關(guān)于地鐵施工地表沉降監(jiān)測(cè)分析

曾良峰

（中鐵十五局集團(tuán)有限公司城軌公司,廣東 深圳 518109）

關(guān)于地鐵施工地表沉降監(jiān)測(cè)分析

曾良峰

（中鐵十五局集團(tuán)有限公司城軌公司,廣東 深圳 518109）

根據(jù)具體的地鐵施工實(shí)例,通過監(jiān)控量測(cè)并對(duì)其結(jié)果進(jìn)行分析,得到地鐵施工中地表沉降規(guī)律,并結(jié)合具體的施工情況進(jìn)行了沉降原因的分析,提出了相應(yīng)的控制措施,為后續(xù)地鐵工程的施工提供參考。

地鐵施工；地表沉降；監(jiān)測(cè)分析

0 引言

淺埋暗挖法是在距離地表較近的地下進(jìn)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(mèng)恕院士在軍都山隧道黃土段試驗(yàn)成功的基礎(chǔ)上,又于1986年在具有開拓性、風(fēng)險(xiǎn)性、復(fù)雜性的北京復(fù)興門地鐵折返線工程中應(yīng)用,在拆遷少、不擾民、不破壞環(huán)境下獲得成功。同時(shí),結(jié)合中國(guó)特點(diǎn)及水文地質(zhì)系統(tǒng),創(chuàng)造了小導(dǎo)管超前支護(hù)技術(shù)、8字型網(wǎng)構(gòu)鋼拱架設(shè)計(jì)和制造技術(shù)、正臺(tái)階環(huán)形開挖留核心土施工技術(shù)和變位進(jìn)行反分析計(jì)算的方法,提出了“管超前、嚴(yán)注漿、短進(jìn)尺、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測(cè)”18字方針,突出時(shí)空效應(yīng)對(duì)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(chuàng)立了適用于軟弱地層的地下工程設(shè)計(jì)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(diǎn)樁號(hào)為K20+383.863～K20+600.463,全線長(zhǎng)216.6 m。該線路的車站主體為雙層暗挖段,采用上、下四導(dǎo)洞洞樁（柱）法施工,導(dǎo)洞初期施工皆采用馬蹄形暗挖結(jié)構(gòu)作為支護(hù),開挖導(dǎo)洞斷面寬為10.82 m,高為6.072 m。采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法進(jìn)行下導(dǎo)洞的開挖,采用CRD法進(jìn)行上導(dǎo)洞的開挖。在開挖施工過程中主要對(duì)與主體結(jié)構(gòu)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(biāo)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(biāo)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(biāo)高為424.90～437.23 m；新黃土層底標(biāo)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(jiān)控量測(cè)分析

2.1 測(cè)點(diǎn)布置

為檢測(cè)地鐵施工時(shí)地表沉降量并進(jìn)行監(jiān)控量測(cè)分析[3,4],測(cè)點(diǎn)布置縱向間距設(shè)置為10 m,設(shè)置兩排,隨著導(dǎo)洞開挖的深入再根據(jù)實(shí)際情況增加測(cè)點(diǎn)。本工程共設(shè)置18組54個(gè)測(cè)點(diǎn),測(cè)點(diǎn)編號(hào)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(gè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行施工與地表沉降的分析。根據(jù)得到的沉降變化數(shù)據(jù)繪制而成的沉降變化曲線如圖3所示。

圖2 測(cè)點(diǎn)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(gè)時(shí)間段的地表沉降速率變化明顯,對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)的地鐵導(dǎo)洞施工進(jìn)度如表1所示。

表1 地鐵導(dǎo)洞施工進(jìn)度表

結(jié)合圖3及表1可知,導(dǎo)洞通過斷面DBCJ4-19當(dāng)天的地表沉降速率為3～4 mm/d,上、下導(dǎo)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(gè)時(shí)間段內(nèi)通過斷面DBCJ4-19,表明地鐵導(dǎo)洞施工與地表沉降的關(guān)系為:

