地鐵隧道施工引起地面沉降淺析

周國梁

[摘要]文中分析了廣州地鐵六號線二期柯高區(qū)間施工過程中，采用盾構(gòu)法施工時(shí)，由于地質(zhì)、施工等條件綜合影響下，導(dǎo)致地面沉降的原因及規(guī)律，并提出了解決辦法。

[關(guān)鍵詞] 地鐵施工 盾構(gòu)法 地面沉降

[中圖分類號] U231+.3 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-3-384-1

1緒論

近年來隨著國內(nèi)各個(gè)城市地鐵工程的不斷發(fā)展，由地鐵施工引發(fā)了一系列地面沉降、坍塌等事故與隱患。由于在地鐵施工過程中會(huì)產(chǎn)生地層損失、局部降水和對地層的擾動(dòng)，從而導(dǎo)致不同程度的地面沉降，對地鐵施工及周邊的環(huán)境產(chǎn)生了不利影響。在隧道施工中，為避免明挖法帶來的大面積拆遷、征地問題，最大限度減少對沿線居民日常生活和交通出行的影響，一般采用盾構(gòu)法進(jìn)行施工，雖然盾構(gòu)法的施工技術(shù)已經(jīng)比較成熟，并且在引起地面沉降，路面開裂，上部建筑開裂甚至坍塌等工程施工問題方面已經(jīng)有了很多研究成果，但不同的地質(zhì)條件及盾構(gòu)施工技術(shù)，仍然會(huì)引發(fā)隧道上部地面沉降。本文結(jié)合廣州六號線二期工程柯高區(qū)間在左線施工期間引發(fā)地面沉降，導(dǎo)致附近道路及建筑墻面產(chǎn)生裂縫，進(jìn)行分析，得出盾構(gòu)法施工引發(fā)地面沉降的原因、規(guī)律，為后續(xù)的地鐵隧道設(shè)計(jì)、施工提供一定的幫助。

2地質(zhì)條件

柯高區(qū)間位于廣汕公路柯木塱至高塘石間，地鐵隧道位于公路正下方，區(qū)間全長1370.80m，為雙洞單線隧道，隧道中心間距約13.0m，隧道頂埋深約10.0m，頂部覆蓋土層一般為填土、粉質(zhì)黏土、砂質(zhì)黏性土，局部少量淤泥質(zhì)土及中粗砂，其中填土主要為近代人工堆填的雜填土，基本為壓實(shí)狀態(tài)，粉質(zhì)黏土為可塑狀，砂質(zhì)黏性土為可塑狀，淤泥質(zhì)土為軟塑狀，中粗砂為飽和，中密—稍密狀；隧道盾構(gòu)施工需要穿越的地層主要為砂質(zhì)黏性土，局部為全風(fēng)化花崗巖及少量強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，其中砂質(zhì)黏性土為可塑狀。

圖1為截取的發(fā)生明顯地面沉降導(dǎo)致地面產(chǎn)生裂縫區(qū)段的地質(zhì)剖面圖。

3地面沉降基本情況

沉降異常主要出現(xiàn)在高塘石站以西約200m里程范圍內(nèi)，根據(jù)布置在隧道上方路面間距為5m 的監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，在盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過約2小時(shí)后，沉降監(jiān)測顯示異常，沉降量不斷加大，在經(jīng)過約12小時(shí)后，累計(jì)最大沉降量達(dá)180mm，沿線道路及部分相鄰低矮建筑物墻面產(chǎn)生裂縫。

4沉降原因分析

4.1地層

產(chǎn)生沉降的區(qū)段，土層自上而下依次為：雜填土、粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、中粗砂、砂質(zhì)黏性土、全風(fēng)化花崗巖及強(qiáng)風(fēng)化花崗巖，其中隧道穿過了中粗砂的底部至部分全風(fēng)化巖。在盾構(gòu)機(jī)經(jīng)過該段時(shí)，中粗砂層正好位于隧道頂部，該層中粗砂為飽和，稍密～密實(shí)狀態(tài)，層厚1.5m～2.5m，盾構(gòu)施工的震動(dòng)及對其產(chǎn)生擾動(dòng)下，砂層發(fā)生“流砂”現(xiàn)象，在地鐵隧道與上部土層間形成空洞，洞頂土層自下而上分別為粉質(zhì)黏土、淤泥質(zhì)土、粉質(zhì)黏土、填土層，土層力學(xué)性質(zhì)相對較差，洞頂土體逐漸下落，上部土層緩慢變形，加之地上車輛通行碾壓，最終產(chǎn)生地面沉降。

