李新元

（深圳市工勘巖土集團(tuán)有限公司，廣東深圳 518063）

0 概況

深圳地鐵5號(hào)線西起前海灣，經(jīng)寶安中心、新安舊城區(qū)、西麗、大學(xué)城、龍華拓展區(qū)、坂田、布吉、至黃貝嶺，線路全長(zhǎng)40.001 km。其中百鴿籠站至布心站區(qū)間北起龍崗區(qū)布吉街道辦百鴿籠，沿東南向呈弧形延伸，經(jīng)布心山莊，抵羅湖區(qū)東嘵路心怡花園一帶①鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.深圳地鐵5號(hào)線工程詳細(xì)勘察階段百鴿籠站至布心站區(qū)間巖土工程勘察報(bào)告[R].2008.。區(qū)間左線里程為DK33+207.52～DK34+794.45，全長(zhǎng)約1587 m，右線里程大致相當(dāng)。其中里程DK33+790～DK34+480段長(zhǎng)約690 m穿越深圳九尾嶺斷裂主斷裂及次生斷裂影響范圍帶，該段地鐵軌底高程約8.680～11.453 m，埋深約29.7～73.1 m，采用的工法為礦山法施工。斷裂構(gòu)造發(fā)育區(qū)工程、水文地質(zhì)條件復(fù)雜，對(duì)地鐵設(shè)計(jì)和施工影響較大，故應(yīng)高度重視。

1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造

1.1 深圳區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造[1]

深圳總占地面積雖不大，但地形、地貌復(fù)雜，地貌單元多，東部以丘陵為主，西部以沖積和海積平原為主，中、北部以低臺(tái)地為主；目前地貌主要在晚更新期形成，主要原因是此期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈，但構(gòu)造運(yùn)動(dòng)又受到深圳北東、北西兩個(gè)方向的斷裂束聯(lián)合控制。

深圳市位于華南褶皺系的紫金—惠陽(yáng)凹褶斷束中東西向高要—惠來(lái)斷裂帶的南側(cè)，北東向蓮花山斷裂帶西北支的五華—深圳斷裂亞帶的南西段展布區(qū)[1]。深圳地區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，以斷裂構(gòu)造為主，主要發(fā)育北東、北西兩組斷裂束，東西向斷裂次之，從規(guī)模、影響范圍、對(duì)工程建設(shè)活動(dòng)的影響性來(lái)看，其中又以北東向斷裂最為顯著。就目前既有資料的豐富程度來(lái)看，北東向斷裂走向多介于N50°—70°E，在深圳中、東部發(fā)育密集，形成較大的斷裂束，如羅湖大斷裂、九尾嶺斷裂等，其主要在深圳中東部的南山、福田、羅湖、鹽田、大鵬5區(qū)揭露明顯，其可能是深圳中東部丘陵地貌發(fā)育、巖層露頭眾多、覆蓋層薄、開(kāi)發(fā)較成熟，便于對(duì)斷層的調(diào)查研究工作，而西部平原地區(qū)地勢(shì)較平坦、第四系覆蓋層較厚、收集的資料較少等原因有一定的關(guān)聯(lián)性。

