軟弱地層淺埋暗挖隧道施工地表沉降控制技術(shù)

摘 要：城市地鐵隧道埋深均較淺，根據(jù)地表沉降控制要求，應(yīng)分析引起沉降的主要因素，并采取適當(dāng)措施加以控制，否則將危及地面建筑物、城市道路以及管線的安全。文章根據(jù)西安地鐵四號線TJSG-12標(biāo)含元路站～大明宮站區(qū)間f2穿地裂縫段暗挖施工實例，分析引起沉降的原因，采取相應(yīng)措施來實現(xiàn)地表沉降的控制，為在軟弱地層中淺埋暗挖隧道施工地表沉降控制提供借鑒。

關(guān)鍵詞：地鐵隧道；軟弱地層；地裂縫；沉降控制

1 工程概述

1.1 工程概況

含元路站～大明宮站區(qū)間（以下簡稱含大區(qū)間）f2穿越地裂縫段采用淺埋暗挖法施工。右線f2地裂縫處理段起訖里程YCK19+255.603～YCK19+423.445，長度167.842m，右線暗挖段全長268.839m，南接含元路站，北接盾構(gòu)區(qū)間。左線f2地裂縫處理段起訖里程ZCK19+249.433～ZCK19+417.275，左線長度167.842m，南北與盾構(gòu)區(qū)間相接。區(qū)間過地裂縫區(qū)段采用柔性支護(hù)結(jié)構(gòu)類型并預(yù)留一定凈空以適應(yīng)不均勻沉降的要求，采用加大斷面，增設(shè)特殊變形縫的辦法處理。隧道采用馬蹄形斷面，復(fù)合襯砌結(jié)構(gòu)，采用淺埋暗挖法施工。f2地裂縫段斷面開挖尺寸為（寬×高）9.0m×9.22m，均采用CRD法開挖。含大區(qū)間平面圖，見圖1所示。

1.2 地層巖性

含大區(qū)間跨越兩個地貌單元，南段為洪積II級臺地，地層為地表分布有厚薄不均的全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）；其下為上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q3eol）新黃土及殘積（Q3el）古土壤；再下為上更新統(tǒng)洪積（Q3pl）粉質(zhì)黏土、砂層等。北段為湖積III級臺地，地層為地表分布有厚薄不均的全新統(tǒng)人工填土（Q4ml）；其下為上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q3eol）新黃土及殘積（Q3el）古土壤；中更新統(tǒng)風(fēng)積（Q2eol）新黃土及殘積（Q2el）古土壤；再下為中更新統(tǒng)湖積（Q2l）粉質(zhì)黏土、砂層等。

其中在兩個地貌單元上，填土層和上更新統(tǒng)風(fēng)積（Q3eol）新黃土地層分布連續(xù)，3-1-1新黃土（水上）Q3eol：該層分布于填土底面以下。黃褐色，可塑。蟲孔及大孔隙發(fā)育，具濕陷性，屬中偏高壓縮性土，該層頂部局部具高壓縮性。標(biāo)貫實測擊數(shù)平均值8.0擊。本層層厚0.50～7.60m，層底深度5.00～9.40m，層底高程396.01～401.04m。暗挖隧道穿越地層主要是古土壤、粉質(zhì)粘土層。地質(zhì)圖見圖2所示。

1.3 水文地質(zhì)

含大區(qū)間場地內(nèi)地下潛水穩(wěn)定水位在f2地裂縫南北兩側(cè)截然不同，f2地裂縫南側(cè)，埋深在5.60～6.80m之間，相應(yīng)高程為397.82～398.00m。f2地裂縫北側(cè)，埋深在17.0～18.0m之間，相應(yīng)高程為387.07～389.14m，兩側(cè)水位高差約10m左右。

