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浅论地铁建设与地质环境

点击数:18572017-11-07 00:00:00 来源: 广州市地下铁道设计研究院

新闻摘要:原生地质环境影响地铁建设, 地铁建设会产生新的地质环境问题。研究地铁建设与地质环境关系对节省投资, 加快建设进程, 保证地铁和周边设施安全有重要意义。


1 研究地质环境的必要性

“地铁”是地下铁道的简称, 主要是由地下线路、车站、列车及有关辅助设施组成。从英国伦敦修筑世界上第一条地下铁道至今已有一百多年。中国于 1965 年开始修建北京地铁, 继而天津、上海、广州等地相继开始修建地铁。在大城市修建地铁是社会发展的需要, 也是一种发展趋势。

地铁建设在选线, 确定设计方案和施工方法,计算建设成本和建设周期, 以及运营期间的维护等方面都与所处的地质环境有密切的关系; 而地铁在建设过程中和建成后会引起周边地质环境发生变化, 有的地质环境变化会对周边的建筑物、生态环境, 甚至人民生命财产带来危害。

本文的目的是专门提出与地铁建设有关的原生地质环境问题与次生地质环境问题, 并提出有关的意见和建议, 旨在引起各省区地铁科研人员及有关部门的重视, 组织力量系统研究不同省区的各种地质环境问题的形成、发展规律 , 科学、准确的评价标准 ( 国家、地区或行业标准) , 成熟、完善的施工对策, 以利于合理选择线路, 选择设计方案和施工方法 , 节省投资 , 提高工效 ,保证地铁和周边地区安全。

2 影响地铁建设的原生地质环境因素

因各地的自然地理条件、地质构造、岩土发育特征、地铁深度不同, 产生的地质环境问题也不同。如海水入侵只发生在海边且地铁建设深度较大的情况下; 而无灰岩的地区不会发生岩溶塌陷。

与地铁建设有关的原生地质环境问题主要有:

(1)    地震及新构造运动;

(2)    地表物理地质现象: 包括自然产生的岩崩、滑坡及泥石流;

(3)    地热;

(4)    岩石中存在的天然放射性及有害物质;

(5)    地下及地表水体中天然存在的有害元素;

(6)    岩溶、软土、冻土、膨胀土、湿陷性土。

地铁选线除考虑社会需要及人文因素外, 还要考虑避开上述不利地质环境区段。在无法避开这些地段时, 地铁设计就要采用非常有的型式, 譬如地铁线路下有软土, 而软土下不深处有较坚硬基岩,地铁线路可考虑采用高架型式或采用桩上浇筑钢筋混凝土板的“地下桥”型式。如果通过受新构造运动影响的构造带, 除了采用抗震设计外还可考虑适当增加伸缩缝。地铁车站及区间如果遇到不利地质环境也要采用非常规的施工方法, 譬如分块施工、超前支护、二次维护结构等措施。

3 地铁建设产生的次生地质环境问题

地铁施工过程或建成后会对周边的地质环境造成一定的影响, 产生次生的地质环境问题。譬如地铁施工排水作用在浅覆盖岩溶区可能造成地面塌陷、变形, 也会造成地下水资源减少; 还可因排水破坏地下水平衡而诱发轻微地震; 在沿海地带还可因地铁施工排水引起 ( 地下) 海水入侵。掘进过程可引起采空塌陷, 岩溶泥砂溃塌或突水, 这些地质环境的变化可改变生态环境, 影响人民的生存环境。

如果地铁在地面水体下穿过, 地面水可能通过顶部的裂隙倒灌入地铁内。此外地铁施工过程中在穿过断层带或含水层时还可能遭遇断层或含水层突水。这些都会造成人员和设备损失, 拖延工期, 增大投资。

地铁建设产生的次生地质环境问题主要有:

(1) 地铁施工排水疏干引起的:

     地面变形 ( 浅覆盖岩溶区地面塌陷) ;

     地下水资源减少、枯竭;

     地面水倒灌;

     诱发地震;

     施工排水造成的污染;

     海水入侵。

(2) 掘进引起的: 包括岩体失稳、岩崩、滑坡以及岩溶泥砂溃塌。

(3) 施工污染问题: 如生态污染、水资源污染、土壤污染及放射性污染。

(4) 坑道突水: 包括断层突水、含水层突水及局部突水。

(5) 掘进技术条件引起的: 如岩尘爆及各种坑道变形。

4 各勘察阶段地质环境研究工作的要求

研究地质环境必须先作好最基础的环境地质工作。有了可靠的环境地质资料才能比较准确地评价地质环境, 对地质环境的变化作出预测。地质环境研究工作应与勘察阶段相适应, 不同的勘察阶段有不同的要求。

4.1 工程可行性研究勘察阶段要求

收集勘察区及周边土壤、植被、水文、气象、工农业发展情况等背景资料及区域地震和新构造运动资料; 调查了解区内及周边现已存在的自然和人类生产活动引起的不良地质现象及其分布位置; 收集地下水水质, 已施工地下工程排水对水资源的影响状况, 有无地温异常, 有无天然放射性污染及其他有害矿体存在等资料。这次收集的资料, 经过初步研究后对地质环境的概略评估应在勘察报告中反映出来。

4.2 初步勘察阶段要求

初步研究勘察区及周边的地质环境, 并初步确定其地质环境的状况及级别。有条件时, 可对某些突出的地质环境问题作进一步研究, 甚至动用专门的工作量。勘察报告应对地质环境做初步评估。