1.2 九尾嶺斷裂構(gòu)造

根據(jù)《深圳市地質(zhì)圖說(shuō)明書(shū)》中的相關(guān)劃分[2]，九尾嶺斷裂屬于深圳北東向斷裂深圳斷裂帶深圳斷裂束。往南西經(jīng)嶂背、荷坳、沙灣、九尾嶺，至泥崗，被北西向斷裂錯(cuò)開(kāi)后，斷續(xù)延伸至沙頭后進(jìn)入深圳灣。走向北東50°～70°，北東段及中段傾向北西，傾角65°～85°，自九尾嶺往南西傾向南東，傾角40°～60°。斷層性質(zhì)為逆時(shí)針滑移為主，前期具壓扭后期具張扭性。斷層全長(zhǎng)達(dá)50 km，延續(xù)性較好，寬5～20 m不等。該斷裂為一壓扭性斷裂，發(fā)生過(guò)反時(shí)針滑移，斷裂在平面上微呈反“S”形舒緩波狀展布。斷裂具有明顯的碎裂變形特征，在下石炭測(cè)水組及下中侏羅統(tǒng)塘廈組砂頁(yè)巖中發(fā)育了由厚大的破碎巖、構(gòu)造角礫巖及硅化破碎帶構(gòu)成的垅崗狀山脊。九尾嶺獨(dú)樹(shù)村一帶，破碎帶數(shù)米，影響帶寬度數(shù)十米不等，由破碎帶中心向兩側(cè)依次由斷層泥、糜棱巖、構(gòu)造透鏡體、壓碎角礫巖和綠泥石化、硅化破碎巖組成，在獨(dú)樹(shù)村可見(jiàn)斷裂中的斷層泥上有清晰的斜向擦痕，驗(yàn)證了斷裂擠壓、錯(cuò)動(dòng)的發(fā)展史。

根據(jù)鉆探資料分析，在地鐵5號(hào)線附近，九尾嶺斷裂發(fā)育F1-1～F1-5共計(jì)5條次生斷裂和兩條小的共軛斷裂F1-6和F1-7。次生斷裂與主干斷裂大致平行，共軛斷裂與其交角約為65°～73°。根據(jù)鉆探資料及斷裂形成機(jī)理推測(cè)，九尾嶺斷裂為一壓扭性逆斷裂，次生斷裂均為正斷裂，其伴隨發(fā)育的小共軛斷裂多為張性斷裂。

在巖性構(gòu)造方面，沿線場(chǎng)地自北向南依次發(fā)育侏羅系中統(tǒng)（J2）角巖、砂巖，加里東期混合花崗巖（M），震旦系混合巖（Z）；相互呈不整合接觸關(guān)系，局部呈斷層接觸。侏羅系中統(tǒng)砂巖零星穿插發(fā)育于角巖中，同角巖呈整合接觸關(guān)系。斷層破碎帶發(fā)育有斷層角礫巖，受構(gòu)造影響局部巖石出現(xiàn)碎裂化、靡棱化構(gòu)造。上部在風(fēng)化作用下形成殘積層，局部地段存在坡積層和沖洪積層，地表為人工填土層。

2 構(gòu)造與地鐵關(guān)系

深圳地鐵5號(hào)線布心—百鴿籠區(qū)間里程介于DK33+207.52～DK34+794.45，全長(zhǎng)約1587 m，大致呈一寬緩的“S”曲線，大致里程DK33+919.7跨越九尾嶺斷裂，跨越范圍地鐵走向?yàn)镹52°W，該范圍斷裂走向N55°E，故二者呈107°大角度相交，次生斷裂與地鐵線路呈105°～108°相交；共軛斷裂走向北偏西N15°W—N20°W，同地鐵線路交角介于32°～37°之間。斷裂構(gòu)造與地鐵線路的關(guān)系具體見(jiàn)圖1、圖2。

圖1 深圳地鐵5號(hào)線與九尾嶺斷裂構(gòu)造位置關(guān)系

圖2 九尾嶺斷裂及次生斷裂影響范圍縱斷面圖

3 斷裂對(duì)地鐵影響分析

3.1 斷裂穩(wěn)定性對(duì)地鐵的影響

3.1.1 斷裂自身穩(wěn)定性

九尾嶺斷裂隸屬區(qū)域大的斷裂蓮花山斷裂帶，據(jù)既有資料，蓮花山斷裂兩個(gè)活動(dòng)頻繁期跨度及期間發(fā)生的地震情況統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 蓮花山斷裂相關(guān)地震統(tǒng)計(jì)表

