砂性地層地鐵暗挖施工地層沉降及控制措施研究

王亮++袁東

摘 要：基于沈陽地區(qū)的砂性土層地質(zhì)情況，結(jié)合沈陽地鐵工程某區(qū)間的暗挖施工工程，對地表沉降和拱頂沉降的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，探討了砂性地層地鐵暗挖施工地層沉降的影響因素，并提出了地層沉降的控制措施，供現(xiàn)場的施工技術(shù)人員和設(shè)計人員參考。

關(guān)鍵詞：砂性地層；暗挖施工；地層沉降；影響因素；控制措施

近年，我國各大城市修建了大量的地鐵工程，暗挖施工方案廣泛采用。暗挖施工不可避免地會產(chǎn)生地層沉降，是影響城市地鐵暗挖施工安全的一個關(guān)鍵因素，必須要引起各方的重視。

1 工程概況

沈陽某地鐵區(qū)間隧道為單洞馬蹄形斷面，高6.63m，寬6.4m，采用格柵鋼架+網(wǎng)噴砼+二襯的復(fù)合式襯砌。采用正臺階預(yù)留核心土法開挖，拱頂埋深約9m，場地屬第四系渾河高漫灘地貌單位類型，主要位于中粗砂層和礫砂層。

2 地層沉降監(jiān)測與分析

通過對地表沉降和拱頂沉降的監(jiān)測，探尋地層沉降規(guī)律及沉降槽曲線特征。地表沉降與拱頂沉降監(jiān)測點沿隧道縱向每10m布置一組，兩者位置相對應(yīng)。

2.1 地表沉降與拱頂沉降對比分析

區(qū)間隧道中線處的地表沉降和拱頂沉降曲線如圖1所示。

在掌子面前方一定范圍內(nèi)出現(xiàn)了地表沉降，即工前沉降，沉降速度較緩，幅度不大。進(jìn)入開挖階段后，地表沉降加速發(fā)展，速度和幅度均較大，總沉降值達(dá)11mm。隨后，地表沉降進(jìn)入穩(wěn)定階段，沉降速度很小，沉降幅度基本不變，即收斂沉降。拱頂沉降在開挖后迅速開展，掌子面處就有一定幅度的沉降。之后，拱頂沉降進(jìn)入穩(wěn)定階段，其時點與地表沉降進(jìn)入穩(wěn)定階段的時點接近。

與地表沉降相比較，拱頂沉降的幅度要比對應(yīng)地表沉降大，且隨著距離掌子面的距離加大而變大，增大的幅度介于1.3-3.65mm之間。但由于前期地表沉降幅度較小，故隨著地表沉降的加大，拱頂沉降值比地表沉降值增大的比例逐漸減小，從127.5%逐漸減小到32.3%。

2.2 地表橫向沉降槽特征分析

區(qū)間隧道地表沉降槽曲線如圖2所示，隧道中線處沉降值最大，兩側(cè)地表沉降基本對稱。距掌子面20m后，隧道兩側(cè)地表沉降趨于穩(wěn)定，30m后隧道中線處地表沉降趨于穩(wěn)定。距掌子面20m內(nèi)，地表沉降屬開挖時的快速發(fā)展階段。橫向上，在隧道中線一倍洞徑范圍內(nèi)地表沉降較大，一倍洞徑外地表沉降趨于穩(wěn)定。

3 地層沉降影響因素分析

結(jié)合本工程實際情況，影響地層沉降的因素主要包括地層特性、施工方法、支護(hù)方案、輔助措施幾個方面：（1）地層特性：本工程地層主要為含水的中粗砂、礫砂地層，開挖施工時輸排地下水會導(dǎo)致地層沉降。同時砂性土質(zhì)比較松散，開挖過程中不易保持穩(wěn)定，容易造成局部坍方。（2）開挖方法：采用合理的開挖方法能把地層沉降控制在合理范圍內(nèi)，保證施工安全。本工程中采用的上下臺階預(yù)留核心土法施工，可以有效保證掌子面的穩(wěn)定性，減小掌子面和周邊地層向隧洞內(nèi)侵入。（3）初支方案：必須保證初期支護(hù)具有足夠的強(qiáng)度和剛度才能保證地層的穩(wěn)定性和不產(chǎn)生過大的變形，本工程采用格柵拱架+網(wǎng)噴砼初期支護(hù)，保證了足夠的強(qiáng)度和剛度。

4 地層沉降控制措施分析

通過前述分析可知，在砂性地層中開展地鐵隧道暗挖施工的關(guān)鍵是控制地表的工前沉降和開挖沉降，以及開挖拱頂沉降，建議采用如下措施：（1）工前地表沉降控制：工前地表沉降是在開挖前發(fā)展的，主要是由于開挖后砂層向洞內(nèi)侵入，造成地層損失，故建議在變形要求嚴(yán)格地段采用工前注漿加固地層，提高地層抗剪強(qiáng)度，增加地層穩(wěn)定性。（2）開挖地表沉降和拱頂沉降控制：開挖階段地表沉降和拱頂沉降具有一定的關(guān)聯(lián)性，控制兩者沉降應(yīng)綜合起來考慮，著重從施工措施和施工工藝上進(jìn)行優(yōu)化。施工措施方面建議采取預(yù)留最大核心土開挖，開挖時滿足初支施工最小空間即可，同時采取加密小導(dǎo)管注漿、工字鋼拱架等增強(qiáng)初支剛度。施工工藝方面應(yīng)遵循先加固、后開挖，短進(jìn)尺、早封閉的原則，建議采取小間距拱架模式施工，快速施作初期支護(hù)，同時上部拱架做好底部支撐和鎖腳錨桿，避免拱架下沉。

5 結(jié)語

隧道暗挖施工必須控制好地層沉降，以保證施工安全。文章結(jié)合沈陽地區(qū)砂性地層某區(qū)間隧道開挖施工，結(jié)合監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，初步探討了地表沉降和拱頂沉降的特征，分析了地層沉降的影響因素，并提出了相應(yīng)的控制措施建議。但對于沈陽地區(qū)地鐵區(qū)間隧道暗挖施工地層沉降機(jī)理的認(rèn)識還有待于深入研究，各種復(fù)雜因素（如水土耦合、不同施工方案等）的考量還需進(jìn)一步探討。

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