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3.4 地裂缝

3.4.1 特性与评价

1 地裂缝是地表岩、土体在自然或人为因素作用下，产生开裂，并在地面形成一定长度和宽度的裂缝的一种地质现象。
2 地裂缝变形带的物理力学性质相对较差，主要是由于变形带内裂缝及裂隙增多，并使地表水下渗所致。一般情况下，地表 10m 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。变形带附近土层较差的物理力学性质给城市轨道交通工程带来较大的困难。
3 根据地裂缝场地勘探标志层的不同，地裂缝场地可分为一、二、三类，如表 3.4.1 所
示。

表 3.4.1 地裂缝场地分类表

	一类场地	二类场地	三类场地
标志层	地表层	上更新统和中更新统红褐色古土壤	1 埋藏深度 40～80m 的中更新统和湖相沉积； 2 60～500m 深度内可连续追索的六个人工地震反射层组
条件	1  场地内的地裂缝是活动的，在地表已形成破裂； 2  地表破裂具有清晰的垂直位移，地面呈台阶状； 3  地表破裂有较长的延伸距离； 4  地表破裂与错断上更新统或中更新统的隐伏地裂缝位置相对应	1  场地内的地裂缝现今没有活动，或活动产生的地表破裂已被人类工程活动掩埋； 2  场地内埋藏有上更新统或中更新统红褐色古土壤	不符合一类场地、二类场地条件的地裂缝场地都可属于三类场地

4 历史上我国许多地方都出现过地裂缝。华北广大地区、山西运城鸣条岗、陕西的礼泉、
泾阳均曾出现地裂缝；目前最具有代表性的属于西安地裂缝，到目前为止已发现 14 条。
5 影响地裂缝风险的主要因素有活动分级、经济损失量、沉降值、差异性沉降变形、地下水开采等。
6 地裂缝危害程度等级可参照下表执行：

表 3.4.2 地裂缝危害程度等级参照表

风险分级	活动分级	沉降值h	差异性沉降变形Δλ	地下水开采
一级风险	强	h≥50mm	Δλ≥10cm	附近集中开采地下水，有 效距离L≤100m
二级风险	中等	50mm>h≥ 10mm	10cm>Δλ≥1cm	附近未发现集中开采地下水
三级风险	弱	h＜10mm	Δλ＜1cm

注：各项指标中满足任3项指标确定其危害程度等级，危害程度等级按最高级考虑。

1活动分级指标：
1） 活动强：速率>20 mm/a（在拟建线路上有明显变形破损现象者）。
2） 活动中等：速率5～20 mm/a（在拟建线路两侧500m以内有变形破坏显示者）。
3） 活动弱：速率<5 mm/a（在拟建线路500m以内无变形显示者）。
2沉降值和差异变形量：
1） S级表示地裂缝活动引起的沉降值h≥50mm，差异性沉降变形Δλ≥10cm，对工程 结构进行完全破坏。
2） A级表示地裂缝活动引起的沉降值50mm>h≥20mm。差异性沉降变形10cm>Δλ
≥5cm，对工程结构危害程度较大，需要采取必要结构控制措施减小对本工程的影响。
3） B级表示地裂缝活动引起的沉降值20mm>h≥10mm。差异性沉降变形5cm>Δλ≥
1cm，对工程结构影响程度一般，整体结构均发生沉降所引发的差异性沉降变形对工程影响适中，在有适当结构控制措施时项目在此区域内影响较小。
4） C级表示地裂缝活动引起的沉降值10mm>h。差异性沉降变形1cm>Δλ，对工程结 构影响程度较小，地裂缝活动引起的沉降值和差异性沉降变形对工程影响均较小，在此区域内 的项目开发较为可行。
7 地裂缝对工程结构可能产生以下不利影响：
1） 地裂缝活动时，隧道结构将沿着预设的滑动面下沉及扭转变形，进而拉伸产生破坏。
2） 由地裂缝活动引起结构变形时，会导致施工后期铺设轨道结构高度变化的积累，进而影响竣工后地铁正常运营。