其主要原因是，蓮花山斷裂海豐段屬于構(gòu)造應(yīng)變能易于積累的場(chǎng)所，也是斷裂帶現(xiàn)今以黏滑方式活動(dòng)較為突出的部位[3]。深圳段的北東向斷裂束則位于調(diào)整單元的疏通部位，發(fā)生高強(qiáng)度地震的可能性小。

深圳市為了監(jiān)測(cè)北東向斷裂是否導(dǎo)致地震的可能，大致沿深圳主要斷裂束NE向，按間距排5～10 km不等設(shè)置5個(gè)監(jiān)測(cè)站，經(jīng)1985—1986年一年的監(jiān)測(cè)周期，結(jié)果表明，羅湖區(qū)未發(fā)生微震活動(dòng)。同時(shí)歷史記載表明，羅湖區(qū)附近500年來(lái)未發(fā)生過(guò)大于3級(jí)的地震。

羅湖區(qū)因?yàn)闃?gòu)造活動(dòng)、或構(gòu)造應(yīng)力集中等因素導(dǎo)致地震的可能性極小，且第四紀(jì)以來(lái)，未發(fā)現(xiàn)新的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的痕跡；由此說(shuō)明區(qū)域穩(wěn)定性較好，不可能產(chǎn)生中、強(qiáng)地震，地鐵5號(hào)線不會(huì)因?yàn)闃?gòu)造導(dǎo)致的地震活動(dòng)產(chǎn)生破壞作用。

3.1.2 區(qū)域應(yīng)力對(duì)斷裂的影響

斷裂的形成、運(yùn)動(dòng)均是地應(yīng)力影響的結(jié)果，地應(yīng)力聚集區(qū)且得不到有效地釋放，當(dāng)?shù)貞?yīng)力大于巖土體的抗剪強(qiáng)度（某些時(shí)候是抗拉），則易導(dǎo)致巖土體間的相互錯(cuò)動(dòng)，發(fā)生規(guī)模大小不等的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)甚至導(dǎo)致地震。正常情況下，地下垂直應(yīng)力主要來(lái)自于上部巖土體的自重，水平應(yīng)力同垂直應(yīng)力視土性不同呈一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，且垂直應(yīng)力大于水平應(yīng)力。

垂直應(yīng)力：δv=γh

水平應(yīng)力：δh=K0δv

式中：γ為重度；h為深度；K0為巖土體的水平側(cè)壓力系數(shù)。

但地表經(jīng)外營(yíng)力和內(nèi)營(yíng)力（主要來(lái)是構(gòu)造營(yíng)力）的影響，水平應(yīng)力和垂直應(yīng)力不全滿足一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，甚至部分地區(qū)的水平應(yīng)力遠(yuǎn)大于垂直應(yīng)力，應(yīng)以實(shí)際測(cè)量為準(zhǔn)。

深圳地質(zhì)局聯(lián)同相關(guān)單位，利用鉆孔內(nèi)部水壓法和壓磁法在深圳體育館、八卦嶺等地區(qū)（同擬建隧道高程大致相當(dāng)）進(jìn)行了實(shí)際地應(yīng)力測(cè)試工作[3]。實(shí)測(cè)地應(yīng)力數(shù)值、九尾嶺附近地鐵鉆探巖芯取樣實(shí)驗(yàn)相關(guān)參數(shù)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。從表2數(shù)據(jù)分析，九尾嶺斷裂附近巖石單軸無(wú)側(cè)限抗壓強(qiáng)度值是地應(yīng)力最大壓應(yīng)力的10.11～32.14倍，巖石抗剪強(qiáng)度是地應(yīng)力最大剪應(yīng)力的3.65～23.41倍。可見(jiàn)，在目前的地應(yīng)力條件下，巖石自身的強(qiáng)度遠(yuǎn)大于地應(yīng)力提供的破壞力，九尾嶺斷裂不會(huì)因?yàn)榈貞?yīng)力導(dǎo)致的剪切破壞而發(fā)生新的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，故斷裂穩(wěn)定性好。

