深圳地鐵地表沉降分析及控制探討

摘 要：以深圳地鐵某線后松區間地鐵施工為背景，結合了地鐵現場施工監控量測情況，對后松區間地表進行監測并處理分析。根據監控量測的數據及現場的情況，總結出后松區間在暗挖施工方法下地表產生沉降的原因與規律，并相應的提出控制地表沉降的一些措施，作為后續的地鐵工程施工的指導，以期為類似的地鐵工程提供參考。

關鍵詞：地鐵施工；地表沉降；監控量測；控制措施

1 概述

隨著經濟的快速增長，城市建設步伐不斷加快，現階段已經進入了高速城市化的起飛線上[1]。有學者提出“21世紀是地下空間開發利用的世紀”[2]。隨著暗挖法施工技術越來越得到普遍的應用，地鐵建設得到不斷發展，全國各大城市多條地鐵路線不斷上馬。然而，在地鐵隧道施工中，由于地形特征、施工條件及其他方面的差異，對地表及其周圍的環境產生很大的影響。在地鐵施工中如何減小施工帶來的影響，降低風險，一直是地下工程界和巖土工程界關注的問題[3]。所以，在地鐵施工過程中，需要對地表的沉降規律進行分析，應該是具體的問題具體分析，這對保證工期、提高經濟效益具有重要的技術價值和經濟意義。文章以深圳地鐵11#線后松區間地鐵施工過程中監控量測結果的分析，得出地表沉降的規律，并對地表產生沉降的原因進行分析，提出相應的控制措施，為后續工程的施工提供指導。

2 工程概述

2.1 工程概況

深圳軌道交通某線由南至北穿過深圳市福田區、南山區和寶安區，連接福田中心區、南山中心、前海中心、寶安中心、機場、福永、沙井和松崗等地，處于城市西部發展軸上，是城市中心區與西部濱海地區聯系的軌道快線，同時兼有機場快線功能。沿線共設置有17座車站，其中地下站13座，高架站4座；全線平均站間距為3.2km最大站間距位于碧海站～機場站（7.2km），最小站間距位于橋頭站～塘尾站（1.7km）。

后松（后亭站～松崗站）區間段位于深圳市寶安區后亭站至松崗站之間，區間從后亭站出站，先后通過茅洲河、廣深高速公路橋、松崗河，沿寶安大道前行到達松崗站。

2.2 地質概況

后亭站～松崗站區間屬于海沖積平原區，原地貌為瀕海漁塘，現已被人工填平，地形比較平坦，地面高程3.12～5.84m。線路兩側主要是工業區、宿舍、居民住宅區等，道路兩側市政管線較多。區間場地地質構造主要表現為震旦系的區域動熱變質作用，混合花崗巖、淺粒巖在風化作用下形成殘積層，上部主要為海陸交互相的淤泥質粉質粘土層、砂層，沖洪積的淤泥質粉質粘土、粉質粘土及砂層，地表為人工素填土。

3 施工監控量測分析

3.1 監測點布置

在后松區間，根據施工以及周圍的環境情況，選擇茅洲河附近地鐵施工段進行布點監測，該施工段穿過茅洲河，在施工過程中對地表的沉降影響很大。沿寶安大道，總共布置監測點73個，具體的監測點布置圖如圖1所示。

3.2 地表沉降變化分析

對深圳地鐵地表進行監測，監測頻率為每天一次。在監測分析中，文章對監測點的分析主要是選取監測項目的一些特殊地段、特殊的斷面進行分析。

取兩個斷面上的十一個監測點進行分析，所取對象為后松區間一個工點正在施工的橫通道，所選斷面為NO+004斷面和NO+017斷面。兩個斷面各點累計監測最大沉降值如表1所示。

