武漢地鐵淺埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究

蔣雙雙

（中鐵十一局集團第一工程有限公司 湖北襄陽 441004）

隨著社會經濟的快速發展和“城鎮化”戰略的深入推進，地鐵施工已然成為武漢城市交通建設的重要內容。由于武漢城市地鐵隧道往往埋深較淺，而且周邊環境較為復雜，如果在地鐵隧道施工過程中對于地面沉降控制不好，就容易對周圍地面建筑物、道路和管線造成破壞，產生不良的社會影響[1]。淺埋暗挖是一種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方法，以改造地質條件為前提、以格柵和噴錨為初期支護手段，將淺埋暗挖應用于隧道施工，有助于控制地面沉降，具有重要的現實意義。

1 淺埋暗挖隧道施工法概述

淺埋暗挖隧道施工法沿用新奧法基本原理，初次支護按承擔全部基本荷載設計，二次模筑襯砌作為安全儲備，將初次支護和二次襯砌共同承擔特殊荷載。采用多種施工輔助手段，包括超前支護、改善圍巖質量、及時支護封閉成環等，形成淺埋暗挖隧道施工聯合支護體系。在應用淺埋暗挖隧道施工法予以設計和施工過程中，可以同時采用多種輔助工法進行超前支護，改善加固圍巖，調動部分圍巖自承能力。通過采用不同開挖方法及時支護、封閉承歡，使其與圍巖共同作用形成聯合支護體系，并在施工過程中監控量測、信息反饋和優化設計，形成多種綜合配套技術。由于淺埋暗挖隧道施工法具有造價低、拆遷少、靈活多變、無須太多專用設備以及不干擾地面交通和周圍環境等特點，因而得到了廣泛的應用[2]。隨著信息化技術的實施，淺埋暗挖隧道施工法實現了技術的全過程控制，有效地減少了地層損失導致的地表移動變形等環境問題，充分發揮其特點，為城市地下工程設計和施工提供了一種非常好的方法，實現了社會效益和環境效益的雙贏。

2 武漢地鐵淺埋暗挖隧道施工地面沉降的影響因素

2.1 隧道埋深

隧道結構拱頂上部覆蓋的土層厚度和隧道結構跨度直接關系施工地面的沉降，當隧道埋深大于隧道直徑時，地面沉降一般可以控制在標準范圍內。如果隧道埋深＜隧道直徑，地面沉降往往遠超過控制標準，這無疑提高了施工成本。

2.2 圍巖質量和土體性質

淺埋暗挖隧道施工的基礎是通過土地自然成拱的穩定性進行初期支護，在隧道開挖的過程中必然會對土體產生擾動，如果土地圍巖質量不高容易引起坍塌，土體也無法自然成拱，這無疑大大影響隧道的支護結構，更容易發生地面沉降以及加大地面沉降的程度。

2.3 水體因素

由于地鐵隧道施工位置多位于地下水位線以下，在施工過程中進行排水容易導致地下水滲出，如果滲出情況嚴重會導致地層失水嚴重，土層的空隙減小、節理裂隙收縮，容易造成較為嚴重的地面沉降。

2.4 施工方法

施工方法是影響地面沉降的重要因素，施工進程越慢，隧道開挖面暴露的時間越長，發生沉降的時間被延長，增加地面沉降程度。施工臺階法作為一種常用地地鐵隧道施工方法，在施工方法中也最容易導致地面沉降。

3 武漢地鐵淺埋暗挖施工如何控制地面沉降的相關措施

3.1 開挖控制

地鐵淺埋暗挖隧道開挖施工前應對地鐵隧道施工相關的地質材料進行詳細的分析和嚴格的調研，根據隧道斷面的差異性和圍巖類型的不同制定具體的、細致的方案和采取不同的開挖方法。注意各個開挖面的間距不宜過大，一般為3～5m，嚴格控制開挖循環尺寸，盡可能地減少對于圍巖的干擾和減少土體的暴露時間，盡可能地采取人工開挖方法，避免出現超挖的情況發生，加強施工現場監控量測，提高圍巖土體的穩定性，及時做好支護，做到挖多少就支護多少。做好超前預注漿加固，控制好注漿壓力和注漿量，保證加固效果的科學有效。

