北京地鐵9號線復雜地質條件下礦山法施工地表沉降分析

魏紹軍 張軒軼 蔡雨

（北京城建勘測設計研究院有限責任公司）

北京地鐵9號線復雜地質條件下礦山法施工地表沉降分析

魏紹軍 張軒軼 蔡雨

（北京城建勘測設計研究院有限責任公司）

北京地鐵9號線大部分地層為砂卵石地層，局部為礫巖、泥巖、粘土層和砂層，本文主要對不同地層下礦山法的地表沉降進行了簡要分析。某礦山法區間標準段地下水問題較大，現場采用水平旋噴樁和深孔注漿堵水兩個方案進行對比，通過地表沉降監測及現場巡查手段，為建設單位最終選擇施工方案提供了數據支持。該區間停車線段中間是礦山線大斷面（寬12.1m，高9.7m，6部CRD法施工），兩邊是左線、右線礦山法標準段，本文摸索了沉降的變形規律，并結合監測數據對其施工的個別環節提出了相關建議，最終順利完成了施工。

地鐵監測；地表沉降；水平旋噴樁；礦山法大斷面；砂卵石地層

1 北京地鐵9 號線工程概況

1.1 線路概況

北京地鐵9號線工程整體呈南北走向，全長約16.4km，全部為地下線路，共設車站13座，主要分布在豐臺區和海淀區，線路起于豐臺區郭公莊站，沿萬壽路南延段向北一直到廣安路路口，右轉穿過六里橋至羊坊店路，向北穿過北京西客站及玉淵潭公園，沿首都體育館南路繼續向北，接入M4線白石橋站。

1.2 工程、水文地質情況

（1）工程地質條件：北京地鐵9號線線路位于北京西部永定河沖洪積扇的中上部，線路穿越的地層在西客站以南部分以砂卵石地層為主，西客站以北以第三系泥巖、礫巖和砂卵石地層為主[1]。

砂卵石地層是一種典型的力學不穩定地層，其基本特征是結構松散、無膠結，呈大小不等的顆粒狀。這種地層擾動反映靈敏，很容易受開挖影響破壞原來的相對穩定或平衡狀態，使開挖面和洞壁失去約束而失穩[2]。

（2）水文地質條件：沿線潛水水位標高在19.03～24.00m之間，水位埋深在21.49～28.30m之間（北京西客站以南水位均在結構以下），玉淵潭一帶由于接受引水渠及湖水的補給，地下水位較高，水位埋深為9.60m，水位標高為38.89m（西軍區間和軍事博物館站受影響較大）。

2 不同地層條件下礦山法施工地表沉降分析

2.1 復合地層條件下礦山法施工地表沉降分析

北京地鐵9號線北京西客站～軍事博物館區間采用礦山法施工，標準段（馬蹄形標準斷面）施工中地下水問題較大，深孔注漿和水平旋噴樁工藝進行比選；停車線段為礦山法大斷面（寬12.1m，高9.7m），采用CRD工法，6部開挖，上部為砂層和粉質粘土層，中部為粉質粘土層，下部為粉質粘土層和礫巖層。

（1）標準段施工：區間中間位置設置豎井和橫通道，橫通道進正線施工時，掌子面前方滲水極大，每小時達到8、9方水，地下水問題較大，現場采用深孔注漿堵水和施作水平旋噴樁兩種方案進行對比，如圖1～2。

圖1 橫通道進正線涌水較大

①深孔注漿堵水情況下的地表沉降控制

圖2 水平旋噴樁施工

掌子面180°范圍內進行深孔注漿，間距30～50cm，仰角10～18°，每15m做一循環，開挖約12m。沉降曲線如圖3所示。

圖3 深孔注漿工藝下典型地表沉降測點時程曲線圖

深孔注漿堵水情況下，拱頂仍有一定滲水，工作面環境較差，且未能有效地抑制地表沉降，從開始沉降到沉降趨于穩定，差不多要經歷10個月時間，且累計變形大多超過20mm，最大累計變形值能達到25mm。

②施作水平旋噴樁情況下的地表沉降控制

掌子面180度范圍內施作水平旋噴樁，樁長30m，樁徑800mm，咬合約1/5，每30m做一循環，開挖約27m[3]。沉降曲線如圖4所示。

圖4 水平旋噴樁工藝下典型地表沉降測點時程曲線圖

施作水平旋噴樁后，加強了掌子面拱頂的穩定性，并且極大地減少了拱頂的滲漏水情況，有效地控制了沉降，最大累計變形值在15mm內（控制值30.0mm）。

經過近10個月對地表沉降測點的監測，通過比較分析，認為施作水平旋噴樁相對于深孔注漿堵水更有利于對沉降的控制，且工作面環境大大優于后者，因此建設單位最終選定水平旋噴樁方案。

（2）停車線段施工：9號線左線、右線和7號線停車線下穿羊坊店路1號過街通道。過街通道為鋼筋混凝土裝配式閉合框架結構。通道全長29m，主通道長19m，兩端設伸縮縫，通道底板為現澆，側墻及部分頂板預制拼裝。

