武漢地鐵淺埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究

蔣雙雙

（中鐵十一局集團第一工程有限公司 湖北襄陽 441004）

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和“城鎮(zhèn)化”戰(zhàn)略的深入推進，地鐵施工已然成為武漢城市交通建設(shè)的重要內(nèi)容。由于武漢城市地鐵隧道往往埋深較淺，而且周邊環(huán)境較為復(fù)雜，如果在地鐵隧道施工過程中對于地面沉降控制不好，就容易對周圍地面建筑物、道路和管線造成破壞，產(chǎn)生不良的社會影響[1]。淺埋暗挖是一種在距離地表較近的地下進行各種類型地下洞室暗挖施工的方法，以改造地質(zhì)條件為前提、以格柵和噴錨為初期支護手段，將淺埋暗挖應(yīng)用于隧道施工，有助于控制地面沉降，具有重要的現(xiàn)實意義。

1 淺埋暗挖隧道施工法概述

淺埋暗挖隧道施工法沿用新奧法基本原理，初次支護按承擔全部基本荷載設(shè)計，二次模筑襯砌作為安全儲備，將初次支護和二次襯砌共同承擔特殊荷載。采用多種施工輔助手段，包括超前支護、改善圍巖質(zhì)量、及時支護封閉成環(huán)等，形成淺埋暗挖隧道施工聯(lián)合支護體系。在應(yīng)用淺埋暗挖隧道施工法予以設(shè)計和施工過程中，可以同時采用多種輔助工法進行超前支護，改善加固圍巖，調(diào)動部分圍巖自承能力。通過采用不同開挖方法及時支護、封閉承歡，使其與圍巖共同作用形成聯(lián)合支護體系，并在施工過程中監(jiān)控量測、信息反饋和優(yōu)化設(shè)計，形成多種綜合配套技術(shù)。由于淺埋暗挖隧道施工法具有造價低、拆遷少、靈活多變、無須太多專用設(shè)備以及不干擾地面交通和周圍環(huán)境等特點，因而得到了廣泛的應(yīng)用[2]。隨著信息化技術(shù)的實施，淺埋暗挖隧道施工法實現(xiàn)了技術(shù)的全過程控制，有效地減少了地層損失導(dǎo)致的地表移動變形等環(huán)境問題，充分發(fā)揮其特點，為城市地下工程設(shè)計和施工提供了一種非常好的方法，實現(xiàn)了社會效益和環(huán)境效益的雙贏。

2 武漢地鐵淺埋暗挖隧道施工地面沉降的影響因素

2.1 隧道埋深

隧道結(jié)構(gòu)拱頂上部覆蓋的土層厚度和隧道結(jié)構(gòu)跨度直接關(guān)系施工地面的沉降，當隧道埋深大于隧道直徑時，地面沉降一般可以控制在標準范圍內(nèi)。如果隧道埋深＜隧道直徑，地面沉降往往遠超過控制標準，這無疑提高了施工成本。

2.2 圍巖質(zhì)量和土體性質(zhì)

淺埋暗挖隧道施工的基礎(chǔ)是通過土地自然成拱的穩(wěn)定性進行初期支護，在隧道開挖的過程中必然會對土體產(chǎn)生擾動，如果土地圍巖質(zhì)量不高容易引起坍塌，土體也無法自然成拱，這無疑大大影響隧道的支護結(jié)構(gòu)，更容易發(fā)生地面沉降以及加大地面沉降的程度。

2.3 水體因素

由于地鐵隧道施工位置多位于地下水位線以下，在施工過程中進行排水容易導(dǎo)致地下水滲出，如果滲出情況嚴重會導(dǎo)致地層失水嚴重，土層的空隙減小、節(jié)理裂隙收縮，容易造成較為嚴重的地面沉降。

2.4 施工方法

施工方法是影響地面沉降的重要因素，施工進程越慢，隧道開挖面暴露的時間越長，發(fā)生沉降的時間被延長，增加地面沉降程度。施工臺階法作為一種常用地地鐵隧道施工方法，在施工方法中也最容易導(dǎo)致地面沉降。

3 武漢地鐵淺埋暗挖施工如何控制地面沉降的相關(guān)措施

3.1 開挖控制

地鐵淺埋暗挖隧道開挖施工前應(yīng)對地鐵隧道施工相關(guān)的地質(zhì)材料進行詳細的分析和嚴格的調(diào)研，根據(jù)隧道斷面的差異性和圍巖類型的不同制定具體的、細致的方案和采取不同的開挖方法。注意各個開挖面的間距不宜過大，一般為3～5m，嚴格控制開挖循環(huán)尺寸，盡可能地減少對于圍巖的干擾和減少土體的暴露時間，盡可能地采取人工開挖方法，避免出現(xiàn)超挖的情況發(fā)生，加強施工現(xiàn)場監(jiān)控量測，提高圍巖土體的穩(wěn)定性，及時做好支護，做到挖多少就支護多少。做好超前預(yù)注漿加固，控制好注漿壓力和注漿量，保證加固效果的科學有效。

