貴陽地鐵1號線新長區(qū)間淺埋暗挖法施工地表沉降規(guī)律

周 曉 宇

(中鐵第五勘察設(shè)計院集團有限公司，北京 102600)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城市化步伐的加快，我國的地鐵建設(shè)進入高速發(fā)展時期。在地鐵隧道施工過程中不可避免地擾動隧道周圍的地層[1]。且地鐵隧道位于地質(zhì)復(fù)雜、隧道狹窄、地下管線密集、交通繁忙的鬧市中心，沿線地區(qū)的地鐵建設(shè)必將引起地鐵隧道結(jié)構(gòu)縱向沉降，一定程度的沉降，可以視為正?，F(xiàn)象，但是沉降量超過一定的限度，將會引起地鐵隧道結(jié)構(gòu)的變形，對周邊環(huán)境產(chǎn)生沉降、位移，甚至引發(fā)難以想象的安全事故。因此為了確保地鐵隧道主體結(jié)構(gòu)和周邊環(huán)境安全，必須對地鐵隧道結(jié)構(gòu)進行沉降監(jiān)測，對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行及時分析與反饋，以及對以后的沉降情況做出預(yù)測[2]。

本文通過對貴陽地鐵1號線新長區(qū)間隧道下穿復(fù)雜地層為研究背景，對地表沉降數(shù)據(jù)進行分析研究，對類似工程實踐具有理論和實際指導(dǎo)意義。

1 工程概況

貴陽市軌道交通1號線新村站—長江路站區(qū)間位于經(jīng)開區(qū)，線路出新村站后，沿珠江路下方敷設(shè)，直至長江路站。暗挖區(qū)間隧道為雙洞單線結(jié)構(gòu)，右隧設(shè)計起訖里程：YDK30+449～YDK31+179.45，長730.45 m；左隧設(shè)計起訖里程：ZDK30+449～ZDK31+179.45，長730.862 m，區(qū)間左右線間距約為13.5 m，隧道埋深9 m～11 m。本隧進口端接新村站，出口端接長江路站，施工方式采用機械開挖及礦山法爆破施工。

2 工程地質(zhì)條件

新—長區(qū)間位于貴陽巖溶盆地南端峰叢谷地及小河河流侵蝕、剝蝕低中山丘陵地貌區(qū)，沿線勘察范圍內(nèi)地形標(biāo)高為1 082.75 m～1 087.17 m，最大高差4.5 m，該區(qū)段為南北高，東西低，地形總體平坦。地層巖土性質(zhì)主要為第四系覆蓋層和基巖。

1)第四系覆蓋層。

第四系覆蓋層主要為混凝土、塊石層、粉質(zhì)粘土。混凝土：雜色,質(zhì)硬，為道路路面，路段均有分布；層厚0.3 m，層底高程1 077.7 m～1 086.02 m。

塊石層：雜色，由回填大塊石及少量碎石、粘土組成，碎塊石成分主要為白云巖及灰?guī)r，硬雜質(zhì)含量為58%～80%，粒徑10 cm～50 cm，局部大于1.0 m，組分均勻性差，結(jié)構(gòu)松散；層厚0.9 m～5.4 m，層底高程1 062.95 m～1 068.47 m。

可塑粉質(zhì)粘土：沖洪積成因，褐黃色，碎塊狀結(jié)構(gòu)。場地內(nèi)局部分布，伏于填土層之下，含少量分布不均勻的強風(fēng)化殘塊。總體粘性一般，手捻有砂感，總體厚度不大,似層狀和透鏡狀產(chǎn)出；厚度0.5 m～7.5 m，平均厚度3.17 m，層底高程1 071.5 m～1 082.83 m。

2)基巖。

場地內(nèi)下伏基巖為侏羅系自流井群中風(fēng)化泥巖，紫紅色夾灰褐色、灰綠色，節(jié)理較發(fā)育，具遇水軟化，失水崩解特性，巖芯較破碎，呈塊狀、短柱狀，偶見柱狀。

場區(qū)內(nèi)巖性為非可溶性泥巖組成，場地地層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，第四系地層厚度變化不大，基巖面相對穩(wěn)定，本場地屬構(gòu)造穩(wěn)定地區(qū)，未見活動斷裂、滑坡、泥石流、地面沉降等不良地質(zhì)作用。場地地形較為平坦，無液化土層存在，場地總體穩(wěn)定性良好。場區(qū)無活動性斷裂發(fā)育，區(qū)域構(gòu)造穩(wěn)定。

3 地表沉降規(guī)律分析

監(jiān)測數(shù)據(jù)變化與所處地質(zhì)環(huán)境密切相關(guān)，淺埋暗挖隧道在地質(zhì)條件較好區(qū)域沉降變形較小，在回填土層及地質(zhì)條件較差部分地表沉降較大。新長區(qū)間累計布設(shè)地表沉降監(jiān)測點222個，地表測點累計變形量統(tǒng)計圖和地表測點累計變形量分布區(qū)間統(tǒng)計圖如圖1，圖2所示。

通過對新長區(qū)間地表沉降進行持續(xù)監(jiān)測，約41.89%的監(jiān)測點變形超過控制值，且地表沉降量小于10 mm的測點數(shù)占比26%；10 mm～20 mm的測點數(shù)占比7%;20 mm～30 mm的測點數(shù)占比4%;30 mm～40 mm的測點數(shù)占比7%;40 mm～50 mm的測點數(shù)占比5%;50 mm～60 mm的測點數(shù)占比2%;60 mm～70 mm的測點數(shù)占比5%。

