北京地鐵七號線地表沉降監(jiān)測及分析

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(河南省地質礦產勘查開發(fā)局第五地質勘查院，河南 鄭州 450000)

21世紀以來，城市基礎建設進入到一個高速發(fā)展的時期，地下空間的利用也迎來了一個前所未有的發(fā)展階段。預計21世紀前半葉將是我國大規(guī)模建設地鐵及其他地下工程的時期，與此相關，也會涌現出許多與巖土工程有關的技術問題需要解決。特別是城市地下工程施工帶來的地表沉降可能危及周邊建筑物和地下管線的安全，造成嚴重的經濟損失和社會影響。

1 工程概況

1.1 工程概況

九龍山-大郊亭站區(qū)間西起廣渠路與西大望路相交路口的7號線九龍山站，線路出站后沿廣渠路向下沿東，到達廣渠路與東四環(huán)立交橋路口西側的大郊亭站。右線區(qū)間起止里程：右K14+504.386—K15+043.934，區(qū)間長度539.849 m；左線區(qū)間起止里程：左K14+504.386—K15+043.934，區(qū)間長度539.808 m。區(qū)間隧道覆土16.05～23.76 m，采用礦山法施工。區(qū)間中部右K14+681 m處設置一處聯絡通道，結合聯絡通道設置臨時施工豎井及橫通道?？拷琵埳秸菊径嗽O置九龍山站迂回風道，靠近大郊亭站站端設置區(qū)間人防段及大郊亭站迂回風道。區(qū)間線路設置兩處曲線，第一處曲線半徑均為2 000 m；第二處曲線半徑均為3 000 m。廣渠路規(guī)劃紅線寬60 m，雙向6車道的城市主干道，交通十分繁忙。目前沿線規(guī)劃道路紅線已基本實現。區(qū)間沿線需下穿2處人行天橋及φ500中壓燃氣，φ500高壓燃氣，φ1 000上水，φ600上水，φ800污水，φ500～φ800雨水，5.9×2.65 m熱力溝等大型市政管線。工程地質情況見表1。

1.2 水文地質條件

本次勘探鉆孔最大深度52 m，在勘察深度范圍內，根據實測資料，本場地賦存三層地下水，地下水類型分別為上層滯水(一)，潛水(二)和承壓水(三)(見表2)。

表1 地層巖性一覽表

擬建場地除填土層外，無軟土，濕陷性土，膨脹土，殘積土的分布，也無滑坡，地裂縫等不良地質作用。本合同段穿越朝陽區(qū)東八里莊—大郊亭地面沉降中心，區(qū)間受該中心的影響區(qū)間至2005年累積沉降量為300～600 mm之間，但經初步研究，對本工程影響較小。

表2 地下水特征表

2 地面沉降監(jiān)測結果分析

2.1 典型豎井測點數據統計及分析

圖1 1號豎井測點布置圖

2.1.1 DB-01-01號測點數據統計及分析

一號豎井是在2011年5月20日封底完工，歷時六個月，根據沉降監(jiān)測小組的日報，將封底前的監(jiān)測數據和封底后的監(jiān)測數據做一對比， DB-01-01點的數據曲線圖見圖2和圖3。

圖2 九-大區(qū)間豎井DB-01-01沉降時態(tài)曲線圖

一號豎井自11月底開挖后，由于設計變更，在12月末挖至11.7 m時暫停施工。由圖2～圖4可知，DB-01-01監(jiān)測點總體趨勢是下沉的，但具體到某一段時間下沉和上升總是間隔出現。分析第一幅圖中可知12月15日和12月25日出現兩個異常點，此時豎井已開挖至11.7 m，由地層剖面圖可知已達到中粗砂層。由于中粗砂塑性極差，此時極易形成地面沉降波動較大，一度達到2.0 mm，經過及時支護井壁，噴射C20混凝土后，又恢復至0.7 mm左右。從監(jiān)測日報上可知在2月24日，一號豎井恢復了降水，可以從圖中看出地面沉降突然加快至3.0 mm，可見降水對地面沉降有較大的影響，尤其是砂層。在水位降至工作面以下時，3月17日一號豎井開始施工。3月26日開挖至14.5 m時地層條件由中粗砂層變?yōu)檎惩翆印４撕笾?月22日豎井封底，DB-01-01點的沉降曲線圖并無異常點和預警點，說明隨著豎井深度增大，地表會出現規(guī)律的沉降，但只要支護和降水及時，就可以把沉降控制在合理的范圍之內。