（1）導(dǎo)洞一的5部和導(dǎo)洞二的6部尚未施工,導(dǎo)洞一的1、3部及導(dǎo)洞二的2、4部在單獨(dú)施工時(shí),1、3部以及2、4部的施工類似于各個(gè)獨(dú)立的小導(dǎo)洞施工,由于各部之間的距離不遠(yuǎn),造成了群洞效應(yīng),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(dǎo)洞一的5部和導(dǎo)洞二的6部進(jìn)行施工后,其兩側(cè)洞襯砌尚未進(jìn)行施工,整個(gè)地鐵施工相當(dāng)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(cè)點(diǎn)DBCJ4-19-1和測(cè)點(diǎn)DBCJ4-19-3分別位于兩側(cè)洞上方,地表沉降速率所受的單邊導(dǎo)洞開挖影響較大；測(cè)點(diǎn)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(dǎo)洞開挖影響相對(duì)較小,但受左、右兩邊導(dǎo)洞施工的影響較大。導(dǎo)洞一（三）開挖至DBCJ4-19斷面,而導(dǎo)洞二（四）未開挖到達(dá)該斷面時(shí),測(cè)點(diǎn) DBCJ4-19-2的沉降速率小于測(cè)點(diǎn)DBCJ4-19-3但大于測(cè)點(diǎn) DBCJ4-19-l的沉降速率；當(dāng)導(dǎo)洞二（四）開挖到達(dá)該斷面時(shí),測(cè)點(diǎn)DBCJ4-19-2的沉降速率小于測(cè)點(diǎn)DBCJ4-19-1但大于測(cè)點(diǎn)DBCJ4-19-3的沉降速率。在最終全部14個(gè)導(dǎo)洞都通過該斷面后,兩點(diǎn)的累計(jì)沉降值相差不大,且速率基本相同,同樣說明群洞效應(yīng)對(duì)沉降的重要作用。

（4）分析圖3可知,當(dāng)開挖掌子面與地表沉降點(diǎn)距離為10 m時(shí),測(cè)點(diǎn)開始發(fā)生沉降；當(dāng)開挖掌子面超過地表沉降點(diǎn)10 m后,測(cè)點(diǎn)的沉降速率明顯下降；開挖施工1周以后測(cè)點(diǎn)沉降趨于穩(wěn)定狀態(tài),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(shí)變化圖（單位:mm）

（5）斷面DBCJ4-19的3個(gè)測(cè)點(diǎn)沉降累計(jì)值和上、下導(dǎo)洞開挖施工后的沉降值如表2所示。從表2數(shù)據(jù)中可以看出,上、下導(dǎo)洞的開挖施工對(duì)地表沉降的影響差距不大。

表2 沉降累計(jì)值和上、下導(dǎo)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(shí)間長(zhǎng),發(fā)生滲漏現(xiàn)象導(dǎo)致周遭底層處于水飽和狀態(tài),土體軟化,開挖施工時(shí)由于飽和水分流失,土體發(fā)生固結(jié)從而沉降。

（2）地質(zhì)因素

本工程設(shè)計(jì)拱頂埋深約為7.1 m,導(dǎo)洞開挖施工發(fā)現(xiàn),其下部土層主要由卵石組成,其上覆蓋粉細(xì)砂和中粗砂,卵石下面為砂卵,圍巖自穩(wěn)能力很差,容易發(fā)生坍塌,地表往下1 m處回填土密實(shí)度不足,土質(zhì)疏松,受到擾動(dòng)容易發(fā)生沉降。

（3）開挖支護(hù)結(jié)構(gòu)

本工程設(shè)計(jì)為雙層暗挖結(jié)構(gòu),導(dǎo)洞開挖高度為6 m,寬度為10.82 m,呈扁平狀,共分為14個(gè)分部,皆采用上、下臺(tái)階開挖,在每個(gè)臺(tái)階開挖施工時(shí)進(jìn)行的支護(hù)施工過程中,由于土體受到多次擾動(dòng)而發(fā)生不同程度的沉降,且沉降疊加效應(yīng)使得地表累計(jì)沉降值增大。

（4）地下水因素

地質(zhì)勘察結(jié)果顯示,地鐵風(fēng)道結(jié)構(gòu)施工區(qū)域內(nèi)存在上層滯水和潛水現(xiàn)象,在開挖施工前進(jìn)行的降水施工使得土體發(fā)生失水固結(jié),從而發(fā)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(jié)理裂隙固結(jié)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(jìn)行空洞探測(cè),對(duì)地表空洞和富水區(qū)域進(jìn)行處理,以提高土體密實(shí)性,減少施工過程中的沉降發(fā)生。

（2）對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行注漿加固處理,提高土層密實(shí)性。

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

4 結(jié)語

以具體的地鐵施工工程為實(shí)例,對(duì)其開挖施工時(shí)地表的沉降變化進(jìn)行了詳細(xì)的分析,結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況,闡述地表沉降發(fā)生的原因,并提出了針對(duì)性的措施,以解決施工過程中的地表沉降問題,為后續(xù)地鐵工程的施工提供參考。

[1]姜波.淺埋暗挖法地鐵施工對(duì)周圍建筑物影響規(guī)律[J].遼寧工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)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(shù)研究[J].鐵道建筑技術(shù),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(xué)學(xué)報(bào)(城市科學(xué)版),2008(3):65-68.

[4]駱建軍,王夢(mèng)恕,張頂立,等.淺埋地鐵施工地表沉降監(jiān)測(cè)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。