羅湖區(qū)域的最大主壓應(yīng)力的方向約為N50°W[3]，地鐵影響范圍內(nèi)九尾嶺斷裂斷裂走向約N54°E，二者夾角約為104°，屬于比較穩(wěn)定的大夾角范圍。該段地鐵線路走向約為N51°W，與地應(yīng)力最大壓應(yīng)力方向基本一致，屬于非常合理和穩(wěn)定的線路選擇方案。

表2 地應(yīng)力數(shù)值與巖石參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3.1.3 區(qū)域構(gòu)造運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)

據(jù)原地礦部在羅湖地區(qū)進(jìn)行斷裂活動(dòng)性監(jiān)測(cè)結(jié)論顯示：羅湖區(qū)域斷裂上下兩盤呈近“8”字形周期性相對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡，年周期內(nèi)上下盤絕對(duì)運(yùn)動(dòng)量幾乎不變，相對(duì)活動(dòng)量亦非常微弱。同時(shí)根據(jù)區(qū)域內(nèi)的建筑物的監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示：高層建筑的變形主要在自身的重力作用下，對(duì)持力層的壓縮變形，與區(qū)域的斷裂構(gòu)造活動(dòng)無(wú)相關(guān)性；根據(jù)近年九尾嶺斷裂影響范圍內(nèi)建筑物的監(jiān)測(cè)亦可表明，斷裂活動(dòng)性微弱。由此可推斷，故九尾嶺斷裂不存在突發(fā)活動(dòng)性的可能，穩(wěn)定性較好，對(duì)地鐵5號(hào)線的安全運(yùn)營(yíng)有保障。

3.2 斷裂帶的工程、水文地質(zhì)特性對(duì)地鐵隧道的影響評(píng)價(jià)

3.2.1 工程地質(zhì)特性

構(gòu)造影響范圍內(nèi)地層結(jié)構(gòu)為：上覆厚度較小的第四系覆蓋層，主要由填土（Qml4）、坡積層（Qdl4）、殘積層（Qel）。填土主要由松散、局部稍密的黏性土組成，含少量碎塊石、建筑垃圾；坡積層、殘積層以粉質(zhì)黏土為主，土質(zhì)較均勻；該層厚度較小，均位于地鐵洞身結(jié)構(gòu)范圍以上，影響甚微，在此不做討論。下伏基巖為加里東期混合花崗巖（M）和少量的震旦系混合巖（Z），位于斷裂帶處主要發(fā)育斷層角礫巖、碎裂巖，局部糜棱化嚴(yán)重，為糜棱巖。洞身結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的主要為中、微風(fēng)化混合花崗巖和斷層角礫巖；其中中等風(fēng)化混合花崗巖巖體完整性在空間上嚴(yán)重不均勻，巖體呈塊狀、碎塊狀，局部較完整；部分地段受構(gòu)造影響碎裂化，巖體呈碎石狀，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅳ級(jí)。微風(fēng)化混合花崗巖巖體較破碎，局部較完整，巖芯多為短柱狀、碎塊狀，巖質(zhì)堅(jiān)硬、新鮮，局部夾構(gòu)造強(qiáng)風(fēng)化帶，其特征為劈理化及綠泥石化，質(zhì)軟（見(jiàn)圖3），巖體基本質(zhì)量等級(jí)為Ⅲ～Ⅳ級(jí)。

圖3 微風(fēng)化混合花崗巖芯

斷層角礫巖礦物成分較復(fù)雜，角礫大小不一，定向陡傾節(jié)理強(qiáng)烈發(fā)育（見(jiàn)圖4），局部可見(jiàn)擦痕（見(jiàn)圖5），巖體破碎，巖體強(qiáng)度差異大；局部靡棱化，巖質(zhì)軟且不新鮮，多由次生礦物或鈣質(zhì)膠結(jié)，膠結(jié)物泡水沿節(jié)理、裂隙面易軟化。巖體基本質(zhì)量等級(jí)為級(jí)Ⅴ級(jí)。

