地鐵淺埋暗挖施工地層沉降特征及影響因素分析*

王 亮

（遼寧省交通高等?？茖W校，遼寧 沈陽 110122）

地鐵淺埋暗挖施工地層沉降特征及影響因素分析*

王 亮

（遼寧省交通高等專科學校，遼寧 沈陽 110122）

基于沈陽地鐵隧洞淺埋暗挖法開挖工程，文章分析開挖施工地層沉降特征和影響因素，并提出開挖施工控制地層沉降的對策，從而保障施工和環(huán)境安全，可供施工技術人員和設計人員參考。

淺埋；暗挖；地層沉降；影響因素；對策

各大城市已建成或正在修建大量的地鐵工程，淺埋暗挖法是隧洞或車站常用的工法。由于埋深較淺，圍巖較松散，常常會產(chǎn)生較大的地層沉降，給周邊建筑物、地下管線的安全產(chǎn)生嚴重的影響[1,2]。針對城市地鐵淺埋暗挖施工地層沉降還需要結(jié)合當?shù)毓こ痰刭|(zhì)情況詳細分析研究，文章結(jié)合沈陽砂質(zhì)地層地鐵隧洞開挖施工，分析開挖階段地層沉降的特征及影響因素進行了。

1 工程地質(zhì)情況

沈陽地區(qū)一般為砂質(zhì)地層。根據(jù)勘察報告顯示，案例工程為單線單洞的馬蹄形斷面，高度為6.63m，寬度為6.4m，正臺階預留核心土開挖，復合襯砌，洞頂埋深9m，上部雜填土，隧洞主要埋置于中粗砂和礫砂地層。

2 地層沉降的特征分析

隧洞中線實測地表和拱頂沉降如圖1所示，地表沉降槽曲線如圖2所示。開挖階段地層沉降有如下的特征：

圖1 隧洞中線地表和拱頂沉降

圖2 地表沉降槽曲線

（1）拱頂沉降明顯大于地表沉降。由圖1可見，拱頂沉降明顯比地表沉降大，增加值介于1～5mm之間，增加幅度介于30%～130%之間，而且隨著距離掌子面的增大，增加幅度呈逐漸趨勢發(fā)展，最后趨于穩(wěn)定。

（2）掌子面前方有地表沉降。臨近掌子面的前方未開挖土體地表會產(chǎn)生小幅度的沉降，沉降速率比進入開挖階段后要緩慢，且沉降值并不大。此沉降主要是由于前方土體向開挖隧洞內(nèi)的擠入效應造成的。

（3）開挖初期沉降速度較快。進入開挖隧洞后，無論是地表沉降還是拱頂沉降，其沉降的速率均較快，基本呈直線型發(fā)展，且斜率較大。這是由于砂質(zhì)土質(zhì)情況下，隧洞開挖使松散的砂質(zhì)圍巖迅速向洞內(nèi)擠壓變形造成的。

（4）沉降變形進入穩(wěn)定階段時間較長。地表和拱頂沉降變形經(jīng)過快速發(fā)展后，逐漸進入穩(wěn)定階段。從圖1、圖2中可見兩者沉降進入穩(wěn)定階段的時間較長，從開挖后到進入穩(wěn)定階段，這個時間要等開挖完30m左右的進尺，時間較長。

（5）地表沉降與拱頂沉降變形節(jié)奏趨于一致。如圖1所示，開挖隧洞內(nèi)地表沉降與拱頂沉降的趨勢基本一致，兩個具有很高的相關性，這也體現(xiàn)了地層沉降的整體性和聯(lián)動性。地表橫向變形主要集中在一倍洞徑范圍內(nèi)。如圖2所示，地表沉降槽變形主要集中在一倍洞徑范圍，超過一倍洞徑變形趨于穩(wěn)定。同時可見，隧洞中線兩側(cè)沉降槽曲線趨于直線，說明變形基本呈線性變化。

3 地層沉降影響因素

地層沉降較復雜，引起地層沉降的原因也較多[3]。結(jié)合案例工程開挖施工實際情況，影響地層沉降的因素主要包括以下幾個方面。

（1）地層圍巖的特性直接影響著圍巖土體的成拱效應，進而影響著地層的沉降和地表的沉降范圍。本工程為中粗砂、礫砂地層，開挖后土體發(fā)生松弛向洞內(nèi)變形，容易形成滑落，造成拱頂沉降增大，且對地表沉降影響較大。