3.1 地表典型測點沉降規(guī)律

地表測點累計變形量歷時曲線如圖3，圖4所示，對地表典型測點累計變形量歷時曲線進行分析研究，認(rèn)為地表沉降隨著隧道掌子面的推進一般呈現(xiàn)出三個變形階段。第一階段為穩(wěn)定及微小變形階段；第二階段為急劇變形階段；第三階段為趨于穩(wěn)定階段。

1)穩(wěn)定及微小變形階段：當(dāng)掌子面開挖到距測點1倍～2倍隧道埋深時，地表發(fā)生一定沉降變形，變形量約為總變形量的5%～10%，原因是掌子面的開挖導(dǎo)致的隧道前方及上方巖土體應(yīng)力調(diào)整及地下水的流失而引起的輕微變形。

2)變形急劇增大階段[3]：隨著開挖面的推進，掌子面前后各1倍開挖深度范圍內(nèi)，地表沉降速率急劇變大，變形量急劇增大，該階段的變形量約占總變形量的60%～80%。原因主要是隧道的開挖對掌子面斜45°“錐形”范圍內(nèi)巖土體擾動強烈，應(yīng)力重新調(diào)整。此階段為施工過程中的主要沉降階段。

3)趨于穩(wěn)定變形階段：當(dāng)掌子面向前推進到超過測點3倍開挖深度時，擾動減弱，變形速率減小，地表測點累計變形量歷時曲線逐漸收斂。此階段的變形量約占總變形量的10%～15%，巖土體逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 地表典型測點沉降規(guī)律回歸分析

地表沉降測點歷時曲線經(jīng)歷三個變形階段，曲線圖形類似，因此可構(gòu)造函數(shù)，通過構(gòu)造函數(shù)對實測曲線進行擬合，通過擬合曲線對巖土體穩(wěn)定性進行預(yù)測和評價。地表典型測點沉降曲線與修正的Logistic函數(shù)所給出的地表沉降曲線吻合較好。其中修正Logistic函數(shù)公式為：

(1)

其中，y為累計變形量；x為監(jiān)測天數(shù)。

DC62監(jiān)測斷面地表測點累計變形量回歸分析曲線和地表測點DC21-08累計變形量回歸分析曲線如圖5，圖6所示。

選取修正Logistic函數(shù)對測點變形曲線進行擬合分析，擬合結(jié)果如下：

(2)

(3)

3.3 橫向地表沉降規(guī)律

選取新長區(qū)間典型橫斷面監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析，新長區(qū)間橫斷面地表沉降曲線與隧道走向示意圖及橫斷面地表沉降歷時曲線如圖7，圖8所示。通過對新長區(qū)間地表橫向監(jiān)測斷面進行研究，橫向監(jiān)測呈現(xiàn)出“U”形沉降規(guī)律，雙洞隧道中間區(qū)域受開挖擾動最大，沉降最大，兩側(cè)沉降最小，主要沉降范圍在隧道邊線斜上方45°范圍內(nèi)。

通過對圖7及圖8進行分析研究，該處地表沉降累計約95 mm，隧道左線通過時沉降約58 mm，完成總沉降量的61.05%；右線通過時完成沉降量的38.95%。原因是左線通過時，地表沉降是由施工開挖和地下水流失引起；右線通過時的沉降量主要受到施工開挖影響，地下水對地表沉降影響較小。

4 結(jié)語

通過對貴陽地鐵1號線新長區(qū)間淺埋暗挖法施工地表沉降規(guī)律進行分析研究，同時結(jié)合實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行擬合分析，可以得出以下幾點結(jié)論：

1)淺埋暗挖法施工地表沉降經(jīng)歷三個階段，第一是穩(wěn)定及微小變形階段，第二是變形急劇增大階段，第三是趨于穩(wěn)定變形階段。

2)穩(wěn)定及微小變形階段主要是由于工作面的開挖導(dǎo)致的前方地層應(yīng)力場發(fā)生變化及地下水的流失而引起的輕微變形；變形急劇增大階段主要是由于隧道的開挖而造成邊界條件發(fā)生改變，對覆蓋土體產(chǎn)生擾動，引起應(yīng)力場的重分布卸荷引起；趨于穩(wěn)定變形階段擾動減弱，地層趨于穩(wěn)定狀態(tài)。

4)通過對圖進行分析研究，該處地表沉降累計約95 mm，隧道左線通過時沉降約58 mm，完成沉降量的61.05%；右線通過時完成沉降量的38.95%。原因是左線通過時，地表沉降是由開挖和地下水流失引起的；右線通過時的沉降量主要受到開挖影響，地下水對地表沉降影響較小。

參考文獻：

[1] 李金奎，王飛飛，白會人.淺埋暗挖地鐵隧道施工地表沉降規(guī)律分析[J].武漢工程大學(xué)學(xué)報,2012,34(10):58-59.

[2] 方浩亮，遲 明，張德永.地鐵暗挖區(qū)間隧道地層變形特性分析[J].西部探礦工程,2014(4):181-182.

[3] 姚宣德，王夢恕.地鐵淺埋暗挖法施工引起的地表沉降控制標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計分析[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報,2006,25(10):2031-2032.