淺埋大跨暗挖地鐵車站施工地表沉降控制

尚振波

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京市 100020）

0 引言

根據以往工程建設的相關經驗和理論應用情況來說，淺埋暗挖法由原先只能應用于簡單地質條件中發展至可適用于復雜地層與環境條件。因為該施工工藝應用過程中，可以對施工參數進行調整，便可提升施工速率。所以，已經成為了當前地下工程建設中應用廣泛的施工方法。文章結合烏魯木齊2號線05區段施工情況進行總結。

1 工程實例概述

本標段包含兩座車站(幸福路中站、幸福路西站)兩個區間(幸福路中站～幸福路西站區間、幸福路西站～南門站區間)，兩站兩區間均采用暗挖法施工，工程總造價為6.83億，合同工期為2016.10.18～2020.10.17。幸福路中站為烏魯木齊市軌道交通2號線一期工程（延安路—華山街）的第五座車站，車站中心里程為YCK9+316.490，為地下兩層島式站臺車站，箱型兩層兩跨結構，車站長264.914m，寬 19.7m，總建筑面積 15743m2。幸福路西站為烏魯木齊市軌道交通2號線一期工程（延安路—華山街）的第六座車站，為地下二層島式暗挖車站，車站總長274m、寬為24.84m，車站高度為19.666m，總建筑面積約為18077m2。幸福路中站—幸福路西站區間工程，起始里程YCK9+461.484，終點里程 YCK10+232.754，區間全長度772.664m。幸福路西站—南門區間區間工程，起始里程YCK10+503.774，終點里程YCK10+919.750，區間全長度415.976m。

2 地表沉降監測分析

式中：y為監測點與隧道軸線的水平距離；S為距離隧道中線處的地表沉降；Smax為最大地表沉降（y=0處）；i為地表沉降槽反彎點至隧道軸線距離。

地層損失率為單位距離內地層損失占隧道開挖體積的百分比：

2.1 沉降槽寬度參數及地層損失率

地標沉降的橫向影響范圍和地層的擾動程度分別是由地標沉降槽反彎點距離i和地層損失率V1予以反饋。由式（1）可知，對i進行計算分析，從而明確橫向地標沉降槽的發展規律。通過式（2）、式（3）對沉降槽寬度參數K和地層損失率V1進行分析和計算。

式中：V1為地層損失率（%）；D為隧道等效直徑。

部分學者認為i和隧道埋深、跨度有直接聯系，O’Reilly經過研究發現的影響因素就是隧道埋深，即：

式中：Zt為隧道軸線埋深，m；K為地表沉降槽寬度參數。其中，K與地層條件、施工方法相關。

選擇沒有遭到破壞，數據沒有間斷的監測點進行數據擬合。該項目選用了Origin軟件進行數據擬合分析，高斯分布函數為擬合函數，進行非線性擬合，見圖1。

圖1 地表沉降橫向擬合曲線

由圖1可知，通過高斯分布函數擬合，滿足數據處理的精度要求，擬合誤差也控制在允許范圍內。

由圖1獲得的監測數據可知，沉降規律大致相同，呈現為沉降槽狀。車站斷面的等效直徑為21m，i的范圍是 13～17.43，K的范圍為 0.544～0.73，Smax的范圍為 57.68～74.63mm，Vs為 2.079～5.511，地層損失率V1=5.9%～7.23%。由此可見，Smax已經大于30mm的沉降控制值。車站拱頂位置的圍巖穩定性較差。對此進行分析可見，工程中的分布開挖會造成圍巖結構的多次位移，這樣會造成最終沉降值的擴大[1]。由圖2的3個斷面的擬合分析可知，反演系數詳盡，所以，3個斷面的所有監測點反演分析可以進行合理推測為未開挖區域的地表沉降。

圖2 3個斷面沉降數據的擬合沉降降槽曲線

3個斷面的綜合擬合分析：i為14.97，Smax為65mm，k為0.626，V1為7.03%。推測為未開挖地段。

2.2 縱向沉降變形

在實際施工過程中，處于同一水平的左右導洞同時開挖，在群洞效應的影響下，左右導洞開挖會對地表沉降造成很大影響[2]。所以，需要對以上步驟進行綜合考量，這樣可以更加真實反饋出現場作業對于地表沉降的不利影響。

根據地表縱向歷時曲線可知車站主體開挖的每一個環節都會造成車站主體上方地表沉降的加劇。車站主體的多階段開挖也會對圍巖結構造成擾動，同時也會引發相應的地表沉降。

地表沉降變化最為頻繁的階段就是左右兩側導洞開挖，因為上導洞所處的圍巖結構是強風化巖層，所以地表沉降發展速度最快。左右兩側下導洞對于地表沉降的發展影響可以直接忽略。

地表沉降的最大限值是工程安全保障的關鍵所在，所以，需要將此次監測中設置的3個斷面的最大沉降點作為主要研究對象，求出每步所占比例的平均值。當上部為軟地層，所以變形會加劇。

