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2013年3月6日下午3時30分許,東莞軌道交通R2線首個大斷面盾構隧道貫通。
2013年3月6日下午,東莞軌道交通R2線首個大斷面盾構隧道貫通後,一名工人從盾構機後面鑽出來,向同事們舉手致意。
短短10個月,莞惠、穗莞深兩條城際軌道東莞境內施工沿線出現11宗安全事故。
相關部門調查後認爲,城軌施工接連發生安全事故,雖然與地質情況複雜有關係,但更重要的是安全監管力度不足。
儘管如此,接連發生的房屋坍塌地面塌陷事件,仍舊讓施工沿線的居民擔憂甚至心生疑竇:在我們看不見的地下深處,東莞的地質構造究竟是什麼樣的?這樣的地質構造究竟適合修建地鐵嗎?地下隧道究竟是如何施工,又會出現哪些風險?
1地下其實很複雜
如果打樁只打在軟土層裏,那就得用混凝土澆灌土層,讓地基底部變得更加堅硬和牢固,普通人自建民房就是如此。但這樣的房子,就像扎進了一塊豆腐裏。只要豆腐安穩,房子就安全。若豆腐經不住風吹草動,房子也就有危險。
東莞西臨珠江口,北部有東江蜿蜒而過。由西而東,東莞遍佈着水鄉、平原、丘陵和山地,地勢由西北向東南逐漸升高。在傳統說法中,東莞被分爲水鄉片、沿海片、莆田片、山區片和城區片,正是依照地表的形態。
這些是我們看得見的東莞地貌。
在我們生活的地面之下又是什麼模樣呢?地面以下的土體、巖體,工程上統稱爲岩土體。粗略而言,東莞從地面往下直到最深處,分別是軟土層、沉積岩、變質岩和火山岩。
與我們日常生活發生關係的主要是軟土層。諸如建地下室、房屋搭建地基、開挖地下隧道等地下施工,主要都在軟土層中進行。
如果顧名思義地把“軟土層”理解成“鬆軟的土壤”,是不準確的——“軟土”或許要比你想象的硬很多。按照專業的說法,軟土是在靜水和緩慢流水環境中沉積,以黏粒爲主並伴有微生物作用的近代沉積物,以淤泥和淤泥質土爲主要類型。
不過,如果是建高樓大廈,往地下打樁,還是得從軟土層一直打到岩石層上,這纔算得穩固。
如果想要偷懶,或是技術有限,打樁就只打在軟土層裏,那就得用混凝土澆灌土層,讓地基底部變得更加堅硬和牢固。一般,普通人建自家民房,就是採用這樣的措施。
這樣的房子,就像扎進了一塊豆腐裏,只要豆腐安穩,房子就安全。若豆腐經不住風吹草動,房子也就有危險。
今年3月7日,莞惠城軌地下隧道施工造成南城周溪的民房發生倒塌和傾斜,就是因爲局部地層受到地下水浸泡而出現鬆軟,從而導致地面房屋基礎鬆動。
在東莞,不同區域分佈的軟土層厚度不一樣。如果有一張東莞岩土體的剖面圖,你會發現,在西部的沿海片和水鄉片,軟土層分佈比較廣泛,厚度也比較深。比如,萬江的軟土層厚度在2.5米至20米不等。越往東,東莞地勢越高,而軟土層的厚度則越淺。
由於軟土的土質相對鬆軟,結構相對複雜,所以一般來說,軟土層越厚的地區,地下施工的技術難度就越高,安全風險也越大。
也就是說,在東莞,工程建設適宜性相對較差的區域,是西部由東江沖積而成的三角洲平原,和臨近珠江口岸的部分沖積平原。東部的丘陵臺地區,工程建設的適宜性較強。
2“甬道”與“穿山甲”
盾構機就像一個穿山甲。其最前端的“嘴”是個大圓盤,工作起來像旋轉的電風扇。每旋轉一圈,“嘴”上的“鋼牙”就不斷將前方的泥土切削下來,並把切削下來的土“吃”進土艙,再傳送至尾部的運輸車運走。
東莞在建和規劃中的市內軌道線路有4條,即R1線、R2線、R3線和R4線。此外,還有莞惠、穗莞深兩條城際軌道過境東莞。這些軌道線路幾乎覆蓋了東莞全境,穿行於地面之上者謂之輕軌,於地面之下者即爲地鐵。
地鐵施工是一項系統性的龐大工程,我們將主要介紹其中兩項關鍵性的基礎技術。
地下隧道施工首先要開挖基坑。爲了保證工程安全,先要完成一項關鍵技術——打連續牆。先由機器挖出牆體外形,再將鋼筋籠放置進去,然後澆築混凝土,這面牆便牢牢地“嵌”入了軟土層中。
連續牆主要是起到支撐和保護的作用,它要形成一個堅固的外殼,防止岩土塌陷。
這就像古時候的甬道。
2000多年前的秦末,秦將章邯與項羽在鉅鹿決戰,用木板在糧倉與駐地之間鋪建起封閉的甬道,以此保障運糧時不被敵軍侵擾。
連續牆也是如此,它把鬆軟的岩土支撐起來,把施工人員保護在牆體裏面。