3.2.2 水文地質(zhì)特性

為了查明場(chǎng)地地下水條件，對(duì)洞身結(jié)構(gòu)影響范圍內(nèi)的巖層進(jìn)行了抽水試驗(yàn)工作，并采取穩(wěn)定地下水樣進(jìn)行了室內(nèi)水質(zhì)簡(jiǎn)分析；選取4個(gè)混合花崗巖試驗(yàn)段和3個(gè)構(gòu)造角礫巖試驗(yàn)段，采用潛水完整井單孔抽水法，各試驗(yàn)段分別抽取3個(gè)穩(wěn)定降深，其試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表3。

圖4 定向節(jié)理發(fā)育

圖5 擦痕

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)可見(jiàn)，無(wú)論是混合花崗巖及構(gòu)造角礫巖不同試驗(yàn)段的滲透系數(shù)值較離散，且構(gòu)造角礫巖更嚴(yán)重；同地區(qū)非斷裂構(gòu)造影響范圍的混合花崗巖滲透系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值一般為0.5～1.5 m/d，可見(jiàn)構(gòu)造影響范圍的滲透系數(shù)值普遍偏大。

表3 滲透系數(shù)統(tǒng)計(jì)表

地下水取水試驗(yàn)結(jié)果表明：p H值介于5.9～7.3，侵蝕性CO2介于5.7～21.22 mg/L，地下水總礦化度為137.10～391.60 mg/L，為低礦化水—中礦化水，再結(jié)合 Cl-、Mg2+、OH-、NH+、等離子的含量，根據(jù)現(xiàn)行勘察相關(guān)規(guī)范判別：在直接臨水或強(qiáng)透水層的環(huán)境下地下水對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)具弱腐蝕性，在弱透水層中不具腐蝕性；對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中鋼筋不具腐蝕性[4]。

3.2.3 對(duì)地鐵隧道的影響評(píng)價(jià)

（1）隧道洞身結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)的巖體破碎，節(jié)理裂隙劇烈發(fā)育，強(qiáng)度差異大，承載力特征值fak介于280～3000 kPa；巖體基本質(zhì)量等級(jí)多為Ⅳ～Ⅴ級(jí)。礦山法施工隧道形成臨空面后，局部應(yīng)力雖重布，但擬建沿線不屬于地應(yīng)力聚集區(qū)，且?guī)r體破碎，巖質(zhì)強(qiáng)度差異很大，故出現(xiàn)巖崩的可能性??；節(jié)理、裂隙將巖體切割成大小不等、形狀各異的巖塊，破碎的巖體不容易形成自然拱，再加上施工擾動(dòng)因素（如爆破作業(yè)）影響，給施工過(guò)程造成嚴(yán)重的阻礙 ，拱頂臨空面上的巖體易剝落、掉塊甚至發(fā)生冒頂事故，側(cè)壁及掌子面易發(fā)生小范圍的坍塌事故，亦或因坍塌牽引發(fā)生拱頂?shù)拿绊斒鹿省?jù)統(tǒng)計(jì)，近10年地鐵隧道礦山法施工安全事故，其中冒頂坍塌占比55%[6]；且目前對(duì)破碎帶的影響預(yù)測(cè)技術(shù)還處于發(fā)展階段，無(wú)法有效地預(yù)測(cè)，所以加強(qiáng)破碎帶地段隧道的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和超前支護(hù)尤其重要。根據(jù)類似經(jīng)驗(yàn)，地質(zhì)鉆探、地質(zhì)分析或掌子面物探法是較好的超前預(yù)報(bào)手段[7]。超前支護(hù)可選用先進(jìn)行破碎段注漿充填，再進(jìn)行管棚支護(hù)的方法[6]。構(gòu)造影響范圍帶內(nèi)的隧道施工應(yīng)將超前支護(hù)、監(jiān)控量測(cè)、信息化施工作為控制重點(diǎn)，做到“管超前、嚴(yán)注漿、短開(kāi)挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測(cè)”。