3 淺埋大跨暗挖地鐵車站施工地表沉降控制方法

3.1 沉降監測

該項目對于降水與地表沉降的監測主要有兩個重點，即相鄰基點間的聯測及周邊建筑物、地面的沉降，需從降水施工開始跟蹤監測至建筑物結構施工結束。

3.1.1 沉降監測點布設

（1）建筑物監測點布設。在布設監測點前，需要和各建筑物的相關產權單位進行溝通和協調，可以使用小型發電機替代為建筑物提供電源。同時，需在建筑物墻體上鉆孔，孔徑應為28mm，深度為20mm，與地面距離為30cm。需要將直徑為22mm的“L”型測點置入孔中，并且使用高標號的水泥砂漿填充，做好標記，保證監測點安全。

（2）地面監測點布設。地面布設的監測點主要包括水準基準點和工作基點，盡量布設在路線周邊的建筑物上，但是和線路的距離不得大于100m[3]。

3.1.2 監測工作

在降水之前，需要通過周邊已經聯測過的工作基點或水準基點，對建筑物和地面沉降進行跟蹤觀測，反復檢測，以獲得監測點的初始值。在降水工作開始過程中，需間隔一周進行一次測量，在連續測量3次后，若每日的沉降量小于±0.04mm，則更改測量頻率，變為半月一次[4]。

3.1.3 監控量測預警預報

在項目標段內，若建筑物的累積沉降量達到20mm，而地面沉降量達到25mm時，則需要將相關數據上報給相關單位，并對沉降產生原因和位置進行分析，為補救方案的制定提供依據。

3.1.4 數據處理及資料提交

需建立規范的工作程度，對外業進行管控。但是需對現場進行全面檢查，檢查無誤之后才可開始內業的計算工作。應用專業的沉降分析軟件對建筑物、地面點的沉降變化進行分析，并繪制相應的圖表，真實反映沉降變化情況。

3.2 沉降控制

3.2.1 加強初支質量控制

依據設計圖紙為超前小導管注漿做好準備工作。深入施工現場進行全面勘察，依據掌子面的地質條件選擇適宜的注漿材料。對于不良地質路段，需縮小開挖進尺，上部導洞環形開挖過程中需要預留出核心筒，作為噴射混凝土封閉開挖工作面。在初期支護封閉成環后進行背后回填注漿。

3.2.2 洞內治理措施

（1）堵水注漿

施工單位對初支滲漏水點進行了全面排查，對于滲漏水位置，使用風鎬鑿除或者是電錘開孔方法建立初期支護混凝土作業面，在其中合理設置注漿導管；穿透初支混凝土后，應將注漿管固定在初支背后的土面，其周圍易滲漏位置也需做好封閉工作，外露的注漿管長度不得大于200mm。

（2）徑向管注漿

所謂徑向管注漿就是在導洞拱部的起拱線范圍下布設注漿管。因為導洞開挖過程中，導洞拱部位置形成了凌空面，但是因為背后注漿作業由一定的時間差，若徑直開挖則會對周邊巖層造成擾動，不利于工程地質結構的穩定性。徑向管注漿作業主要應用于開挖引發的拱部松散土體的加固處理。該工程選用了DN32焊接鋼管，注漿管長度為2m，按照已經完成的隧道結構拱部進行布設，環向間距2m，縱向間距2m。泥漿配制標準同上[5]。

（3）地面治理措施

對于一般地段，地面注漿管垂直深入地層的深度為3m，而導洞上方、兩側至開挖導洞輪廓線外5m的范圍內進行設置，相鄰間隔距離為5m，按照梅花形進行布設。對于雷達監測出松散、空洞區域，注漿導管需要加密布置，間距變為3m，也按照梅花形進行布設。

4 結語

綜上所述，淺埋大跨暗挖地鐵車站施工因為導洞斷面較大，且拆撐程序較為復雜。在土方開挖過程中也會對周邊的圍巖結構造成擾動，若不加強支護則會造成地表沉降增加。為此，需要合理布設監測點，保證沉降監測數據準確全面，從而對場地內的變形趨勢進行合理推測，提前采取防范措施，保證結構穩定和建設安全。

參考文獻：

[1]阮松.地鐵車站淺埋暗挖法施工引起沉降的控制措施研究[D].北京:北京交通大學,2008.

[2]尚淑萍.鐵路站場下修建大跨度地鐵隧道地表沉降控制技術研究[D].陜西西安:長安大學,2015.

[3]趙歡.城市淺埋軟弱圍巖地鐵隧道施工引起的地表沉降及控制研究[D].重慶:重慶交通大學,2014.

[4]董子龍,隆衛.大連地鐵興工街站復合地層超大跨淺埋暗挖施工關鍵技術[J].隧道建設,2013(6):489-498.

[5]謝晉水,許兆義,李麗,等.大跨度復雜地層地鐵車站施工誘發地面沉降的工序對比[J].北京交通大學學報:自然科學版,2013(3):87-91.