貴陽地鐵1號線新長區間淺埋暗挖法施工地表沉降規律

周 曉 宇

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司，北京 102600)

0 引言

隨著社會經濟的迅速發展和城市化步伐的加快，我國的地鐵建設進入高速發展時期。在地鐵隧道施工過程中不可避免地擾動隧道周圍的地層[1]。且地鐵隧道位于地質復雜、隧道狹窄、地下管線密集、交通繁忙的鬧市中心，沿線地區的地鐵建設必將引起地鐵隧道結構縱向沉降，一定程度的沉降，可以視為正常現象，但是沉降量超過一定的限度，將會引起地鐵隧道結構的變形，對周邊環境產生沉降、位移，甚至引發難以想象的安全事故。因此為了確保地鐵隧道主體結構和周邊環境安全，必須對地鐵隧道結構進行沉降監測，對監測數據進行及時分析與反饋，以及對以后的沉降情況做出預測[2]。

本文通過對貴陽地鐵1號線新長區間隧道下穿復雜地層為研究背景，對地表沉降數據進行分析研究，對類似工程實踐具有理論和實際指導意義。

1 工程概況

貴陽市軌道交通1號線新村站—長江路站區間位于經開區，線路出新村站后，沿珠江路下方敷設，直至長江路站。暗挖區間隧道為雙洞單線結構，右隧設計起訖里程：YDK30+449～YDK31+179.45，長730.45 m；左隧設計起訖里程：ZDK30+449～ZDK31+179.45，長730.862 m，區間左右線間距約為13.5 m，隧道埋深9 m～11 m。本隧進口端接新村站，出口端接長江路站，施工方式采用機械開挖及礦山法爆破施工。

2 工程地質條件

新—長區間位于貴陽巖溶盆地南端峰叢谷地及小河河流侵蝕、剝蝕低中山丘陵地貌區，沿線勘察范圍內地形標高為1 082.75 m～1 087.17 m，最大高差4.5 m，該區段為南北高，東西低，地形總體平坦。地層巖土性質主要為第四系覆蓋層和基巖。

1)第四系覆蓋層。

第四系覆蓋層主要為混凝土、塊石層、粉質粘土。混凝土：雜色,質硬，為道路路面，路段均有分布；層厚0.3 m，層底高程1 077.7 m～1 086.02 m。

塊石層：雜色，由回填大塊石及少量碎石、粘土組成，碎塊石成分主要為白云巖及灰巖，硬雜質含量為58%～80%，粒徑10 cm～50 cm，局部大于1.0 m，組分均勻性差，結構松散；層厚0.9 m～5.4 m，層底高程1 062.95 m～1 068.47 m。

可塑粉質粘土：沖洪積成因，褐黃色，碎塊狀結構。場地內局部分布，伏于填土層之下，含少量分布不均勻的強風化殘塊。總體粘性一般，手捻有砂感，總體厚度不大,似層狀和透鏡狀產出；厚度0.5 m～7.5 m，平均厚度3.17 m，層底高程1 071.5 m～1 082.83 m。

2)基巖。

場地內下伏基巖為侏羅系自流井群中風化泥巖，紫紅色夾灰褐色、灰綠色，節理較發育，具遇水軟化，失水崩解特性，巖芯較破碎，呈塊狀、短柱狀，偶見柱狀。

場區內巖性為非可溶性泥巖組成，場地地層結構較復雜，第四系地層厚度變化不大，基巖面相對穩定，本場地屬構造穩定地區，未見活動斷裂、滑坡、泥石流、地面沉降等不良地質作用。場地地形較為平坦，無液化土層存在，場地總體穩定性良好。場區無活動性斷裂發育，區域構造穩定。

3 地表沉降規律分析

監測數據變化與所處地質環境密切相關，淺埋暗挖隧道在地質條件較好區域沉降變形較小，在回填土層及地質條件較差部分地表沉降較大。新長區間累計布設地表沉降監測點222個，地表測點累計變形量統計圖和地表測點累計變形量分布區間統計圖如圖1，圖2所示。

通過對新長區間地表沉降進行持續監測，約41.89%的監測點變形超過控制值，且地表沉降量小于10 mm的測點數占比26%；10 mm～20 mm的測點數占比7%;20 mm～30 mm的測點數占比4%;30 mm～40 mm的測點數占比7%;40 mm～50 mm的測點數占比5%;50 mm～60 mm的測點數占比2%;60 mm～70 mm的測點數占比5%。