3.4.2 明挖法风险

1 地裂缝段由于工程性质较差，在成孔过程中反复钻进和提升，孔壁扰动后易于坍塌。
2 地裂缝段土体破碎，具有孔隙大、不均匀等特点，如果降水或者止水效果不佳，会出现基坑侧壁渗水。严重时会导致桩间土流失、桩间护壁面层脱落，桩（墙）背后形成空洞，甚至引起地面沉降或坍塌。
3 由于近年来地下水的大量开采，地裂缝活动频繁，造成地裂缝上、下盘出现不均匀沉降，容易造成地下工程结构开裂，防水失效。
3.4.3 矿山法风险

1 地裂缝错断带结构松散，并可能形成过水通道，故在开挖地裂缝施工过程中存在掌子面渗水、涌水及局部坍塌的较大风险。
2 衬砌变形破坏风险：
1） 拉张–挤压破坏。当地裂缝垂直位错超过某一定值时，位于地裂缝上盘的隧道底部出现脱空，衬砌顶部将产生拉应力，底部产生压应力。当拉、压应力超出了隧道衬砌的抗拉和抗压强度后，位于下盘的隧道衬砌顶部在距离裂缝一定距离处出现开裂，隧道产生拉张–挤压破坏。随着地裂缝垂直位错量的进一步增大，隧道衬砌顶部裂缝向两侧扩展而使衬砌产生环向开裂。
2） 直接剪断破坏。当地裂缝在过量抽取地下承压水或大地震等作用下，其活动量突然增大，隧道上覆土层的重力和两侧土体向下运动产生的侧壁摩擦阻力在衬砌内部产生较大的剪力，使隧道产生直接剪断破坏。
3.4.4 盾构法风险

地裂缝段一般不建议采用盾构法施工。

3.4.5 勘察措施

1 地裂缝场地勘察可分为地裂缝勘察阶段和地裂缝补充勘察阶段，对特大型地裂缝场地宜进行初步的地裂缝勘察，然后分区进行地裂缝勘察和地裂缝补充勘察。
1）一类场地地裂缝勘察阶段，应进行以下工作：
①收集拟建场地附近地裂缝研究、勘察资料，进行系统的综合分析。
②现场地裂缝调查。了解拟建场地构造地貌形态；地表破裂产生的时间、发展过程；地表破裂的形态、活动方式、垂直位移；追踪地表破裂的延伸方向、延伸距离。
③采用槽探、钻探等方法，确定地表破裂与隐伏地裂缝的关系。
④选择典型破裂点，测量其平面坐标，测点间距宜为 10～20m。2）二类场地地裂缝勘察阶段，应进行以下工作：
①收集拟建场地附近地裂缝研究、勘察资料，进行系统的综合分析。
②现场地裂缝调查。了解拟建场地及附近地区构造地貌形态，地裂缝的活动情况。
③采用钻探为主的的勘探方法，查明上标志层的产状和错断位置。
④勘探孔的深度应揭穿二类标志层，地裂缝每一侧的勘探孔数不宜少于 3 个， 勘探线的长度不宜小于 30m，确定二类标志层错断的勘探孔间距不宜大于 4m。
⑤勘探线间距不宜大于 30m，地裂缝拐弯幅度较大地段，勘探线间距不宜大于 15m。每个场地的勘探线数量不宜少于 3 条。
⑥测量全部勘探点的平面坐标和孔口高程，图示地裂缝的地面坐标值。
3）三类场地地裂缝勘察阶段，应进行以下工作：
①收集拟建场地附近地裂缝研究、勘察资料，进行系统的综合分析。
②现场地裂缝调查。了解拟建场地及附近地区构造地貌形态，地裂缝的活动情况。
③采用人工浅地震反射波法勘探和钻探，查明隐伏地裂缝的位置。使用人工浅地震反射波法勘探的场地，应对其二分之一的异常点进行钻探验证。
④钻探孔的深度宜为 60～80m，一般孔间距 40～80m，确定三类标志层错断的勘探孔间距不宜大于 10m，地裂缝每一侧的勘探孔数不宜少于 3 个。三类场地的勘探线间距宜为 50～80m，每个场地的勘探线不宜少于 3 条。
⑤采用人工浅地震反射波法勘探时，宜进行现场试验，确定合理的仪器参数和观测系统。野外数据采集系统的基本要求为：覆盖次数不宜少于 24 次。道距 3～ 5m，偏移距不小于 50m。
⑥测量勘探孔和桩号位的坐标和地面高程，图示地裂缝的地面坐标值。