2 沉降情況

以含大區(qū)間f2穿越地裂縫段ZDK19+348-ZDK19+383（35m范圍內(nèi)沉降較大處）為例進(jìn)行沉降情況論述分析，2015年5月3日-5月11日，開挖里程為左線左上導(dǎo)坑：ZDK19+371.5，左線右上導(dǎo)坑：ZDK19+387.5，左線左下導(dǎo)坑：ZDK19+366，左線右下導(dǎo)坑：ZDK19+383.7。開挖過程中，沉降速率加大（沉降速率約為2-6.45mm/d），多次達(dá)到日變化速率報警值（沉降速率超過2mm/d），監(jiān)測點位較突出的為354C1、354G1，詳見表1；監(jiān)測點沉降曲線變化詳見監(jiān)測點沉降曲線圖（圖3）。

3 沉降原因分析

3.1 地質(zhì)因素

（1）含大暗挖隧道拱頂上方為飽和軟黃土及新黃土，可塑性差，是沉降的因素之一。（2）太華路幾經(jīng)翻修，道路回填質(zhì)量不一，部分路基為雜填土，地質(zhì)條件變差，易產(chǎn)生沉降。YDK19+354里程處往南14m雨水井蓋附近，4月4日發(fā)生過路面沉陷，對其處理時發(fā)現(xiàn)路基為雜填垃圾土，局部有空洞，路面滲水后，地質(zhì)條件變差，極易產(chǎn)生沉降。

3.2 地下水及降水

地鐵隧道一般處在地下水位以下，降水效果不好的情況下，開挖后地下水不斷滲出，使地層持續(xù)失水，土層空隙及節(jié)理裂隙固結(jié)收縮，引起地表大范圍沉降。降雨后，雨水滲入地基層，由于原有路基為雜填土，局部有空洞，路面滲水后，地質(zhì)條件變差，極易產(chǎn)生沉降。

3.3 施工重復(fù)擾動

左右線隧道凈間距較小，僅4.5m，左線隧道開挖對右線隧道周邊土體產(chǎn)生干擾，右線隧道開挖導(dǎo)致土體應(yīng)力重新分布，加劇地層沉降。

3.4 路面荷載增加

隧道處于城市主干道下方，白天過往車輛密集，夜間過往重載車輛較多，路面荷載大，這也是地面沉降的因素之一。

4 處理措施

4.1 施工措施

（1）嚴(yán)格按設(shè)計要求及規(guī)范施工，加強超前小導(dǎo)管、初支背后注漿施工質(zhì)量，每日開挖進(jìn)尺不超過0.5m（1榀），及時封閉成環(huán)；（2）加大左右線隧道之間開挖步距，減少開挖對土層的干擾，先施工左線暗挖隧道，待左線暗挖隧道所有導(dǎo)洞全部通過f2地裂縫（ZDK19+367.433～ZDK19+374）以后，再施工右線暗挖隧道。

4.2 地面配合措施

（1）已對地表監(jiān)測點位進(jìn)行防水處理（采用涂防水涂料及玻璃膠結(jié)合處理）；（2）在含元路站～大明宮站盾構(gòu)區(qū)間（暗挖段）右線大里程開挖掌子面上方鋪設(shè)20mm厚鋼板，鋪設(shè)鋼板總面積為653.4m2，覆蓋沿暗挖隧道方向20m左右路面，以減緩車輛沖擊，在后續(xù)施工中，隨著掌子面向前開挖，逐步推移鋼板覆蓋范圍，始終保證鋼板敷設(shè)于暗挖隧掌子面之間上方。