3.2 適度排放地下水

在地鐵淺埋暗挖隧道施工過程中，地下水過多無疑會增加上覆地層特別是隧道施工面附近地層的強度，盡管武漢降水量較多，地下水量相對較為豐富，而像砂層、礫砂等較為特殊的地層如果過度抽排地下水容易引起上覆地層固結，從而導致地面發生明顯沉降。因此，在保證地鐵淺埋暗挖隧道施工的工作面處于正常、穩定的開挖條件下，應注意控制對地下水的抽取和排放。可以依據施工地質條件和水文條件應用旋噴樁或者止水帷幕等技術限制滲水，對于表層或者洞內可通過予以注漿限制地下水滲透，加快地下水的抽排，完成掌子面的開挖后應及時對其周圍進行注漿。

3.3 采取科學施工方法

由于武漢地鐵隧道拱頂有很大部分處于粘土或者強風化巖中，隧道的覆蓋土層厚度較少，使用初期支護和二次襯砌聯合受力符合襯砌結構予以支護。初期支護可通過掛網噴錨、系統錨桿、格柵剛架，完成初期支護后由于受力作用影響產生形變，應擴大小管直徑和縮短小管間距，提高注漿效率和質量，保證開挖過程中圍巖的臨時穩定；二次支護可通過鋼筋襯砌，特別是軟土層一定要及時施工，承擔一期支護結構傳遞受力。在淺埋暗挖隧道施工過程中，應盡可能地增加左右線隧道開挖面的相對距離，最大程度減少兩線隧道在開挖過程中互相產生的影響。對于軟土層應注意減少開挖尺寸，縮短掌程面暴露時間。

3.4 注意不良地層施工控制

武漢處于長江中下游平原，軟土層等不良地層所占面積較大，對于地鐵淺埋暗挖隧道施工具有重要的影響，應注意對軟土層等不良地層的施工控制。針對軟土層大斷面淺埋暗挖隧道不適宜全斷面開挖的特點，可以選擇分部開挖，將整體工程分部和增加開挖步驟，能夠使開挖面更加穩定，尤其在地下水較多的情況下，根據隧道斷面的具體情況包括大小、形狀、埋深、地層等實施，對于地層條件差、斷面大的隧道可以采用眼睛法。

（1）正確留設核心土。不良地層的淺埋暗挖隧道留設核心土，有效縮短開挖斷面的閉合時間，以隧道開挖寬度為宜，盡量保持核心土的長度和臺階長度一致，保證寬度和高度的空間性。核心土留設能夠大大減少地層水平移動和施工前方土體垂直移動，增加施工面土體緊實程度。

（2）在地鐵淺埋暗挖隧道施工過程中應做好施工過程中的監測工作，在超淺埋地段掌子面前后1～2倍的洞涇范圍內增加監測點，加大施工監測頻率，提高施工信息技術水平。

4 結束語

綜上所述，在城市空間日趨被壓縮的背景下，城市地下空間的利用成為社會關注的熱點，尤其體現在城市地鐵建設中。武漢地鐵建設在施工過程中難免會遇到各種地質地形，容易發生地面沉降。淺埋暗挖隧道施工法作為一種新型的地鐵施工方法，在地鐵施工過程中得到廣泛地應用，必須要正確采用施工方法，進一步完善施工程序，最大程度減少地面沉降的發生，保證地鐵施工質量。

[1]蔣博林.淺埋暗挖地鐵隧道施工安全性和風險分析研究[D].重慶：重慶交通大學，2011.

[2]劉惠濤.武漢地鐵淺埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究[D].武漢：華中科技大學，2011.