地裂缝段地铁工程线路设计新方案探究

屈良宽，刘宇航，文德一

[摘要]地铁建设经常会发生线路穿越地裂缝带的情形，而地裂缝的活动又会对地铁施工和建成后运营的安全产生不利的影响。因此，如何确保地铁线路各系统在地裂缝活动下的整体性、稳定性以及运行的安全性是需要重点去研究和探索的问题和难题。在原常规处理地裂缝段地铁工程设计经验的基础上，结合西安地铁六号线工程下穿特殊地裂缝段具体实例分析研究，提出新的线路设计方案，从而总结出一套针对不同地裂缝段更全面更完善的研究策略，将更有效地解决地裂缝对地铁工程的危害。

[关键词]地裂缝； 地铁； 线路设计； 研究策略

[中国分类号]U212.35                               [文献标志码]A

0引言

我国地裂缝主要分布的华北和长江中下游，以汾渭地堑、太行山东麓平原和大别山北路平原为三大地裂缝发育地带。在陕西、山西、河北、河南、山东等省的西安、大同、邯郸、郑州、淄博等地较为普遍，其中以陕西西安的地裂缝最为典型和严重。目前，西安地铁的建设经常会发生线路穿越地裂缝带的情形，而地裂缝的活动又会对地铁施工和建成后运营的安全产生不利的影响。因此，如何确保地铁线路各系统在地裂缝活动下的整体性、稳定性以及运行的安全性，是西安地铁工程建设中除湿陷性、穿越古建筑地基之外，又一需要重点去研究和探索的问题和难题［1］。

1西安地裂缝的基本特征

地裂缝发育具有方向性和延展性，同一区域地裂缝发育方向基本相同［2］；地裂缝灾害具有非对称性、不均一性、渐进性及周期性等特征。西安的地裂缝为在正断层组的基础上发育而来的，在黄土梁洼之间从南到北呈现出有规律性的排列，形状呈条带状带的分布［3］。西安地裂缝共发育14条，在平面上起分布特征主要表现为定向性和似等间距性。在剖面形态上，地裂缝一般呈上宽下窄的楔形状态，向下逐渐收缩变窄［4］。其主体一般向南面倾斜，倾斜角度一般较陡（在70°以上）。主、次级地裂缝在剖面组合形式上具有多样性，一般可以分为3种形状：阶梯状、“y”字型和侧羽式［5］。

西安的地裂缝一般是作正断层式的活动，从其活动的特征上来看，它的上盘相对下盘来看总是产生向下的滑动，其竖向上的差异运动在地表地层中形成一个影响带，该影响带主要由微变形区和主变形区组成，影响带的宽度伴随着地层深度的不断增加而逐渐减小［6］。

2地裂缝对地铁工程的影响

通过长期检测数据分析，地裂缝在水平方向上活动的位移量一般非常小，位移量不会因为时间的增加而出现位移量加大的情况。因此，城市轨道交通工程的建设基本可以忽略地裂缝水平方向上位移带来的影响。

但是，地裂缝在垂直方向上活动的位移量具有随时间增加而加大的特点，由于地裂缝竖向滑动速率非常小，一般不会对地下建构筑的基础产生动力破坏，但会对地下建构筑物基础产生缓慢破坏作用，因此，其对地铁工程的作用等同于地铁工程在静力作用下的变形，静力荷载大小相当于地裂缝上盘地铁重量和上覆土体重量之和［7］。

地裂缝作为一种典型地质灾害，对地铁工程的建设及建成后的运营均有不同程度的危害影响：

（1）地裂缝上、下盘滑动引起隧道结构跟随其错动而变形，从而导致隧道管片开裂等。

（2）地裂缝活动通过隧道管片等传递到轨道上，导致穿越地裂缝段的轨道变形，对列车的运营安全产生极大的威胁。

（3）地裂缝活动引起隧道变形开裂从而导致防水防渗设施损坏，出现洞内漏水渗水，进而影响地铁的运营安全。

3地裂缝段地铁线路常规处理方法

3.1调坡段的设置

为确保地裂缝上、下盘发生较大的竖向位移量后线路的平顺性，经多方案的比选研究，主要通过调整线路纵断面坡度来实现地铁适应地裂缝的变形。一般做法为根据地裂缝竖向上有规律的变形位移，当其上盘发生竖向上的位移量A时，则沿其上盘方向调坡，详见图1。

