地鐵暗挖通道施工地表沉降分析與控制技術

陳科亦 印長俊 田野

一、工程概況

軌道交通一期工程S號線的Y站位于C市南二環北側，沿后湖路鋪設，大致呈南北走向位置，周邊分布有居民小區，多為多層建筑物。本文研究的主要是地鐵車站的1號出入口暗挖通道的開挖工程。車站1號出入口位于車站主體結構南端，暗挖通道呈直線型布置，橫跨南二環路，與Y站主體連接，設計長度約89.5m。暗挖通道處于粉質粘土層和砂卵石層交界處，覆土約5.3m；根據地勘報告，土體分層明顯；地下水位較高，約在地表下3.26m ；南二環是C市主干道，地下管線分布密集。其平面布置如圖1：

圖1 總平面布置圖

暗挖通道下穿南二環線主干道，地下環境復雜且其埋置深度只在地表下3～5m；根據C市的工程地質情況，最終選定淺埋暗挖法進行施工。拱頂管棚法以及超前小導管對掌子面的注漿加固，是控制通道施工的關鍵措施。如圖2所示，隧道掌子面注漿加固范圍設為X，超前注漿加固長度設為L。

圖2 CRD施工注漿范圍示意圖

二、模型的建立

1.模型范圍

根據工程實際和數值模擬合理性要求，取計算模型的左右兩側距離隧道中心線分別為30m，地層深度從地表到底層取38m，模擬主要考慮暗挖通道施工對南二環地表路面的影響，所以整體模型長度從二環路南端沿著隧道縱向取值60m：暗挖通道橫截面取6.9m×7.2m，結構上部覆土5.3m，掌子面注漿加固取值 X=2m。

2.材料參數設置

根據材料的不同，工程所建立的土體幾何模型由上至下共分為四層：6m的素填土、5.5m的粉質粘土層、2.5m的砂卵石層以及24m的泥質粉砂巖。土體本構類型，選用更為方便的德魯克普拉格模型；支護結構為彈性材料；管棚加固區和注漿加固區的材料參數通過剛度等效原理和基本換算理論進行確定，采用D-P模型。各材料屬性及計算參數如表1所示。

表1 數值模型相應材料參數

3.初始荷載及邊界條件

該三維模型除了考慮自重以外，為了模擬通道施工過程中南二環路面車流量的影響，取地面超載為均布面荷載，數值為20kPa；對于邊界條件，底面為固定支座，四個側面取法向約束，上表面為自由面。

4.施工工況設置

設置兩個變量，即開挖方案和超前注漿加固長度L。方案A工序采取左上→右上→左下→右下；方案B：左上→左下→右上→右下。組合方式見表2。

表2 工況設置

三、地表沉降數值分析

在地表分別選取兩個不同位置：道路中心線（Y=30m）和地表中心點（X=0,Y=30m）進行數值分析，結果如圖所示。

圖3 X=0，Y=30m處地表沉降

圖4 Y=30m斷面處地表沉

1.通過分析圖3呈現規律可以發現，施工工序在前8步對X=0,Y=30m斷面處地表的影響不大，第10步工序時沉降下降速率開始加劇，到第20步工序時，地面沉降量達到最大值，往后地表沉降趨于平穩直至施工完畢。在第20步工序時，沉降情況最小的是工況5，數值為10.44mm；采用工況4時地表沉降量最大，為11.36mm，相差8.8%。

2.圖4為Y=30m剖面處地表沉降情況沉降槽曲線影響范圍約為3倍通道斷面的最大洞徑。6種不同組合下，Y=30m斷面處地表受影響最小為工況5的9.91mm；采用工況2時，沉降最大，達到11.04mm，相差11.4%。

四、結語

1.研究了城市主干道下暗挖通道CRD施工以超前小導管注漿和管棚作為超前支護手段前提下，采用不同開挖工序和超前注漿長度組合方式施工對地面總體沉降量的影響。通過數值模擬分析和各方案比對可以得到，工況5下地表沉降量控制最合理，建議采用。

2.通道施工時，對二襯還未澆筑的暗挖通道上方道路進行封閉，以確保工程質量和施工安全。施工區域臨近路面除綠化帶范圍外，應鋪設鋼板且與路面進行固定，以減少車輛行進對結構帶來的擾動。地面超載不應大于20kPa，鋼板采用20mm厚Q235a板材，ф10鋼筋焊接固定在鋼板上，橫向間距200mm，用作防滑橫條。