3.2 適度排放地下水

在地鐵淺埋暗挖隧道施工過程中，地下水過多無疑會增加上覆地層特別是隧道施工面附近地層的強度，盡管武漢降水量較多，地下水量相對較為豐富，而像砂層、礫砂等較為特殊的地層如果過度抽排地下水容易引起上覆地層固結(jié)，從而導(dǎo)致地面發(fā)生明顯沉降。因此，在保證地鐵淺埋暗挖隧道施工的工作面處于正常、穩(wěn)定的開挖條件下，應(yīng)注意控制對地下水的抽取和排放。可以依據(jù)施工地質(zhì)條件和水文條件應(yīng)用旋噴樁或者止水帷幕等技術(shù)限制滲水，對于表層或者洞內(nèi)可通過予以注漿限制地下水滲透，加快地下水的抽排，完成掌子面的開挖后應(yīng)及時對其周圍進行注漿。

3.3 采取科學施工方法

由于武漢地鐵隧道拱頂有很大部分處于粘土或者強風化巖中，隧道的覆蓋土層厚度較少，使用初期支護和二次襯砌聯(lián)合受力符合襯砌結(jié)構(gòu)予以支護。初期支護可通過掛網(wǎng)噴錨、系統(tǒng)錨桿、格柵剛架，完成初期支護后由于受力作用影響產(chǎn)生形變，應(yīng)擴大小管直徑和縮短小管間距，提高注漿效率和質(zhì)量，保證開挖過程中圍巖的臨時穩(wěn)定；二次支護可通過鋼筋襯砌，特別是軟土層一定要及時施工，承擔一期支護結(jié)構(gòu)傳遞受力。在淺埋暗挖隧道施工過程中，應(yīng)盡可能地增加左右線隧道開挖面的相對距離，最大程度減少兩線隧道在開挖過程中互相產(chǎn)生的影響。對于軟土層應(yīng)注意減少開挖尺寸，縮短掌程面暴露時間。

3.4 注意不良地層施工控制

武漢處于長江中下游平原，軟土層等不良地層所占面積較大，對于地鐵淺埋暗挖隧道施工具有重要的影響，應(yīng)注意對軟土層等不良地層的施工控制。針對軟土層大斷面淺埋暗挖隧道不適宜全斷面開挖的特點，可以選擇分部開挖，將整體工程分部和增加開挖步驟，能夠使開挖面更加穩(wěn)定，尤其在地下水較多的情況下，根據(jù)隧道斷面的具體情況包括大小、形狀、埋深、地層等實施，對于地層條件差、斷面大的隧道可以采用眼睛法。

（1）正確留設(shè)核心土。不良地層的淺埋暗挖隧道留設(shè)核心土，有效縮短開挖斷面的閉合時間，以隧道開挖寬度為宜，盡量保持核心土的長度和臺階長度一致，保證寬度和高度的空間性。核心土留設(shè)能夠大大減少地層水平移動和施工前方土體垂直移動，增加施工面土體緊實程度。

（2）在地鐵淺埋暗挖隧道施工過程中應(yīng)做好施工過程中的監(jiān)測工作，在超淺埋地段掌子面前后1～2倍的洞涇范圍內(nèi)增加監(jiān)測點，加大施工監(jiān)測頻率，提高施工信息技術(shù)水平。

4 結(jié)束語

綜上所述，在城市空間日趨被壓縮的背景下，城市地下空間的利用成為社會關(guān)注的熱點，尤其體現(xiàn)在城市地鐵建設(shè)中。武漢地鐵建設(shè)在施工過程中難免會遇到各種地質(zhì)地形，容易發(fā)生地面沉降。淺埋暗挖隧道施工法作為一種新型的地鐵施工方法，在地鐵施工過程中得到廣泛地應(yīng)用，必須要正確采用施工方法，進一步完善施工程序，最大程度減少地面沉降的發(fā)生，保證地鐵施工質(zhì)量。

[1]蔣博林.淺埋暗挖地鐵隧道施工安全性和風險分析研究[D].重慶：重慶交通大學，2011.

[2]劉惠濤.武漢地鐵淺埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究[D].武漢：華中科技大學，2011.