3.2调坡段及设防段长度

调坡段范围位于上盘的设防段之外；调坡段的长度等于一列车长120 m加上竖曲线切线长的和（约130 m）减去上盘设防段的长度。详见图2［8］。

3.3线路设计注意事项

调整前纵断面、调整后的纵断面设计均要满足规范要求，如：最小坡度、最大坡度、2个竖曲线间的夹直线长度要求等。

4地裂缝段地铁线路新处理方法

为确保地裂缝段发生较大变形后保持地铁工程线路的平顺性，提升地铁工程适应地裂缝竖向位移变形的能力，一般通過调整线路纵断面坡度来实现。其具体做法为：调坡段设置在地裂缝下盘，区间隧道下部空间根据预测的地裂缝最大垂直位移量进行加大，可调式框架板下的垫块高度由地裂缝最大竖向位移量确定。当上盘产生竖向上的位移时，则沿下盘方向调坡（图3）。

调坡段位于下盘，设防段范围之外；调坡段长度B2等于一列车长120 m加竖曲线切线长之和（约130 m）减去下盘设防段长度A1。

5地裂缝段地铁线路设计新方案的实例分析

本次针对西安地铁6号线丈八一路站至科技八路站区间地裂缝，在借鉴以往常规处理方法的设计经验之上，根据地裂缝上、下盘周边环境的复杂性等对其采用本文提出的线路设计新方案。

丈八一路站至科技八路站区间在靠近科技八路站有f8、f7地裂缝，控制性建筑主要有都市之门地下停车场、一品竹园新概念火锅、永阳置业公司、丈八东路立交桥、人行天桥、远期八号线。其中f8地裂缝距离丈八东路立交桥约75 m，丈八东路立交桥位于f8地裂缝上盘，f8与f7地裂缝之间相距约300 m。区间周边环境条件如图4所示。

从图4可知，地裂缝上盘外部施工环境复杂，风险及投资等代价较大，将调坡段由上盘调整至下盘（图5）。

采用新的设计方案后由盾构替代矿山法穿越建筑和立交桥桩基密集段约90 m（双线），由于该段采用了WWS工法注浆，每单延米矿山法土建投资按12万元考虑，调整后的每单延米盾构法土建投资按5万元考虑，因此新的设计方案可将该90 m（双线）工程投资减少约1 260万元，节约工期约5个月，大大降低了前期费用、协调工作量及工程实施风险。

6结束语

在对西安地铁6号线丈八一路站至科技八路站地下区间进行地裂缝综合研究及分析后发现：在地铁工程线路设计时，如果将调坡段范围设置在下盘，则能有效解决暗挖法隧道施工困难的区域，减少矿山法区间隧道施工长度；同时轨道采用“主动沉降”的方式来适应地裂缝沉降，以达到减小地裂缝活动对地铁建设和建成后运营产生不利影响的目的。可见针对地裂缝段地铁工程进行线路设计研究后提出的新方案，无论从风险控制、工程投资、施工工期及后续线路条件预留等方面都有较大优势，大幅降低工程实施难度及风险，创造良好经济效益，可为类似工程提供有利借鉴。

参考文献

［1］魏鹏勃.浅谈西安地裂缝对地铁工程的危害及其防治措施［J］.中国西部科技，2012，11（1）：15-17.

［2］潘懋， 李铁锋. 灾害地质学［M］. 北京：北京大学出版社， 2002.

［3］林康利.西安枢纽南环线地裂缝地区的勘察及选线［J］.山西建筑，2007（14）：298-300.

［4］张结红， 刘洋， 李凯玲，等. 地裂缝环境下马蹄形地铁隧道与土体相互作用的研究［J］. 防灾减灾工程学报， 2011， 31（3）：7.

［5］林康利. 西安地铁二号线沿线地裂缝带的结构及防水措施［J］. 铁道勘察， 2007， 33（4）：3.

［6］黄强兵. 地裂缝对地鐵隧道的影响机制及病害控制研究［D］.西安：长安大学，2009.

［7］李团社.西安地铁穿越地裂缝带线路与轨道工程方案研究［J］.铁道工程学报，2009，26（12）：81-85.

［8］刘尧江. 西安地铁六号线穿越地裂缝设计措施选取与思考［C］// 中国铁道学会铁道工程分会工程地质与路基专业委员会第25届年会暨学术交流会论文集. 中国铁道学会， 2016.