广东省重工建筑设计院有限公司510034
摘要：本文根据包头地铁1号线工程初勘报告及地震安全评估报告中取得的有关大青山山前断裂带的资料，并结合既有的对本断裂带的相关研究文献，弄清本断裂带的现状条件及工程性质，同时，根据其特征，提出了工程保护措施，对类似隧道工程穿越活断层或其他断层的方案设计具有一定的参考意义。
关键词：地铁隧道；活断层；产状；工程措施
1前言
包头地铁1号线自西向东敷设，在豪德广场站至西脑包站区间与大青山山前断裂斜交，本段隧道顶部覆土11m左右，断裂带往小里程方向隧道洞身全部处于中风化片麻岩，断裂带往大里程方向隧道洞身全部处于粉细砂层（厚度约12m），本段初步设计拟采用暗挖法施工。
为了科学判定此断裂带对地铁隧道的影响，必须要准确查清断裂带的宽度范围、产状及地震条件下和非地震条件下断裂带两侧可能发生的位错量，提出工程建议措施。
2断层主要特征
2.1断层概况
根据区域地质资料，包头市位于华北地台之鄂尔多斯台坳次级构造河套断陷北部边缘。以乌拉特前旗—呼和浩特深断裂为界，以北为阴山断裂，以南为河套断陷。第三纪以来受基底断裂控制，以下沉坳陷为主，沉积了巨厚的第四系地层。
工程区域的主要断裂有乌拉山山前断裂（F1）、大青山山前断裂（F2）、西沙湾-兴胜断裂（F3）、大树湾断裂（F4）。其中仅大青山山前断裂为与地铁1号线相交的活动断裂，其他西沙湾-兴胜断裂（包头断裂）（F3）为一条根据物探资料推测的隐伏断裂，综合判断其为第四纪早期，即为早中更新世活动断裂，不存在同震地表破裂的可能性，可不考虑其对工程的影响。乌拉山山前断裂（F1）和大树湾断裂（F4）距离本工程较远，可不考虑其影响。本区域主要考虑大青山山前断裂（F2）对地铁工程的影响。
图1包头市断裂分布图
2.2大青山山前断裂（F2）构造特征及其活动性
大青山山前断裂为全新世活动断裂，影响宽度约30米，存在同震地表破裂的可能性。该断裂由一系列次级断层组成，呈折线状延展，剖面上表现为向盆地内倾斜的一组阶状正断层，断层露头及由物探资料揭示的浅部断面倾角60°左右，向深部变缓为45°左右。根据地震安评报告，大青山山前断裂在与1号线相交段晚更新世中期以来的滑动速率为2.2±0.2mm/a。根据相关文献及研究资料，大青山山前断裂具有发生7.5级左右地震的构造能力，发生7.5级地震时可产生2.6m（标准差1.0）的同震地表位错量。
表1：同震位错量（D）与震级（M）或断层长度（L）之间的统计公式
3断层处地铁隧道设计方案
3.1断层可能引起结构破坏模式
根据本断裂破坏型式，在地震条件下，下盘基本不动，上盘地层发生向上的滑动，导致断裂带两侧结构发生相对位移，引起结构破坏。在非地震条件下，断裂带两侧地层有一定的相对滑动，同样可以导致结构的破坏。
3.2隧道穿断裂带处理措施
根据设计分析，并结合初步设计审查、抗震专项审查及安评报告审查过程中与专家沟通讨论，本隧道在穿越断裂带范围主要通过采取以下措施减少断裂带对隧道的影响。
1）断裂带前后隧道采用暗挖法施工，其他范围采用正常的盾构法施工，采用暗挖施工可灵活调整断面尺寸，保证结构在百年使用年限内滑动变形累积量不对结构造成大的破坏，隧道结构经常规修改，可正常使用。
2）暗挖隧道在断裂带前后共100m范围内每隔10m设置一道变形缝，以消除隧道结构随地基沉降、变形引起的不利应力。
3）为保证断裂带两侧结构及地基刚度的匹配，下盘基岩段地基不处理，上盘段地层为粉细砂层，沿上盘方向对隧道四周进行注浆加固。
4）考虑到工程的可实施性及经济性，本隧道在穿越大青山山前断裂带前后设计方案暂不考虑7.5级地震作用下引起的同震地表位错量。
4结语
包头地铁1号线工程在2017年3月通过了初步设计审查，在2017年8月通过了抗震专项设计审查。本方案在设计审查过程中经多方交流、探讨，得出了一个较为合理可行的处理措施。可为类似工程提供一定的参考。
参考文献
[1]《包头市轨道交通1号线、2号线一期项目地震安全评估报告》包头市雨辰地震工程技术服务处（二○一七年三月）
[2]吴卫民等．1996a．大青山山前断裂晚第四纪活动速率研究[A].地壳构造与地壳应力文集（8），北京：地质出版社．