當然,連續牆也有不安全的地方。由於連續牆是由牆塊拼接而成,並非一次性鑄就,地下水有可能就從牆塊的縫隙滲漏下來。比如,2012年,杭州地鐵1號線發生漏水事故,就是因爲兩塊連續牆的牆塊接駁處存在縫隙。
連續牆打好之後,就可以開挖基坑和隧道了。
目前,地鐵隧道施工技術主要有明挖法、蓋挖法、淺埋暗挖法、礦山法、盾構法等。東莞城軌隧道施工採用的是盾構法,這是當前使用較多、安全程度較高的一種施工方法。
盾構法需要使用盾構機,這是一種隧道掘進的專用工程機械,就像是一個穿山甲。
它最前端的“嘴”是個大圓盤,工作起來像旋轉的電風扇,每旋轉一圈,“嘴”上的“鋼牙”就不斷將前方的泥土切削下來。“穿山甲”不斷向前打洞,切削下來的土被它“吃”進土艙,由傳送帶運到尾部的運輸車,運輸車再將泥土拉到開挖口。
今年3月初,在東莞軌道交通R2線蛤地站,一個直徑達6.7米的大斷面盾構隧道順利貫通,成爲國內地鐵盾構直徑最大的隧道。
不過,在一定的地質環境裏,盾構機械每掘進1米,其出土量是有嚴格指標的。一旦盾構機的出土量出現異常,比如出土量過大,則容易對地表沉降產生影響,出現地表隆起或沉降,嚴重的就會出現地裂或地陷。因此,在地鐵施工過程當中,歷來都特別注意防範坍塌、隧道坍塌和地表沉降等地質災害的發生。
3有些事情無法預見
地下施工的另一個巨大安全隱患是飄忽不定的地下水。地下水行蹤不定,現有技術很難準確摸清其運動規律。一般來說,地下隧道經過鬆散岩土、斷層破碎帶時,尤須防範地下河牀的意外出現。
東莞城軌施工10個月內連發11起安全事故,這不禁引起人們疑問:東莞的地質構造是否適合修建地鐵呢?
其實,普通民衆的這個疑惑,並不是個專業問題。
按照業內的說法,修建地鐵的安全性,關鍵在於工程技術、建設用材和日常管理,而非地質構造的適宜性。也就是說,只要工程技術足夠嚴謹,建設用材質量合格,日常管理足夠規範,地鐵施工完全可以避免出現安全事故。
對於東莞城軌施工連發安全事故,官方的解釋也正是:“施工單位安全意識薄弱,技術管理薄弱,問題排查不及時。”
地下隧道施工之所以對工程技術的嚴謹性有極高的要求,不僅是因爲地下施工的複雜性,更是因爲地下的岩土狀況存在太多的未知因素。
目前,對於地下結構的勘察,一般是依靠鑽孔技術。通過鑽孔設備往地下打樁,然後攜帶出不同深度的各種岩土,通過岩土成分分析地下結構。
這種技術可以勘測出每個鑽孔處的地質狀況,但是鑽孔與鑽孔之間的地質狀況只能依靠推測,這便爲地下施工埋下了未知的因素。如果施工方勘察技術不嚴謹,或是資金投入有限,鑽孔之間的距離相隔太遠,地下的未知因素也就越多。
3月7日,城軌施工緻南城周溪民房倒塌後,施工方就表示,他們每隔25米打一個鑽孔進行勘察,而發生倒塌的房屋恰好位於鑽孔之間的未知地帶。由於施工掘進時沒能根據隧道地質特點,導致隧道產生大量的“瘡疤”。
地下施工的另一個巨大安全隱患是飄忽不定的地下水。
地下水滲透在岩土層的斷裂帶中,行蹤不定,現有技術很難準確摸清地下水的運動規律。地下水的活動常常造成安全事故的意外發生。
一般來說,地下隧道經過鬆散岩土、斷層破碎帶時,尤須防範地下河牀的意外出現。
今年3月1日,莞惠城軌地下隧道施工至大朗大井頭時,施工人員在隧道附近抽水比較嚴重,造成地下水在岩層中出現孔洞,而隨後的施工又未能及時應對,造成該處地表出現塌陷。
名詞解釋
軟土??
軟土一般是指在靜水和緩慢流水環境中沉積,以黏粒爲主並伴有微生物作用的近代沉積物。軟土是一種呈軟塑到流塑狀態,其外觀以灰色爲主的細土粒,如淤泥和淤泥質土、泥炭土和沼澤土,以及其他高壓縮性飽和黏性土、粉土等。其中淤泥和淤泥質土是軟土的主要類型。
盾構法??
盾構法是一種全機械化施工方法,它將盾構機械在地中推進,通過盾構外殼和管片支承四周圍巖防止發生往隧道內的坍塌,同時在開挖面前方用切削裝置進行土體開挖,通過出土機械運出洞外,靠千斤頂在後部加壓頂進,並拼裝預製混凝土管片,形成隧道結構。我國近年來在城市隧道施工中採用此項技術,以替代原來落後的開槽明挖或淺埋暗挖等勞動密集型施工方法。
採寫:南方日報記者李書龍
攝影:南方日報記者胡國球
策劃:南小渭王小飛
特別鳴謝:東莞市國土資源局高級工程師文擁軍