圖5 9號線左線、右線和7號線停車線下穿羊坊店路1號過街通道剖面示意圖

①前期現場只進行降水施工，降水引起通道沉降測點累計變形在4mm左右。隨后兩側的9號線左線、右線標準段依次下穿1號過街通道，通道沉降累計變形最大為-12mm，大部分在8mm內。

②7號線停車線大斷面下穿1號過街通道（斷面寬12.1m，高9.7m，CRD法，分6部開挖，上部為砂層和粉質粘土層，中部為粉質粘土層，下部為粉質粘土層和礫巖），通道沉降測點最大累計變形為-18.2mm，之后施工單位對通道進行過補償注漿，3個月后通道沉降趨于穩定，最終通道最大累計沉降值為-18.5mm（控制值30mm）[4]。由圖6結合監測數據及工況分析可知，后施工的中間的礦山法大斷面對通道的沉降影響比先施工的兩側9號線左線、右線對通道的沉降影響要大。大斷面分6部CRD法施工，當開挖3、4部時階段影響最大（先開挖1、2部）。上面的3部有砂層，因此注意超前注漿效果，并注意保持各部的開挖步距，初支背后及時回填注漿，最大限度的分階段分部控制沉降。當各階段沉降超標時，應邊開挖邊補償抬升[5]，限制大幅沉降（如圖7）。

圖6 西軍區間下穿1號過街通道沉降測點時程曲線圖

圖7 大斷面開挖步序圖

沉降最大位置發生在中間7號線停車線大斷面上方，累計沉降最大達到60mm，9號線左線、右線標準段上方地表累計沉降能達到30mm，標準段和大斷面施工存在交叉影響（標準段先施工），沉降槽影響范圍及沉降情況如圖8所示。

2.2 無水砂卵石地層條件下礦山法施工地表沉降情況

郭公莊～豐臺科技園區間暗挖段、豐南～豐東區間、豐北～六里橋區間暗挖段、六里橋～太平橋區間暗挖段、太平橋～北京西客站區間、東釣魚臺～白石橋南區間暗挖段、白石橋南～國家圖書館區間，均采用礦山法施工，主要為無水砂卵石地層，地表沉降累計沉降值一般在20mm以內（控制值一般為30mm）。

圖8 地表沉降測點斷面圖

圖9 北京地鐵9號線某區間在無水砂卵石條件下地表沉降測點時程曲線圖

無水砂卵石地層條件下礦山法施工，卵石地層增大了管棚、超前小導管成孔難度。大卵石侵界對初期支護帶來較大影響，拱部施工盡可能避開大卵石，特殊情況下需要多榀一支，甚至切割初支拱架，勢必影響初支受力。

該地層滲透性強，注漿施工時應選擇合適的漿液配比和施工工藝，采用經驗和試驗相結合的方法。

該地層相對來說容易開挖，施工進度相對較快，但容易掌子面失穩，因此超前注漿的效果、及時封閉成環、初支背后回填注漿比較關鍵。

2.3 無水礫巖、泥巖地層條件下礦山法施工地表沉降情況

軍事博物館～東釣魚臺區間暗挖段為礦山法施工，主要為無水第三系礫巖、泥巖地層，地層比較穩定，難開挖，施工進度相對較慢，沉降很好控制，累計沉降最大值約為-10.2mm（控制值30mm）。

圖10 開挖的礫巖層

圖11 開挖的泥巖層

3 結束語

（1）使用無水砂卵石地層條件下礦山法施工時，大卵石侵界對初期支護帶來較大影響。由于地層滲透性強，注漿施工時應選擇合適的漿液配比。及時封閉成環、初支背后回填注漿是該地層超前注漿的關鍵。

（2）在不具備降水條件時，區間隧道上方可采用施作水平旋噴樁方案，加強掌子面拱頂的穩定性，將極大地減少了拱頂的滲漏水情況，相比于深孔注漿堵水方案更有利于對沉降的控制，且可以創造更有利的工作面環境。

（3）大斷面CRD法施工對地表沉降的階段影響最大，應注意保持開挖步距，最大限度在每步開挖時分部控制沉降，邊開挖邊補償抬升。

[1]劉永勤，金淮，高濤，鐘巧榮.北京地鐵九號線沿線卵石地層特性研究[J].工程勘察，2011（8）.

[2]孔恒，張汎，汪波.砂卵石地層盾構隧道關鍵施工技術[A].北京市政第一屆地鐵與地下工程施工技術學術研討會論文集[C].2005.

[3]于家寶.水平旋噴樁預支護施工技術[J].鐵道建筑，2003.

[4]張軒軼，馬雪梅，葉東輝.復雜條件下的礦山法區間風險監控及沉降規律[J].鐵道建筑技術，2011（S2）.

[5]王夢恕.地下工程淺埋暗挖技術通論[M].合肥：安徽教育出版社，2004.

U231+.3

A

1004-7344（2016）02-0120-02

2015-12-22

魏紹軍（1986-），男，工程師，本科，主要從事地鐵監測工作。