砂性地層地鐵暗挖施工地層沉降及控制措施研究

王亮++袁東

摘 要：基于沈陽地區的砂性土層地質情況，結合沈陽地鐵工程某區間的暗挖施工工程，對地表沉降和拱頂沉降的監測數據進行采集和分析，探討了砂性地層地鐵暗挖施工地層沉降的影響因素，并提出了地層沉降的控制措施，供現場的施工技術人員和設計人員參考。

關鍵詞：砂性地層；暗挖施工；地層沉降；影響因素；控制措施

近年，我國各大城市修建了大量的地鐵工程，暗挖施工方案廣泛采用。暗挖施工不可避免地會產生地層沉降，是影響城市地鐵暗挖施工安全的一個關鍵因素，必須要引起各方的重視。

1 工程概況

沈陽某地鐵區間隧道為單洞馬蹄形斷面，高6.63m，寬6.4m，采用格柵鋼架+網噴砼+二襯的復合式襯砌。采用正臺階預留核心土法開挖，拱頂埋深約9m，場地屬第四系渾河高漫灘地貌單位類型，主要位于中粗砂層和礫砂層。

2 地層沉降監測與分析

通過對地表沉降和拱頂沉降的監測，探尋地層沉降規律及沉降槽曲線特征。地表沉降與拱頂沉降監測點沿隧道縱向每10m布置一組，兩者位置相對應。

2.1 地表沉降與拱頂沉降對比分析

區間隧道中線處的地表沉降和拱頂沉降曲線如圖1所示。

在掌子面前方一定范圍內出現了地表沉降，即工前沉降，沉降速度較緩，幅度不大。進入開挖階段后，地表沉降加速發展，速度和幅度均較大，總沉降值達11mm。隨后，地表沉降進入穩定階段，沉降速度很小，沉降幅度基本不變，即收斂沉降。拱頂沉降在開挖后迅速開展，掌子面處就有一定幅度的沉降。之后，拱頂沉降進入穩定階段，其時點與地表沉降進入穩定階段的時點接近。

與地表沉降相比較，拱頂沉降的幅度要比對應地表沉降大，且隨著距離掌子面的距離加大而變大，增大的幅度介于1.3-3.65mm之間。但由于前期地表沉降幅度較小，故隨著地表沉降的加大，拱頂沉降值比地表沉降值增大的比例逐漸減小，從127.5%逐漸減小到32.3%。

2.2 地表橫向沉降槽特征分析

區間隧道地表沉降槽曲線如圖2所示，隧道中線處沉降值最大，兩側地表沉降基本對稱。距掌子面20m后，隧道兩側地表沉降趨于穩定，30m后隧道中線處地表沉降趨于穩定。距掌子面20m內，地表沉降屬開挖時的快速發展階段。橫向上，在隧道中線一倍洞徑范圍內地表沉降較大，一倍洞徑外地表沉降趨于穩定。

3 地層沉降影響因素分析

結合本工程實際情況，影響地層沉降的因素主要包括地層特性、施工方法、支護方案、輔助措施幾個方面：（1）地層特性：本工程地層主要為含水的中粗砂、礫砂地層，開挖施工時輸排地下水會導致地層沉降。同時砂性土質比較松散，開挖過程中不易保持穩定，容易造成局部坍方。（2）開挖方法：采用合理的開挖方法能把地層沉降控制在合理范圍內，保證施工安全。本工程中采用的上下臺階預留核心土法施工，可以有效保證掌子面的穩定性，減小掌子面和周邊地層向隧洞內侵入。（3）初支方案：必須保證初期支護具有足夠的強度和剛度才能保證地層的穩定性和不產生過大的變形，本工程采用格柵拱架+網噴砼初期支護，保證了足夠的強度和剛度。

4 地層沉降控制措施分析

通過前述分析可知，在砂性地層中開展地鐵隧道暗挖施工的關鍵是控制地表的工前沉降和開挖沉降，以及開挖拱頂沉降，建議采用如下措施：（1）工前地表沉降控制：工前地表沉降是在開挖前發展的，主要是由于開挖后砂層向洞內侵入，造成地層損失，故建議在變形要求嚴格地段采用工前注漿加固地層，提高地層抗剪強度，增加地層穩定性。（2）開挖地表沉降和拱頂沉降控制：開挖階段地表沉降和拱頂沉降具有一定的關聯性，控制兩者沉降應綜合起來考慮，著重從施工措施和施工工藝上進行優化。施工措施方面建議采取預留最大核心土開挖，開挖時滿足初支施工最小空間即可，同時采取加密小導管注漿、工字鋼拱架等增強初支剛度。施工工藝方面應遵循先加固、后開挖，短進尺、早封閉的原則，建議采取小間距拱架模式施工，快速施作初期支護，同時上部拱架做好底部支撐和鎖腳錨桿，避免拱架下沉。

5 結語

隧道暗挖施工必須控制好地層沉降，以保證施工安全。文章結合沈陽地區砂性地層某區間隧道開挖施工，結合監測數據的分析，初步探討了地表沉降和拱頂沉降的特征，分析了地層沉降的影響因素，并提出了相應的控制措施建議。但對于沈陽地區地鐵區間隧道暗挖施工地層沉降機理的認識還有待于深入研究，各種復雜因素（如水土耦合、不同施工方案等）的考量還需進一步探討。

參考文獻

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