在封底后的監(jiān)測點沉降曲線圖上可以看出，在豎井深度不變且支護到位時，地表沉降也趨于穩(wěn)定，沉降量極小(見圖4)。

圖3 九-大區(qū)間豎井DB-01-01沉降時態(tài)曲線圖

圖4 區(qū)間豎井DB1封底后沉降圖

圖5 九-大區(qū)間豎井DB-01-08沉降時態(tài)曲線圖

2.1.2 DB-01-08號測點數據統計及分析

由數據統計可知DB-01-08是豎井周圍8個監(jiān)測點中沉降最大的點。08號測點的沉降曲線接近于一條拋物線，由此圖可以看出在豎井開挖初期此點沉降規(guī)律和DB-01-01點近似，開挖至中粗砂層時均有大幅波動，隨后趨于穩(wěn)定，隨后在2月下旬此點沉降從-3.0 mm增大到-5.0 mm。比DB-01-01點的3.0 mm多沉降了2 mm。一號豎井在5月22日封底后開始馬頭門的施工，由圖1所示，8號和7號測點正處在橫通道的上方，故馬頭門的開挖使土體擾動造成土層缺失，使8號測點封底后的沉降值仍不斷加大，見圖5。

經過DB-01-01和DB-01-08點的比較可以看出，豎井周圍的地表沉降和豎井的開挖深度，降水，和支護有很大關系，豎井開挖過程中遇到地層變化沉降曲線也會變化，井壁支護會使地表沉降減小，但隨著時間的推移總的沉降量還是不斷增加，最終趨于穩(wěn)定。

2.1.3 DB-01-09點的沉降數據統計和分析

選取DB-01-09點是因為它反映了橫通道的施工對地表沉降的影響。測點布置圖1。

開挖馬頭門需進行提前支護，支護措施如下：鋼格柵φ14+φ22+φ8，Ⅰ16型鋼，連接筋φ22+網片φ6.5+C20噴射混凝土，超前小導管注漿。DB-01-09點距豎井14 m，在6月5日橫通道已架設完第15榀拱頂格柵，當日進尺1.60 m，累積進尺7.50 m。此點距橫通道開挖拱頂8.5 m。之間為粘土層及素填土層。以下是點DB-01-09的數據統計。包括DB-01-09的沉降變形速率圖，沉降時態(tài)曲線圖，及開挖面與點DB-01-09的距離示意圖(見圖6、圖7和圖8)。

圖6 九-大區(qū)間豎井DB-01-9沉降時態(tài)曲線圖

圖7 沉降速率圖

圖8 開挖面距監(jiān)測點距離示意圖

從沉降速率圖和沉降曲線圖可以看出兩幅圖是基本吻合的，每一個負的變形速率代表地表上升，對應在沉降曲線圖中也可以明顯的表現出來。沉降曲線圖的規(guī)律是每次沉降過后總會有幾天的平穩(wěn)期，這和下面的開挖圖走向基本一致，在6月12日左右開挖面正好處于DB-01-09點的正下方。沉降量為3 mm，從變形速率上可以得出當開挖面到達點DB-01-09時和之前沉降和上升交替出現不同，此點發(fā)生了連續(xù)沉降。在12日之前，隨著開挖面的接近，此點是逐步沉降的，平均每次進尺在1.5m左右，然后進行支護措施，在支護時很明顯DB-01-09點沒有沉降也沒有上升。在12日之后，09點的連續(xù)沉降次數增多，變得密集。證明了隨著隧道的開挖，中間的某點沉降會不斷增大，且過了開挖面后沉降會加大。從沉降時態(tài)圖中可以看出，雖然在6月24日左右沉降量突然增大，但并未達到預警值。之后趨于平穩(wěn)。

2.2 開挖面的推進和沿線地表沉降的關系

選取DB07,08,09,10,11,12這六個點，經過監(jiān)測數據統計可得，當開挖面分別推進至08點～12點時的沉降值見表3。

表3 不同開挖面沉降表

由表3可得到圖9，從下向上每條曲線分別對應著當開挖面到達六個點時整個沿線的沉降趨勢。

圖9 各監(jiān)測點沉降趨勢圖

由圖9可知隨著開挖面的前進，每個測點的地表沉降在不停增大，其中越靠近豎井，沉降量越大，但隨著開挖面前進其增長速度變慢，而沿著開挖方向布置的測點沉降量并不大，但沉降速度變快。最重要的一點這幅圖說明了橫通道地表基本上屬于均勻沉降，因為每條線的沉降趨勢是一致的，不會發(fā)生地表水平位移或開裂的現象，為以后的施工設計提供了實際的數據支撐。

3 結語

(1)由監(jiān)測豎井周圍地表點可知，豎井施工時首先要做到及時支護，在粘土地層施工時，地表沉降會上升和下降間隔出現。在砂土層施工時一定要將水位降至豎井底面以下，以防出現流砂造成底面下降過快。

(2)橫通道的監(jiān)測數據表明：施工中采取的提前小導管注漿可以有效的控制地表沉降，隨著開挖面的推進，靠近開挖面的測點沉降速率會不斷加快，但最后還是趨于平穩(wěn)。在整個豎井和橫通道的施工中并未出現預警點，說明現場監(jiān)測與施工相結合這套方法是可行的，可以有效的控制施工進度及地表沉降。

(3)地鐵施工中只要地質條件明晰，支護方法合理，降水及時。地表就不會出現異常沉降。但這僅限于長度較短的隧道，對于大長度，大跨度的隧道，我們應該著重研究巖土層的受力，充分發(fā)揮其自承能力，再輔以支護措施，這樣才能最大限度控制地表沉降。