地鐵暗挖區間地表沉降綜合因素分析

韋 龍

(中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100018)

1 工程概況

北京地鐵17號線未來科技城南區站～未來科技城北區站區間(以下簡稱“未-未區間”)盾構始發井場地分別設置2個始發井、2個配合井；兩井之間采用標準暗挖區間施工，配合井向大里程方向左線為標準暗挖區間，右線為CRD渡線暗挖施工。

開挖前采用真空降水工藝對豎井周邊進行區域降水。臨時豎井采用倒掛井壁法進行開挖，地面以下6.75 m格柵間距0.75 m，其余部位格柵間距0.5 m，在砂層部位環向間距1 m打設2.3 m長超前注漿錨管。正線開挖標準馬蹄形斷面為臺階法施工，拱部打設小導管，格柵厚度為250 mm，格柵間距為500 mm。渡線施工采用CRD法施工，過風險源部位拱部進行深孔注漿加固土體。

未-未區間暗挖段地層由上向下分別為雜填土、粉細砂、粉質黏土、中粗砂、粉質黏土及粉細砂層，其中暗挖結構均位于粉質黏土中，拱部以上有1.5～5 m的粉質黏土(在大斷面部位為1.5 m)。該地層分布三層地下水，分別為上層滯水(三)、潛水(二)及承壓水(三)。

2 現場施工及沉降情況

盾構暗挖施工于2016年11月12日完成豎井開挖條件驗收工作，并于2017年3月16日完成正線開挖條件驗收。至2020年3月底施工進展為：豎井開挖全部完成，左線小里程正線施工上臺階完成32 m，下臺階完成29 m。

施工前按照設計及規范要求布設監測點并采集初始值。開挖過程中地表沉降異常，洞內沉降及收斂情況正常。

監測點監測情況顯示，DB-01-05初始值為1.7 mm，終止監測值為68.8 mm，累計沉降量為131.2 mm；DB-01-06初始值為0.3 mm，終止監測值為65.9 mm，累計沉降量為157.0 mm；DB-01-04初始值為0.3 mm，終止監測值為43.3 mm，累計沉降量為57.2 mm；DB-01-01初始值為1.4 mm，終止監測值為33.7 mm，累計沉降量為41.0 mm。

3 沉降原因

發生沉降預警后，由監理單位組織施工各方召開預警響應會，對沉降原因進行分析，制定處理措施。施工單位成立調查分析小組，對區間暗挖施工地表沉降預警進行調研。通過對未-未區間水文地質及周邊環境調查、施工設計參數的了解、施工過程中存在問題的詢問和施工過程中對應監測數據的分析，得出結論如下。

1)北京地鐵17號線01標此次調查的暗挖區間水文地質較為相近，由上向下均為雜填土、粉細砂、粉質黏土及粉細砂層，暗挖結構處于粉質黏土及粉細砂層中。暗挖拱頂以上3～5 m均為自穩能力較好的粉質黏土層，在開挖過程中未出現塌方現象，結構自身風險可控。

2)未-未區間暗挖段在施工過程中雖然地表沉降范圍及數值均過大，但目前沉降區域周邊無任何管線及構筑物，且施工過程中無塌方現場，不會造成地面塌陷，環境風險基本可控。 但在過路區域需進行沉降預判，做好施工預控措施。

3)此次地表沉降范圍及數值均過大的主要原因如下。

(1)未-未區間位于濱河公園內，雜填土較厚，填土成分復雜，力學性質差，土質松散～中密，均勻性穩定性差，②層粉質黏土與②1層黏質粉土為新近沉積層，力學性質較差，自穩能力差，壓縮模量為2.2～5.1 MPa，高～中高壓縮性。碾壓欠密實，是引起地表沉降的主要原因。

(2)沉降區域地下水較為豐富，施工中采用真空降水措施，降水過程中造成土體固結，是造成地表沉降的重要原因。

(3)部分沉降點位于施工車輛行駛區域，施工車輛對周邊土體的碾壓造成該部位沉降過大。

(4)根據地勘資料中地面沉降地質災害現狀評估說明，該區間處于昌平沙河-八仙莊沉降區域，正處于沉降發展階段，目前年沉降量平均為66.5 mm。

(5)未-未區間施工場地位于濱河公園內，近期公園綠化人員園林灌溉較多，導致土體出現水沉現象。

4 沉降因素權重分析

豎井開挖期間，DB-01-05初始沉降量為1.7 mm，終止沉降量為40 mm；DB-01-06初始沉降量為0.3 mm，終止沉降量為36.6 mm；DB-01-04初始沉降量為0.3 mm，終止沉降量為32.3 mm；DB-01-01初始沉降量為1.4 mm，終止沉降量為22.1 mm；正線開挖期間DB-01-05累計沉降量為131.2 mm；DB-01-06累計沉降量為157 mm；DB-01-04累計沉降量為57.2 mm；DB-01-01累計沉降量為41 mm。