3.1 地表典型測點沉降規律

地表測點累計變形量歷時曲線如圖3，圖4所示，對地表典型測點累計變形量歷時曲線進行分析研究，認為地表沉降隨著隧道掌子面的推進一般呈現出三個變形階段。第一階段為穩定及微小變形階段；第二階段為急劇變形階段；第三階段為趨于穩定階段。

1)穩定及微小變形階段：當掌子面開挖到距測點1倍～2倍隧道埋深時，地表發生一定沉降變形，變形量約為總變形量的5%～10%，原因是掌子面的開挖導致的隧道前方及上方巖土體應力調整及地下水的流失而引起的輕微變形。

2)變形急劇增大階段[3]：隨著開挖面的推進，掌子面前后各1倍開挖深度范圍內，地表沉降速率急劇變大，變形量急劇增大，該階段的變形量約占總變形量的60%～80%。原因主要是隧道的開挖對掌子面斜45°“錐形”范圍內巖土體擾動強烈，應力重新調整。此階段為施工過程中的主要沉降階段。

3)趨于穩定變形階段：當掌子面向前推進到超過測點3倍開挖深度時，擾動減弱，變形速率減小，地表測點累計變形量歷時曲線逐漸收斂。此階段的變形量約占總變形量的10%～15%，巖土體逐漸趨于穩定狀態。

3.2 地表典型測點沉降規律回歸分析

地表沉降測點歷時曲線經歷三個變形階段，曲線圖形類似，因此可構造函數，通過構造函數對實測曲線進行擬合，通過擬合曲線對巖土體穩定性進行預測和評價。地表典型測點沉降曲線與修正的Logistic函數所給出的地表沉降曲線吻合較好。其中修正Logistic函數公式為：

(1)

其中，y為累計變形量；x為監測天數。

DC62監測斷面地表測點累計變形量回歸分析曲線和地表測點DC21-08累計變形量回歸分析曲線如圖5，圖6所示。

選取修正Logistic函數對測點變形曲線進行擬合分析，擬合結果如下：

(2)

(3)

3.3 橫向地表沉降規律

選取新長區間典型橫斷面監測數據進行分析，新長區間橫斷面地表沉降曲線與隧道走向示意圖及橫斷面地表沉降歷時曲線如圖7，圖8所示。通過對新長區間地表橫向監測斷面進行研究，橫向監測呈現出“U”形沉降規律，雙洞隧道中間區域受開挖擾動最大，沉降最大，兩側沉降最小，主要沉降范圍在隧道邊線斜上方45°范圍內。

通過對圖7及圖8進行分析研究，該處地表沉降累計約95 mm，隧道左線通過時沉降約58 mm，完成總沉降量的61.05%；右線通過時完成沉降量的38.95%。原因是左線通過時，地表沉降是由施工開挖和地下水流失引起；右線通過時的沉降量主要受到施工開挖影響，地下水對地表沉降影響較小。

4 結語

通過對貴陽地鐵1號線新長區間淺埋暗挖法施工地表沉降規律進行分析研究，同時結合實際監測數據進行擬合分析，可以得出以下幾點結論：

1)淺埋暗挖法施工地表沉降經歷三個階段，第一是穩定及微小變形階段，第二是變形急劇增大階段，第三是趨于穩定變形階段。

2)穩定及微小變形階段主要是由于工作面的開挖導致的前方地層應力場發生變化及地下水的流失而引起的輕微變形；變形急劇增大階段主要是由于隧道的開挖而造成邊界條件發生改變，對覆蓋土體產生擾動，引起應力場的重分布卸荷引起；趨于穩定變形階段擾動減弱，地層趨于穩定狀態。

4)通過對圖進行分析研究，該處地表沉降累計約95 mm，隧道左線通過時沉降約58 mm，完成沉降量的61.05%；右線通過時完成沉降量的38.95%。原因是左線通過時，地表沉降是由開挖和地下水流失引起的；右線通過時的沉降量主要受到開挖影響，地下水對地表沉降影響較小。

參考文獻：

[1] 李金奎，王飛飛，白會人.淺埋暗挖地鐵隧道施工地表沉降規律分析[J].武漢工程大學學報,2012,34(10):58-59.

[2] 方浩亮，遲 明，張德永.地鐵暗挖區間隧道地層變形特性分析[J].西部探礦工程,2014(4):181-182.

[3] 姚宣德，王夢恕.地鐵淺埋暗挖法施工引起的地表沉降控制標準的統計分析[J].巖石力學與工程學報,2006,25(10):2031-2032.