根據監測所得的數據，得出NO+004、NO+017斷面地表各點監測最大沉降量橫向曲線分布圖，對兩個斷面監測最大沉降量橫向分布曲線圖加以分析，如圖2、圖3所示。

從圖2、圖3可以發現，NO+004、NO+017斷面地表各點監測最大沉降量橫向曲線有如下規律：（1）橫斷面上最大沉降量出現在點號為NO+004+DB-O、NO+017+DB-O的點附近，即地鐵隧道橫通道施工的中心正上方附近，且沉降量橫通道兩邊逐漸減小，形成一條沉降槽曲線；（2）沉降槽曲線大致呈正態分布曲線即高斯線；（3）沉降影響范圍約為橫通道中線兩側各30米；（4）橫通道中線兩側所對應的對稱點沉降量有所差別，左側離橫通道沉降量總體上變化較大，右側則相對較緩。

對NO+004斷面部分監測點作為分析對象，將斷面上部分監測點所得到的累計沉降量隨時間變化曲線用如圖4所示。

從圖4可以發現NO+004斷面部分監測點沉降量隨時間變化曲線有以下規律：（1）沉降量隨時間變化曲線近似為一條倒“S”形曲線；（2）沉降量在時間上存在三個階段：沉降發展階段，沉降劇增階段及沉降趨于平穩階段；（3）總體上，沉降劇增階段的持續時間為40天左右，之后各點的沉降量大致都維持在一個固定的值得附近，趨于平緩；（4）由圖4還可以清楚地發現，地表監測點離地鐵橫通道施工越近，其沉降量就越大，向兩邊逐漸減小；（5）由NO+004斷面部分監測點沉降量隨時間變化曲線可以看到，兩側的點在施工一段時間之后，沉降量有明顯的回升，部分點回升的幅度比較大。

3.3 影響地表沉降因素分析

結合地質概況以及周邊環境，影響地表沉降有以下幾點原因：

（1）深圳屬于沿海地區，巖土分層中存在有機沙、淤泥質粉質粘土、填土、芋泥、碎石碎沙等，土質松散，地鐵隧道施工之后，土層受到擾動，在上部土體的重力作用下，較易受到擾動產生沉降；后松區間地鐵施工工點附近，堆積著地鐵施工所需要的設備器材，如鋼筋、水泥、鋼板、鋼板等，這些設備器材的存在，增大了地表的負荷，導致地表產生沉降。

（2）地鐵隧道在施工過程中，由于支護不及時或者是支護結構不夠穩定，加上隧道開挖土體受到擾動的次數較多，產生沉降疊加效應，發生的沉降累計值增大。

（3）深圳屬于多雨地區，雨量充沛，隧道在施工之后，由于雨水的滲透進入到地層之內，然后向隧道滲出，使地層持續失水，土層空隙及節理裂隙固結收縮，引起地表超前、超大范圍沉降；后松區間地處茅洲河附近，由于水的滲透而引起土體的固結沉降就更加明顯；地鐵路線兩側市政管線較多，該地區降雨較多，雨水比較充足，周圍底層的水處于飽和狀態，造成底層土體部分軟化；在管線下部開挖施工過程中，飽和水會流失，會造成土體固結下沉，進而引起地表下沉。

（4）區間線路所穿越的斷層帶主要由碎裂巖組成，斷層帶附近構造裂隙發育，裂隙將巖石切割呈碎裂結構。斷裂對圍巖整體穩定性影響不大，但對巖體的切割破壞作用較強烈，沿斷層兩側巖體破碎，斷層帶風化可能加深，破壞了巖體完整性及降低了巖體強度。斷裂部位地下水一般較為復雜，巖體完整性受地質構造影響較重，圍巖穩定性大大降低，易產生坍塌或涌水，加速地層固結沉降。結合實地情況，影響地表沉降的因素很多，各因素之間相互影響，在各個因素的共同作用之下，使得地表的沉降更加凸顯。

4 地表沉降控制措施探討

在地鐵施工過程中，由于施工工藝等各方面因素的影響，造成地表沉降，需要采取相應的措施進行控制，以保證地鐵施工及其他各方面的安全。針對深圳地鐵后松區間地表沉降影響因素，探討控制地表沉降的一些措施：