（2）開挖對地層會產(chǎn)生擾動，不同的開挖施工工法對圍巖地層穩(wěn)定性會產(chǎn)生不同的影響[4]，采用合理的開挖工法是降低地層沉降的有效手段，保障施工的安全。本工廠采用的是預留核心土的開挖工法，保障了掌子面圍巖的穩(wěn)定性，可有效減小掌子面和周邊圍巖土體向隧洞內(nèi)的擠壓變形。

（3）隧洞開挖后，圍巖土體有向洞內(nèi)侵入的趨勢，對于這部分土體必須及時采取支護措施，才能保證圍巖的穩(wěn)定性，從而控制地層沉降。合適的支護形式，保障足夠的剛度和強度，是降低地層沉降的有效和關鍵的措施。

（4）采取輔助施工方法加固處理圍巖地層土體，從而保證圍巖穩(wěn)定和地層變形滿族隧洞施工安全。本工程中，采取小導管超前注漿快速加固掌子面前方松散砂質(zhì)地層，確保了地層的穩(wěn)定性，保障了施工安全，有效控制了地層沉降變形。

4 地層沉降控制對策分析

開挖施工地層沉降是各種因素綜合作用的結(jié)果，合理的施工方法是控制開挖施工地層沉降，保障環(huán)境安全的關鍵。要控制好地層的沉降，施工中應做好以下幾方面的工作。

（1）松散砂質(zhì)地層開挖后極易坍塌，有效快速對掌子面前方地層采取預加固措施能夠有效提高前方地層的剛度和穩(wěn)定性，降低開挖施工地層沉降。開挖施工中，掌子面的穩(wěn)定十分重要，尤其對于沈陽地區(qū)的砂質(zhì)地層更是如此。所以，在地鐵隧洞開挖施工時，必須嚴格控制進尺，根據(jù)圍巖地層特征和開挖工法確定合理的開挖進尺。

（2）強化初支剛度和強度。隧洞施工的關鍵工序和核心問題是開挖和支護，支護的剛度和強度對圍巖土體的沉降變形會產(chǎn)生較大的影響，尤其是初期支護，必須要保證有足夠的剛度和強度?？刹扇≡龃笮弯撔吞?，增大格珊鋼架中鋼筋等級、直徑或者減小間距的方式來加大初支的剛度和強度。

（3）初期支護應盡快封閉成環(huán)，環(huán)狀的初期支護受力情況最好，能夠較好的限制隧洞四周圍巖向洞內(nèi)的侵入，降低地層沉降變形。應加強施工中的地層變形監(jiān)測工作，保證施工安全。若發(fā)現(xiàn)拱頂沉降和地表沉降變形不收斂，應及時采取必要的措施。

5 結(jié)束語

城市地鐵淺埋暗挖施工必須要控制好地層沉降，保障施工安全和環(huán)境安全[5]。文章結(jié)合沈陽砂質(zhì)地層區(qū)間隧洞的開挖，分析了地層沉降的特征和影響因素，提出了控制地層沉降的一些對策，但對于引起地層沉降的各種復雜因素有有待于進一步的研究，以適應工程施工的需要。

[1]張頂立.海底隧道不良地質(zhì)體及結(jié)構(gòu)界面的變形控制技術[J].巖石力學與工程學報,2007,(11):2161-2169.

[1]呂勤,張頂立,黃俊.城市地鐵暗挖施工地層變形機理及控制實踐[J].中國安全科學學報,2003,(7):32-37+84.

[4]朱漢華,王迎超,祝江鴻,等.隧道預支護原理與施工技術[M].北京:人民交通出版社,2008,(10).

[5]駱建軍,張頂立,王夢恕,等.地鐵施工對鄰近建筑物安全風險管理[J].巖土力學,2007,(7):1477-1482.

U231+.3

A

2096-2789（2016）11-0039-02

遼寧省交通高等?？茖W校校級課題（lnccrc201407），遼寧省交通高等?？茖W校優(yōu)秀青年教師成長支持計劃。

王亮（1980-），男，講師，工程師，工學碩士，研究方向：巖土工程，結(jié)構(gòu)工程。