高程415.12 m，上、下盘地下水位埋深相差约1.4 m。钻探成果进一步验证了初步勘察的成果，该处地裂缝通过的位置进一步精确化，满足勘探孔间距不大于10 m的精度要求。

3工程措施建议

针对地铁工程和场地地裂缝的特点，提出如下工程措施建议：

(1)地裂缝影响范围段落采用暗挖法施工。同时，根据地裂缝活动特点及影响宽度，在地裂缝带内设沉降缝，预留净空变形量，做好沉降缝处的防水、止水工作；加强结构刚度，预留轨道、接触网调整空间。

(2)采用暗挖施工通过地裂缝带时，须进行施工降水。场地条件不具备外围降水时，应设隔水帷幕进行坑道内降水，同时应采取有效措施防止地下水沿坑道底部的地裂缝涌入。

(3)为避免因地裂缝活动产生的不均匀沉降，或因地下水沿地裂缝渗入隧道内软化地基造成基底可能出现的不均匀沉降，应加强各类支护措施。

(4)地裂缝变形带的土体裂隙多、工程性质相对较差，施工时可能会造成基坑坑壁或隧道局部坍塌，也可能出现沿裂缝带的集中渗水现象，需加强防水、防渗措施。

(5)地裂缝段部分地层可能存在缓慢变形，天然气管道、污水管、下水道等会因地层错动，造成接头处泄漏易燃易爆及有毒气体，施工中必须加强通风和监测，做好应急预案，确保施工和管道等运行的安全。

(6)在地铁施工过程中及今后运营期间应建立长期的变形监测网，对跨越地裂缝的活动速率进行实时监测，确保地铁线路施工及运营的安全。

(7)勘探过程中所确定的地裂缝位置为投影在平面的位置，应在施工过程中地质验槽后，确定地裂缝在洞身的准确位置。

4结论

采用多种勘察手段相结合的综合勘察方法，对于查清三类场地地裂缝的位置和性质是必要和可行的，这其中采用钻探手段查清地层层位的差异性是关键环节，为此需采用针对性的钻探、取样和试验手段。

本次研究只是对西安三类地裂缝场地勘察的一次初步探索，仍然存在以下问题需要进一步研究：

(1)本次针对地铁工程三类场地地裂缝是根据项目进程特点由不同单位分阶段进行的，时间上延续了近一年，此过程中，丰、枯水季地下水位有一定的差异性，会对分析地裂缝两侧地下水位的差异性有一定的干扰。建议对同一地裂缝的勘察研究工作由同一单位完成，并及时、集中开展工作。也可根据工程需要，有针对性的分阶段开展工作并进行对比研究。

(2)可以从地裂缝形成的地质成因作为突破口开展研究，根据地形、地貌，综合分析其形成的内因和外因，再结合工程实际，研究其危害程度。

(3)考虑到三类地裂缝场地勘察的难度，宜在勘察过程开展的同时，结合监测手段相辅助，其成果既可以帮助勘察过程中的研究分析，又可以为识别其活动性提供依据，指导后续的设计与施工。

参考文献

[1]中铁第一勘察设计院.西安市地铁六号线一期工程(南客站～劳动南路)D6KC-1标段初步勘察阶段南客站～侧坡站区间岩土工程勘察报告[R].西安：中铁第一勘察设计院，2013

[2]长安大学工程设计研究院.西安市地铁六号线工可阶段沿线地裂缝勘察报告[R].西安：长安大学工程设计研究院，2013

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中图分类号：P642.26

文献标识码：B

文章编号：1672-7479(2015)01-0065-03

作者简介：张玉玺(1984—)，男，2009年毕业于中国地质大学地质工程专业，工学硕士，工程师。

收稿日期：2014-11-02