4.3 土體加固措施

4.3.1 加固原理。由于左右線隧道間距較小，中間夾土層薄，左線隧道先開挖，右線隧道后開挖，該部分土體均處于影響區(qū)域內(nèi)，采用注漿加固措施，使得公共影響區(qū)域范圍土體改良、強度提高，避免后開挖隧道施工時該部分區(qū)域沉降過大。注漿采用洞內(nèi)雙液注漿加固。雙液注漿工法的施工原理是根據(jù)不同工程的要求以及地層的特點，將預(yù)先特殊配制好的漿液，分別盛于不同容器內(nèi)，采用鉆進(jìn)將雙壁鉆桿鉆至設(shè)計深度后，（鉆機(jī)的鉆桿也是注漿管，到達(dá)指定位置后即可注漿，不存在塌孔成孔難技術(shù)問題）利用地面高壓輸送泵分別將漿液泵送至雙壁鉆桿內(nèi)外環(huán)狀間隙。當(dāng)經(jīng)過鉆頭上方配置的雙液混合器后，二者迅速均勻混合，在較高壓力的作用下，漿液擴(kuò)散、滲透至周圍地層，并在可控與可調(diào)的時間內(nèi)定位、定向、定量與地層發(fā)生反應(yīng)（產(chǎn)生凝膠作用），起到土體改良，固結(jié)地層，強化地質(zhì)作用達(dá)到注漿加固目的。同時根據(jù)注漿擴(kuò)散范圍、將注漿范圍相互重疊，使之共同聯(lián)合形成整體性的加固區(qū)域，達(dá)到注漿加固目的，保證隧道圍巖安全穩(wěn)定。

4.3.2 洞內(nèi)加固斷面示意圖。如圖4所示。

4.3.3 加固實施情況。洞內(nèi)注漿加固從2015年5月6日開始實施，加固里程ZDK19+353-ZDK19+383。同時在加固實施期間，暗挖隧道右線大里程方向正常施工，每日開挖進(jìn)尺不超過0.5m（1榀）。洞內(nèi)加固注漿點位與右線大里程位置關(guān)系，詳見圖5所示。

4.4 其他措施

（1）對地裂縫區(qū)域進(jìn)行地質(zhì)補勘，主要是兩方面，由地面補勘及開挖掌子面水平探孔，進(jìn)一步了解地質(zhì)情況，制定應(yīng)對措施；（2）加強路面及拱頂監(jiān)測頻率，監(jiān)測頻率由原來的一天一次增加到一天兩次，加強現(xiàn)場巡視頻次，由原來的一天一次增加到一天兩次；（3）加強降水管理，每日監(jiān)測水位情況，確保水位保持在隧道底板以下，檢查降水井的降水情況，如遇跳閘、不抽水等情況及時檢修并恢復(fù)降水，保證降水效果；（4）積極與沉降較大區(qū)域內(nèi)管線產(chǎn)權(quán)單位聯(lián)系，獲取管線安全狀態(tài)的第一手資料，并邀請產(chǎn)權(quán)單位加強該區(qū)域的管線巡視力度；（5）組織召開沉降分析會，邀請業(yè)主、設(shè)計、咨詢、監(jiān)理、管線產(chǎn)權(quán)單位等各單位專家研究討論控制沉降的措施，認(rèn)真落實各項措施，確保施工安全。

5 沉降控制效果分析

通過落實沉降控制措施，嚴(yán)格按設(shè)計要求及規(guī)范施工，加強超前小導(dǎo)管、初支背后注漿施工質(zhì)量，每日開挖進(jìn)尺不超過0.5m（1榀），及時封閉成環(huán)，加大左右線隧道之間開挖步距，減少開挖對土層的干擾，土體加固等措施后，地表沉降得到了控制，沉降控制情況（以ZDK19+354為例），隧道右線大里程YDK19+354處監(jiān)測點每日變化速率對比見表2所示。

從以上的沉降數(shù)據(jù)顯示，監(jiān)測點位沉降速率變緩，日變化速率在監(jiān)測報警控制值（2mm/d）范圍內(nèi)，大部分監(jiān)測點位的日沉降速率在1mm/d以內(nèi)，地面沉降得到了有效控制。

6 結(jié)束語

通過科學(xué)，高效的項目管理，地面沉降得到了有效控制，市政管線運行安全，隧道施工掌子面安全通過f2地裂縫，二襯施工已接近尾聲。在本案例中，地面沉降原因復(fù)雜，為多種因素的綜合作用。監(jiān)控量測是施工安全的前提，動態(tài)優(yōu)化施工參數(shù)是控制沉降的科學(xué)依據(jù)，定期、不定期邀請專家及管線產(chǎn)權(quán)單位組織沉降專題會是分析、解決問題的重要方式，合理組織、規(guī)范施工是控制沉降的有力保障。

參考文獻(xiàn)

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