DB-01-01地表點位于盾構配合井北側10 m位置，該點位于區間正線上方，重車不會對該區域進行碾壓，目前下方區間暫未開挖；DB-01-04地表點位于盾構配合井西側10 m位置，為重車行走道路內；DB-01-05地表點位于盾構配合井南側5 m位置，該點位于區間正線上方，重車對該區域進行碾壓，目前下方區間開挖通過；DB-01-06地表點位于盾構配合井南側10 m位置，該點位于區間正線上方，重車對該區域進行碾壓，目前下方區間開挖通過；DB-04-01地表點位于盾構配合井南側28 m位置，該點位于區間正線上方，重車極少對該區域進行碾壓，目前下方區間開挖通過。

典型測點分布見圖1。

重車碾壓方面的影響：該區域進行整體區域降水，DB-01-05及DB-01-06位于渣土場西側，施工過程中為土方裝運場地，而DB-01-04為運輸道路區域，DB-04-01及DB-01-01為非重車碾壓區域。

根據沉降數據及沉降點所處位置進行比較，DB-01-05、DB-01-06、DB-04-01及DB-01-01均位于區間正上方，但DB-01-01下方區間暫未開挖，其余三點進度情形較為相近，DB-04-01目前沉降為78.9 mm。DB-01-05及DB-01-06比DB-04-01多沉降52～78 mm。則在正線上方重車碾壓預計造成地表沉降在50～80 mm。

開挖對沉降的影響：DB-01-01與DB-04-01均位于區間正線上方，同時均不在重車碾壓區域，所不同之處為DB-04-01下方正線開挖完成，而DB-01-01下方正線暫未開挖，根據兩點差值可認為開挖對沉降影響在35 mm左右。

降水造成土體固結對沉降的影響：根據以上分析及DB-01-05及DB-01-06最終沉降量，得出剩余沉降量為44～74 mm，根據深層點與地表點比較，此沉降量大部分為降水造成松散土體固結導致。

該區間向北將下穿濱河路，為下穿管線及市政道路提前做出預判，暫對場地內沉降槽進行分析，DB-01-08、DB-01-09、DB-01-010、DB-02-06、DB-02-07及DB-02-08為垂直線路的6個點，位于配合井北側，工況及進展一致，目前沉降值分別為60.6、75.6、70.5、71.6、59.6及73.7 mm，差異沉降在10～15 mm。傾斜率最大為3‰。預計過路階段也為此數值。

根據以上數據分析，沉降原因權重分析如下：降水因素影響數值為47～77 mm，整體影響權重占比為33%～34%；開挖因素影響數值為20～35 mm，整體影響權重占比為14%～15%；重車碾壓因素影響數值為50～80 mm，整體影響權重占比為34%～36%；二襯因素影響數值為10～20 mm，整體影響權重占比為7%～9%；因素影響數值為10～20 mm，整體影響權重占比為7%～9%。

5 控制措施

1)在地表監測點附近增設深層監測點，深層監測點要伸入至雜填土下粉質黏土層，通過兩者之間數值變化分析地層變化情況。若地表監測點數值遠大于深層測點，則可斷定暗挖施工對地表沉降影響不大。

圖2 深層點與地表點沉降對比圖

2)在重車行駛區域鋪設鋼板，防止重車碾壓對監測數據的影響。

3)未-未區間開挖過程中將上下臺階步距調整為3 m左右，及時做到快封閉要求。

4)加大人力、物力投入，加快初支開挖、格柵架設、小導管打設注漿及噴錨時間，減少掌子面暴露時間。

5)及時進行初支背后回填注漿，確保初支背后密實。

6)后續下穿風險源時，與管線產權單位密切溝通，確保下穿施工過程中管線的安全。

7)暗挖施工過程中，做好地表、洞內監測及現場巡視工作，發現異常及時分析原因并進行處理，保證結構自身及周邊環境風險可控。

6 結 論

地鐵施工中，應選用合適的量測方法和數據分析方法，對關鍵部位施工做到有的放矢，保證施工及周圍建筑物的安全。如果地表沉降控制不好，不僅影響到路面的交通，而且影響到沿線附近的建筑，甚至會導致建筑倒塌，威脅生命安全。因此，在地鐵施工中，一定要做好地表沉降的監測及預測，為地鐵施工提供指導。同時，針對可能出現嚴重情況的地表采取相應的控制措施，以保證地鐵施工的安全進行。

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