（1）改進施工工藝，減少沉降發生。認真做好施工準備和施工組織，細化施工工藝，做好開挖初期支護，做好開挖初期支護施工中的“快”和“緊”：“快”就是快速施工，快速封閉；“緊”則是初期支護和土體間頂緊，不留空隙。加強回填注漿工藝，及時填充初支和土體間空隙[4]。

（2）根據探測的結果，及時做好富水異常區處理，特別是要在開挖施工前處理完成，提高土體密實性，減少沉降發生。深圳地鐵11#線后松區間后松豎井工點地處茅洲河附近，在隧道的施工過程中，由于河水滲透到地層中，隧道內部大部分在滴水，這樣就加速了土層的固結沉降，這樣的固結沉降通過地表的沉降表現出來；同時，深圳屬于多雨地區，地層中水量豐富，不能單純的依靠抽水機抽送地下水，應該采取其他有效的措施。如果不做好地層中水的滲透問題，對地表的沉降影響更大。

（3）在地表對隧道結構施工區域進行注漿加固，提高地層密實性。后松區間部分地段存在人工填土、風化嚴重的巖層，在隧道施工過程中受影響很大，可以在地層中進行注漿，改變地層的物理性質，從而起到加固的作用，對地表的沉降起到一定的控制作用，避免地表的沉降量過大。

（4）在確保施工安全的前提下，及時施作二次襯砌[5]。考慮到開挖后的隧道面存在一定的風化巖石，且開挖部分擾動較大，產生松動，如果不及時處理，隧道會很快變形，不能形成自然拱，這樣對隧道的支護結構影響較大，對地層和地表的變形沉降影響很大。及時做好隧道開挖后的支護，降低隧道變形以及地表沉降。

（5）在豎井通斷的施工過程中，由于其斷面的尺寸較大，開挖的步序也較多，而且部分存在重疊開挖。在開挖中，每步開挖會對豎井通道頂部的沉降造成一定的影響，進而引起地表的沉降。因此，在施工過程中，盡量控制開挖各步之間的距離。

（6）施工中加強監測，及時進行數據分析，從而可以反饋，指導施工。根據施工監測方案，要求每天對地表沉降及建筑物的沉降進行監測，做好數據處理，及時反饋沉降監測信息，對地鐵施工提供參考，保證地鐵安全施工。

5 結束語

地鐵施工中，選用合適的量測方法和數據分析方法，對關鍵部位施工做到有的放矢，保證施工及周圍建筑物的安全[6]。在地鐵快速發展的今天，如何控制地鐵施工過程中地表沉降，成為施工一個難點。特別在地鐵路線附近居住市民、建筑密集、交通比較發達的地方，如果地表沉降控制不好，不僅影響到路面的交通，而且影響到沿線附近的建筑；甚至會導致建筑倒塌，造成生命的安全。因此，在地鐵的施工過程中，一定要做好地表沉降的監測及預測，為地鐵施工提供指導；同時，針對可能出現嚴重情況的地表采取相應的控制措施，以保證地鐵施工的安全進行。

參考文獻

[1]張雄.盾構法隧道施工引起地表沉降研究[D].河北工程大學，2012.

[2]賽云秀.城市可持續發展與地下空間開發[J].西安公路交通大學學報，2000，20（2）.

[3]賀美德，劉軍，樂貴平，等.地鐵隧道施工引起的地表沉降分析[C].市政技術，2005：5.

[4]駱建軍，張頂立，王夢恕，等.地鐵施工沉降監測分析與控制[J].隧道建設，2006，01：10-13.

[5]劉明新.深圳地鐵某隧道施工地表過大沉降分析及控制[J].西部探礦工程，2009，10：171-174.

[6]鄭懷洲.北京地鐵東四站地表沉降監測數據分析[J].鐵道標準設計，2006，04：60-62.

作者簡介：鞏立亮（1980-），男，漢族，山東臨沂人，工程師，主要從事安全監測、檢測、巖土體穩定性分析等方面的研究。