關于地鐵施工地表沉降監測分析

曾良峰

（中鐵十五局集團有限公司城軌公司,廣東 深圳 518109）

關于地鐵施工地表沉降監測分析

曾良峰

（中鐵十五局集團有限公司城軌公司,廣東 深圳 518109）

根據具體的地鐵施工實例,通過監控量測并對其結果進行分析,得到地鐵施工中地表沉降規律,并結合具體的施工情況進行了沉降原因的分析,提出了相應的控制措施,為后續地鐵工程的施工提供參考。

地鐵施工；地表沉降；監測分析

0 引言

淺埋暗挖法是在距離地表較近的地下進行各種類型地下洞室暗挖施工的一種方法[1,2]。此施工方法繼1984年王夢恕院士在軍都山隧道黃土段試驗成功的基礎上,又于1986年在具有開拓性、風險性、復雜性的北京復興門地鐵折返線工程中應用,在拆遷少、不擾民、不破壞環境下獲得成功。同時,結合中國特點及水文地質系統,創造了小導管超前支護技術、8字型網構鋼拱架設計和制造技術、正臺階環形開挖留核心土施工技術和變位進行反分析計算的方法,提出了“管超前、嚴注漿、短進尺、強支護、早封閉、勤量測”18字方針,突出時空效應對防塌的重要作用,樹立了在軟弱地層快速施工的理念。由此形成了淺埋暗挖法,創立了適用于軟弱地層的地下工程設計及施工方法。

1 工程概況

某城市軌道交通中的一條線路,起點樁號為K20+383.863～K20+600.463,全線長216.6 m。該線路的車站主體為雙層暗挖段,采用上、下四導洞洞樁（柱）法施工,導洞初期施工皆采用馬蹄形暗挖結構作為支護,開挖導洞斷面寬為10.82 m,高為6.072 m。采用雙側壁導坑法進行下導洞的開挖,采用CRD法進行上導洞的開挖。在開挖施工過程中主要對與主體結構平行、埋深在1.5 m處、直徑為800 mm的鑄鐵給水管線造成影響。該地鐵線路位置如圖1所示。

圖1 線路總體位置布置圖

線路所處位置地面標高為435.5～440.0 m,高差為7.5 m。在工程所處位置處,由磚瓦碎石和粘性土組成的雜填土層厚為0.40～6.00 m,層底標高為426.31～436.71 m；具有濕餡性的壓縮性素填土層厚為0.50～5.40 m,主要由黏性土組成,含有白灰渣和少量磚瓦碎塊,其層底標高為424.90～437.23 m；新黃土層底標高為422.71～434.23 m,具有濕餡性的高壓縮性土,層厚為0.40～4.50 m。

2 施工沉降監控量測分析

2.1 測點布置

為檢測地鐵施工時地表沉降量并進行監控量測分析[3,4],測點布置縱向間距設置為10 m,設置兩排,隨著導洞開挖的深入再根據實際情況增加測點。本工程共設置18組54個測點,測點編號為DBCJ4-3～DBCJ4-21,如圖2所示。

2.2 沉降變化分析

由于篇幅有限,本文選取典型的斷面DBCJ4-19-1、DBCJ4-19-2以及DBCJ4-19-3這 3個測點進行施工與地表沉降的分析。根據得到的沉降變化數據繪制而成的沉降變化曲線如圖3所示。

圖2 測點布置圖(單位:mm)

圖3 地表沉降變化圖

分析圖3可知,在2004年12月17日～2005年1月10日、2005年1月30日～2005年2月19日這2個時間段的地表沉降速率變化明顯,對應的沉降速率分別是 1.70,1.80,1.74 mm/d及0.66,0.61,1.58 mm/d,與此對應的地鐵導洞施工進度如表1所示。

表1 地鐵導洞施工進度表

結合圖3及表1可知,導洞通過斷面DBCJ4-19當天的地表沉降速率為3～4 mm/d,上、下導洞各部主要在2004年12月17日～2005年1月10日和2005年1月30日～2005年2月19日這2個時間段內通過斷面DBCJ4-19,表明地鐵導洞施工與地表沉降的關系為:

（1）導洞一的5部和導洞二的6部尚未施工,導洞一的1、3部及導洞二的2、4部在單獨施工時,1、3部以及2、4部的施工類似于各個獨立的小導洞施工,由于各部之間的距離不遠,造成了群洞效應,地表沉降隨著施工的深入不斷疊加,沉降速率也越來越大。