4.2注漿

調(diào)節(jié)注漿參數(shù)是控制上部地面沉降關(guān)鍵因素，在注漿量不足時(shí)（注漿填充率n<1），不同土層產(chǎn)生的沉降量不同，尤其軟弱土層的沉降量較大，但是當(dāng)n>1.5，甚至達(dá)到1.7時(shí)，軟土層沉降量也能得到很好的控制。文中該段隧道在盾構(gòu)施工初始段（累計(jì)沉降量>100mm范圍）注漿填充率為1.2～1.3，發(fā)現(xiàn)沉降異常后及時(shí)調(diào)整注漿填充率，一定程度上控制了沉降量。

4.3土倉壓力

及時(shí)修改盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)的土倉壓力，建立有效的土壓壓力平衡，減少地層損失，可以有效的控制沉降量。本文隧道施工時(shí)發(fā)生沉降的區(qū)域，盾構(gòu)機(jī)穿越的為中粗砂及砂質(zhì)黏性土層，土層相對砂質(zhì)黏性土及全風(fēng)化花崗巖較松散，盾構(gòu)前方側(cè)土壓力減小，地層損失較大，沉降量也變大。

4.4其它

文中發(fā)生沉降區(qū)域相對地勢較低，施工期間暴雨天氣頻發(fā)，導(dǎo)致該段長期積水，隨著雨水的不斷下滲，砂土層處于飽和狀態(tài)，使得巖土體力學(xué)性質(zhì)下降，加劇沉降。

5地面沉降應(yīng)急措施

在發(fā)現(xiàn)沉降后，第一時(shí)間調(diào)整（加大）了注漿填充率及土倉壓力并減緩盾構(gòu)施工推進(jìn)速度至停止施工，隨后在沉降量最大點(diǎn)及附近地面設(shè)置鉆孔，鉆至接近隧道頂板，孔深近10m，由孔底進(jìn)行注漿（注漿壓力約1.0Mpa）處理，沉降速率得到了有效控制，但效果不是非常明顯，鉆孔灌漿較困難。

6結(jié)論

本文通過對廣州地鐵六號線柯高區(qū)間左線施工過程中導(dǎo)致地面沉降的原因分析得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）地鐵施工導(dǎo)致地面沉降的原因有很多，是各方面因素綜合作用的結(jié)果，與地層、施工工藝，氣象等條件都有關(guān)系，地面沉降一旦發(fā)生補(bǔ)救措施較難實(shí)施，提前做好預(yù)防措施是最佳方案。（2）在采用盾構(gòu)法施工時(shí)，應(yīng)提前對盾構(gòu)穿越土層進(jìn)行認(rèn)真分析研究，以便在施工過程中，根據(jù)不同的土力學(xué)性質(zhì)，調(diào)整盾構(gòu)施工參數(shù)，防止引發(fā)地面沉降、塌陷。（3）在遇到有砂層、淤泥、淤泥質(zhì)土層等特殊性土層時(shí)，盾構(gòu)施工進(jìn)度應(yīng)適當(dāng)減緩，地面及洞內(nèi)監(jiān)測措施應(yīng)加強(qiáng)，及時(shí)獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)。（4）地鐵隧道開挖是一個(gè)三維力學(xué)問題，應(yīng)使用相應(yīng)的三維計(jì)算模型進(jìn)行分析計(jì)算，為設(shè)計(jì)、施工提供詳細(xì)的參數(shù)，確保施工安全。

參考文獻(xiàn)

[1]繆林昌，王非，呂偉華.城市地鐵隧道施工引起的地面沉降[A].東南大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，293-297.

[2]朱寶石.地鐵隧道施工中的地面沉降研究[].建筑論壇，2014，（1）259.

[3]M.Ghorbani，M. Sharifzadeh，S.Yasrobi，M.Daiyan.Geotechnical， structural and geodetic measurements for conventional tunnelling hazards in urban areas-The case of Niayesh road tunnel project.Tunnelling and underground space technology，2012，（31）.