（2）隧道洞身結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)主要為基巖裂隙水，構(gòu)造及影響范圍內(nèi)基巖節(jié)理、裂隙為其主要滲流通道和貯存空間；構(gòu)造及影響范圍帶節(jié)理、裂隙發(fā)育規(guī)律性較差，受其影響，地下水滲流呈線狀、條帶狀或局部呈面狀滲流，受節(jié)理裂隙閉合程度和充填情況影響，水量亦不均勻；因隧道埋深大，地下水垂直向補(bǔ)給量充足，故隧道內(nèi)水壓較大、水量豐富，是隧道施工較大的不利因素。地下水主要存在三方面的不利影響，其一是地下水的浸泡會(huì)使軟質(zhì)巖體抗剪強(qiáng)度降低，變形加大；地下滲流沖刷節(jié)理裂隙內(nèi)的充填物，加劇巖體失穩(wěn)，進(jìn)一步誘發(fā)掉塊、坍塌甚至冒頂。其二是隨地下水向隧道內(nèi)滲流、排泄，導(dǎo)致淺層水位降低，引起地面沉降，危及路面、既有建筑物和管線管道的安全。其三是帶水作業(yè)施工條件差，環(huán)境惡劣，安全風(fēng)險(xiǎn)大，不符合安全文明施工要求。故針對(duì)該隧道防水工作應(yīng)遵循“以防為主、剛?cè)峤Y(jié)合、多道防線、因地制宜、綜合治理”的原則。設(shè)置三道防水線，即初期支護(hù)、防水層、二次襯砌，三道防線相輔相成[8]。另外結(jié)合超前支護(hù)階段的注漿充填亦能起到較好的防水效果。

4 結(jié)論

九尾嶺斷裂屬深圳斷裂束的主要斷裂之一，屬一壓扭性逆斷裂，在其下盤發(fā)育多條與其走向近一致的次生斷裂和與其大角度相交的共軛斷裂。通過(guò)對(duì)區(qū)域和構(gòu)造自身穩(wěn)定性、地應(yīng)力對(duì)構(gòu)造對(duì)影響、構(gòu)造與地鐵的關(guān)系等方面綜合分析顯示：九尾嶺斷裂的自身穩(wěn)定性較好，不會(huì)因自身穩(wěn)定性問(wèn)題對(duì)地鐵線路造成危害；地鐵選路的走向選擇與斷裂構(gòu)造呈大角度相交、與區(qū)域地應(yīng)力大主應(yīng)力方向呈小角度相交為較穩(wěn)定的方案。構(gòu)造影響范圍巖體破碎、節(jié)理裂隙劇烈發(fā)育、巖體強(qiáng)度差異大，發(fā)生巖崩可能性極?。粠r體掉塊、局部坍塌甚至冒頂事故應(yīng)作為施工控制重點(diǎn)，可采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前預(yù)加固等手段有效地改善斷層破碎帶范圍的工程地質(zhì)條件。斷裂構(gòu)造帶及節(jié)理裂隙是地下水的良好通道和貯存空間，滲透系數(shù)及水量在空間上差異性較大，隧道埋深大，故地下水壓力較大，水量豐富；地下水對(duì)巖體存在軟化和對(duì)節(jié)理裂隙存在沖刷及加劇圍巖失穩(wěn)、淺部水位下降、地表不均勻沉降等不利影響。故應(yīng)加強(qiáng)地下水的防控、水位和地表監(jiān)測(cè)措施。構(gòu)造破碎帶地段的隧道施工，充分了解工程、水文地質(zhì)條件是前提，有針對(duì)性地采取措施，做到安全、高效、快速施工才是最終目的。