4.3 详细勘察阶段要求

研究地震、新构造运动对区域稳定性的影响,查明区内自然的及人类生产活动引起的各种不良地质现象的发生机理、发展变化趋势及对地铁建设可能带来的危害程度。查明以往地下工程排水疏干引起地下水位的动态变化及由此引起的地下水资源减少、枯竭, 地表水倒灌, 岩溶塌陷, 诱发地震, 海水入侵等问题, 对突出的地质环境问题的防范、治理提出建议, 为地铁建设方案的选择提供地质环境方面的依据。

4.4 不同地区研究重点

由于各研究区所处的地质环境有差异, 因而环境地质工作的重点也不同。在断裂发育地区, 特别要注意了解新构造活动的情况。在浅覆盖岩溶区,则要注意排水疏干引起的地面塌陷问题。沿海地区则要重点研究海水入侵问题。干旱区则要注意研究施工排水可能破坏水资源平衡而产生的河水断流,井泉干涸, 草木枯死等生态环境恶化问题。对已建地铁区, 要在全面研究区内及周边地质环境的基础上, 重点研究可能恶化的地质环境问题。在计划建地铁区要预测地铁线路及周边地区在建设地铁过程及建成后可能引起的地质环境的变化。

5 地质环境研究方法探讨

5.1 地铁建设地质环境研究现状

虽然现在在某些大城市和大型工业基地的生态环境质量评价已由定性评价发展到了定量评价, 但目前我国还没有一套完整的关于地铁建设的地质环境评价方法和标准; 因此地铁建设勘察阶段目前还不可能搞定量综合评价, 而只能搞定性综合评价。但可以搞某些单项要素的环境质量定量评价, :地面水、地下水、土壤等的定量评价, 因为这些要素的质量要求已有统一的国家标准或地方标准。

5.2 地铁建设地质环境研究方法雏议

地铁建设地质环境质量评价目前无一套成熟的方法, 笔者认为地铁建设地质环境质量评价应注意以下三个方面:

(1) 把研究区的地质环境作为一个环境体系来看待。

(2) 突出研究一个或几个对地铁建设的选线、

设计方案及施工方法有重大影响的地质环境问题。

(3) 把评价与地铁选线、设计方案及施工方法以及地质环境问题防治对策研究联系起来。

5.3 地质环境状况分级和判别方法探讨

地铁建设的地质环境状况应分级, 可分为良好、中等、不良三个等级。

地质环境状况的优劣取决于多个环境要素的综合作用, 因此单个环境要素也要分级。在同一区各种地质环境要素的好坏不可能都属于同一级别。因此地质环境状况判断可采用下列方法:

(1) 综合分析判定。先查明研究区内存在的各种地质环境问题, 并作好单项评级, 再根据它们对地质环境的影响程度和影响面来判定。如果存在的大部分地质环境问题属中等级别, 而其余不良级的地质环境问题都不属主要问题且影响面小, 那么研究区地质环境状况应定为中等。如果研究区内只存在少数影响地质环境的问题且影响面小, 那么该区地质环境可定为良好。这种方法一般用于无突出地质环境问题的地区。关键是做好综合分析。

(2) 就低不就高原则。如果研究区一部分地质环境问题属良好的级别, 而另一部分属不良级别的问题影响面较大, 甚至是全区性的, 那么该区的地质环境状况应定为不良级别。

(3) 最小限制因素原则。如果研究区大部分地质环境问题属良好级别, 仅个别问题属不良级别, 但这个问题足以影响地铁的选线, 设计方案、施工方法, 那么该区地质环境状况应定为不良级别。譬如某个研究区各种影响地质环境的问题都属中等或良好, 但在抽水试验时, 浅覆盖岩溶区发生了地面塌陷, 预断在施工时可能引起大规模地面塌陷, 对地铁选线、设计方案会产生重大影响, 该研究区地质环境状况应定为不良。

6 对制定地铁建设地质环境评价方法及评价标准的建议

制定地铁建设地质环境评价方法及评价标准是一项繁杂的系统工程, 我国南方、北方的自然地理、地质环境差别很大 , 因此需要我国南方、北方的地铁科技人员的共同努力才能完成。建议有关部门统一组织、领导这项工作, 根据各省区地质环境的特点分配不同专项研究课题。每项课题要进行系统地跟踪监测, 研究其发展趋势及对周边环境造成的影响, 收集准确的数据, 提出包括防治对策内容的专项研究报告, 作为制定国家地铁建设地质环境评价方法及评价标准的可靠资料。有关部门汇集这些专项研究成果, 并以这些研究成果资料作为依据, 组织专家制定统一的评价标准 ( 或规范、规程) , 用于指导各省区地铁建

设的环境地质工作。

相信经过共同努力, 地铁建设地质环境研究能形成一门新的分技学科。

7 结束语

(1) 地铁建设在选线、确定设计方案和施工方法、计算建设成本和建设周期以及运营期间的维护等方面都与所处的地质环境有密切的关系。因此比较系统地研究地铁建设与地质环境的关系对合理选线, 选择设计方案和施工方法, 节省投资, 加快建设进程,保证地铁和周边设施安全有着重要的意义。

(2) 原生地质环境影响地铁建设, 地铁建设又会改变地质环境或产生新的地质环境问题, 它们反过来又影响地铁投资成本、建设周期、地铁及周边人民生活和财产安全。

(3) 各勘察阶段要作相应的地质环境方面的工作, 为评价地铁建设区地质环境现状, 预测地质环境变化提供依据。

(4) 在国家尚未制定统一的地铁建设地质环境评价标准之前, 各省区可以根据本省区的特点制定地方性的评价标准和评价方法。


 

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