3.4.6 设计措施

1 在地铁工程选线时多采用正交穿越地裂缝破碎带的方式，以此减少地裂缝破碎带对地铁工程的影响长度。
2 结构设计措施：
1） 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。
2） 加强结构刚度，同时预留轨道、接触网等的调整空间。
3） 加强地裂缝变形带内的变形监测，同时对地裂缝带采取特殊防水措施，并进行必要的基础处理工作。
4） 地裂缝主变形区内坑道支护桩的设计应考虑地裂缝破碎带土体的性质差异。
5） 明挖车站基坑开挖范围内分布有地质裂缝时，建议对车站围护结构进行优化设计，采取有效措施，加强止水效果。
3 建筑设计措施：
1） 采用合理的避让距离。
2） 加强建筑物适应不均匀沉降的能力。
3） 采用防水措施或地基处理措施，避免水浸入地裂缝。
4） 在地裂缝影响区范围内，不得采用用水量较大的地基处理方法。
3.4.7 施工措施

1 针对明挖法施工中的围护桩（墙）塌孔风险应对措施：
1） 围护结构成孔时，合理选择泥浆配比，进行有效护壁，防止出现塌孔、漏浆等现象。
2） 增加护筒长度。
2 针对明挖法施工中的基坑侧壁渗水坍塌风险应对措施：
1） 基坑内地裂缝两侧并沿基坑宽度外扩一定范围内采用旋喷桩止水和加固措施， 并辅以基坑外降水。
2） 及时寻找并切断补给水源，插设导流管引排，将地裂缝段破碎地层中的滞水排出，加强桩间土防护措施，对围护桩（墙）背后已出现的空洞进行注浆回填。
3 针对明挖法施工中的主体结构裂缝、防水失效风险应对措施：
设置特殊变形缝，变形缝防水由外侧全包的“且”形止水带和内侧“U”形止水带形成第一道和第二道封闭的止水带，同时在变形缝两侧预埋多次性注浆管，用以对以后产生变形形成的空隙进行注浆填充。
4 针对矿山法施工中的开挖面渗水、涌水、坍塌风险应对措施：
地裂缝段采用矿山法施工时应采取降水、超前小导管注浆加固、WSS 深孔注浆加固三方面的措施，加强监控量测，增加地质素描和超前地质预报等地质探查手段，确保无水作业及土方开挖安全。
5 针对矿山法施工中的衬砌变形破坏风险应对措施：
1） 应采取地质降水措施，结构处理措施和道床处理措施。
2） 在跨地裂缝上、下盘主变形区，将扁钢板作成抱箍固定在隧道衬砌外围或直接浇在衬砌内，其上焊接一钢筋做的测杆使其穿越地层延伸至地表，在地表做好醒目标记作为测点（上、下盘的地铁隧道衬砌各布设一个），对测点进行长期地表高精度水准测量，根据测点沉降变形的大小，进行实时准确快速的直接式预警。
3） 在地裂缝主变形区隧道底部与土层接触面上沿纵向埋设压力传感器，根据接触压力的变化判断隧道底部是否脱空，从而进行间接式预警。
6 针对周边地表沉降、塌陷风险应对措施：
1） WSS 深孔注浆加固方案。
2） 超前小导管预注浆加固方案。
3） 增设临时仰拱方案。
4） 增加地下管网监测。
7 针对周边建（构）物开裂风险应对措施：
1） 洞外可采用隔离桩处理措施，也可采用建（构）筑物地基加固方案。
2） 洞内可采用超前大管棚加固方案，也可采用双排小导管等地层预加固方案。