（2）從表1可以看出,導洞一的5部和導洞二的6部進行施工后,其兩側洞襯砌尚未進行施工,整個地鐵施工相當于“扣拱”施工,使得地表的沉降速率加快。

（3）由圖2可以看出,測點DBCJ4-19-1和測點DBCJ4-19-3分別位于兩側洞上方,地表沉降速率所受的單邊導洞開挖影響較大；測點DBCJ4-19-2位于地鐵車站中拱上方,地表沉降速率所受到的單邊導洞開挖影響相對較小,但受左、右兩邊導洞施工的影響較大。導洞一（三）開挖至DBCJ4-19斷面,而導洞二（四）未開挖到達該斷面時,測點 DBCJ4-19-2的沉降速率小于測點DBCJ4-19-3但大于測點 DBCJ4-19-l的沉降速率；當導洞二（四）開挖到達該斷面時,測點DBCJ4-19-2的沉降速率小于測點DBCJ4-19-1但大于測點DBCJ4-19-3的沉降速率。在最終全部14個導洞都通過該斷面后,兩點的累計沉降值相差不大,且速率基本相同,同樣說明群洞效應對沉降的重要作用。

（4）分析圖3可知,當開挖掌子面與地表沉降點距離為10 m時,測點開始發生沉降；當開挖掌子面超過地表沉降點10 m后,測點的沉降速率明顯下降；開挖施工1周以后測點沉降趨于穩定狀態,即表明地鐵開挖施工影響半徑約為10 m,如圖4所示。

圖4 地表沉降歷時變化圖（單位:mm）

（5）斷面DBCJ4-19的3個測點沉降累計值和上、下導洞開挖施工后的沉降值如表2所示。從表2數據中可以看出,上、下導洞的開挖施工對地表沉降的影響差距不大。

表2 沉降累計值和上、下導洞開挖沉降值

3 沉降因素分析及沉降控制措施

3.1 沉降因素

（1）管線滲漏

地鐵車站雙層暗挖段選址地表下2.6 m處埋置有直徑800 mm的雨水管,地表下1.50 m處埋置有直徑800 mm的鑄鐵給水管,兩種管線埋置時間長,發生滲漏現象導致周遭底層處于水飽和狀態,土體軟化,開挖施工時由于飽和水分流失,土體發生固結從而沉降。

（2）地質因素

本工程設計拱頂埋深約為7.1 m,導洞開挖施工發現,其下部土層主要由卵石組成,其上覆蓋粉細砂和中粗砂,卵石下面為砂卵,圍巖自穩能力很差,容易發生坍塌,地表往下1 m處回填土密實度不足,土質疏松,受到擾動容易發生沉降。

（3）開挖支護結構

本工程設計為雙層暗挖結構,導洞開挖高度為6 m,寬度為10.82 m,呈扁平狀,共分為14個分部,皆采用上、下臺階開挖,在每個臺階開挖施工時進行的支護施工過程中,由于土體受到多次擾動而發生不同程度的沉降,且沉降疊加效應使得地表累計沉降值增大。

（4）地下水因素

地質勘察結果顯示,地鐵風道結構施工區域內存在上層滯水和潛水現象,在開挖施工前進行的降水施工使得土體發生失水固結,從而發生沉降。開挖施工后的排水,使得地下水在壓力差的作用下不斷滲出,地層失水而土層孔隙和節理裂隙固結收縮,從而引起地表沉降。

3.2 地表沉降控制措施

（1）在開挖施工前進行空洞探測,對地表空洞和富水區域進行處理,以提高土體密實性,減少施工過程中的沉降發生。

（2）對施工區域進行注漿加固處理,提高土層密實性。

（3）導洞開挖施工時,為加固管線周遭土體,提高土層抗變形能力,可進行注漿鋼管的打設。

4 結語

以具體的地鐵施工工程為實例,對其開挖施工時地表的沉降變化進行了詳細的分析,結合施工現場的具體情況,闡述地表沉降發生的原因,并提出了針對性的措施,以解決施工過程中的地表沉降問題,為后續地鐵工程的施工提供參考。

[1]姜波.淺埋暗挖法地鐵施工對周圍建筑物影響規律[J].遼寧工程技術大學學報(自然科學版),2016(5):484-487.

[2]馬立忠.淺埋暗挖法隧道小凈距下穿公路隧道施工技術研究[J].鐵道建筑技術,2016(4):53-57.

[3]王紹君,王偉,劉少軍.淺埋暗挖法地鐵施工地表沉降的分析與研究[J].華中科技大學學報(城市科學版),2008(3):65-68.

[4]駱建軍,王夢恕,張頂立,等.淺埋地鐵施工地表沉降監測分析[J].地下工程與隧道,2006(1):27-30,38,60-61.

U412.3

B

1009-7716（2017）07-0181-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.055

2017-03-13

曾良峰（1981-）,男,湖南邵東人,工程師,從事地鐵、隧道施工研究工作。