對(duì)地鐵隧道暗挖段礦山法施工的地表沉降分析

白光宇

（石家莊市軌道交通有限責(zé)任公司，河北 石家莊 050000）

我國地鐵交通的發(fā)展水平正處于上水階段，地鐵隧道多位于城市中經(jīng)濟(jì)繁華地帶，周邊建筑物較多，且地下管線較為密集，隧道的施工會(huì)導(dǎo)致地表面的沉降或隆起，若地面沉降量達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)危害到周邊地面建筑、地下相關(guān)設(shè)施以及隧道本身的安全。本文根據(jù)石家莊市1號(hào)線某區(qū)間暗挖段礦山法施工的實(shí)測(cè)資料進(jìn)行分析，對(duì)地鐵隧道暗挖段礦山法技術(shù)施工引起的地表沉降總結(jié)規(guī)律以及其影響范圍進(jìn)行研究，目的對(duì)以后類似工程提高參考。

1 工程概況

石家莊市城市軌道交通1號(hào)線一期北宋站～談固站區(qū)間以北宋站為起點(diǎn)，由西向東沿中山東路敷設(shè)，至談固站為終點(diǎn)，區(qū)間沿線建筑物較多。區(qū)間右線的起始里程為K14+835.190，終止里程為K16+44.180，總長(zhǎng)1 208.99 m。線路縱向坡度呈“V”字形坡，區(qū)間覆土厚度約9.755～17.943 m。區(qū)間采用雙洞雙線盾構(gòu)法+局部礦山法施工。盾構(gòu)始發(fā)井西側(cè)采用盾構(gòu)法施工，東側(cè)采用礦山法施工。礦山法區(qū)間起點(diǎn)里程K15+789.8，終點(diǎn)里程K16+44.180，區(qū)間長(zhǎng)為254.38 m。

本段線路位于滹沱河沖洪積扇中部。沿線逐漸向城市郊區(qū)和新區(qū)延伸，上部也普遍分布有人工填土層，但厚度較小。新近沉積土層下部普遍分布有黃土狀粉質(zhì)黏土或粉土，厚度為5～8 m，該層土具輕微濕陷性。黃土狀土層下部為巨厚層的砂土，局部夾黏性土薄層，其中下部砂層中含有卵石，卵石含量約占10%。隧道結(jié)構(gòu)主要在中粗砂④2層、中粗砂⑥2層、細(xì)中砂⑥1層中，巖土施工工程分級(jí)為Ⅰ～Ⅱ類，隧道圍巖分級(jí)為VI類。

本區(qū)間地下水位埋深38～40 m，均位于結(jié)構(gòu)底板以下超過10 m，故不考慮潛水的影響。

標(biāo)準(zhǔn)單線單洞隧道頂覆土約13 m，主要穿越砂層。該段地下管線距離隧道頂最近約8 m，隧道開挖影響較小。鑒于上述外部條件，隧道施工措施主要考慮解決砂層的問題，加強(qiáng)注漿加固地層。

2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，對(duì)隧道的不同里程5個(gè)斷面的地表沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)，根據(jù)其不同地層的填實(shí)度，分別進(jìn)行了測(cè)點(diǎn)時(shí)程曲線圖的描繪和分析。

2.1 第一斷面地表沉降數(shù)據(jù)分析

第一斷面K15+790對(duì)4個(gè)地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該隧道在進(jìn)行礦山法施工過程中地表沉降時(shí)程曲線如圖1所示。

圖1 第一斷面K15+790在2014.4.8～2014.6.23周期內(nèi)監(jiān)測(cè)時(shí)程曲線圖

該斷面隧道施工主要在中粗砂這一地質(zhì)環(huán)境中施工，隧道上方主要是黃土狀粉質(zhì)黏土層和粉細(xì)砂層，下方主要是中粗砂和粉質(zhì)黏土。根據(jù)該斷面時(shí)程曲線圖，可以看出，隨著隧道的不斷開挖，地表沉降的累計(jì)值逐漸增大，通過結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度分析數(shù)據(jù)，可以將整個(gè)地表沉降過程劃分為前期沉降、開挖過程中沉降、開挖過程后沉降、隧道加固支撐注漿隆起、后期沉降5個(gè)階段。由于該地層的黃土狀粉土屬于非自重濕陷性黃土場(chǎng)地，地基的濕陷等級(jí)為Ⅰ級(jí)，具有輕微濕陷性；再加上開挖后該斷面的地層缺失，還有在施工過程中對(duì)周邊地層的擾動(dòng)，導(dǎo)致隧道開挖過程中，該斷面地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)一直處于下沉趨勢(shì)，DB15790-6下沉量最大，達(dá)到了7.56 mm。最終隨著隧道內(nèi)支護(hù)結(jié)構(gòu)的完善，監(jiān)測(cè)點(diǎn)的累計(jì)變化量趨于穩(wěn)定，不再有大的波動(dòng)，該斷面地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)速率穩(wěn)定在±0.03 mm左右，處于安全可控狀態(tài)。

2.2 第二斷面地表沉降數(shù)據(jù)分析

第二斷面K15+850對(duì)7個(gè)地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該隧道在進(jìn)行礦山法施工過程中，第二斷面K15+850的地表沉降時(shí)程曲線如圖2所示。

圖2 第二斷面K15+850在2014.6.5～2014.8.22周期內(nèi)監(jiān)測(cè)時(shí)程曲線圖

該斷面隧道施工主要在中粗砂和細(xì)中砂這兩種地質(zhì)環(huán)境中施工，隧道上方主要是黃土狀粉質(zhì)黏土層和粉細(xì)砂層，下方主要是中粗砂和粉質(zhì)黏土。綜合分析，該斷面由于中粗砂的減少，而加入了細(xì)中砂，另外，隧道后方的空間逐漸增大，地層缺失嚴(yán)重，導(dǎo)致該斷面的地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)累計(jì)變化量，在開挖前期，下沉趨勢(shì)較大。隧道兩側(cè)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)下沉量較小，在10 mm左右，二隧道正中心以及距隧道中心10 m左右的監(jiān)測(cè)點(diǎn)，累計(jì)變化量較大，DB15850-4下沉量達(dá)到了50.41 mm（已經(jīng)達(dá)到了監(jiān)測(cè)預(yù)警值，當(dāng)時(shí)施工過程中已按照有關(guān)預(yù)警辦法執(zhí)行，并采取措施）。此后施工過程中減慢開挖速度，及時(shí)注漿支護(hù)，后期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)較為穩(wěn)定，測(cè)點(diǎn)變化速率穩(wěn)定在±0.05 mm左右，處于安全可控狀態(tài)。

2.3 第三斷面地表沉降數(shù)據(jù)分析

第三斷面K15+910對(duì)4個(gè)地表監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，該隧道在進(jìn)行礦山法施工過程中，第三斷面K15+910的地表沉降時(shí)程曲線如圖3所示。

圖3 第三斷面K15+910在2014.6.26～2014.9.25周期內(nèi)監(jiān)測(cè)時(shí)程曲線圖

該斷面隧道施工主要在中粗砂和細(xì)中砂這兩種地質(zhì)環(huán)境中施工，隧道上方主要是黃土狀粉質(zhì)黏土層和粉細(xì)砂層，還有少量細(xì)中砂和中粗砂，下方主要是中粗砂和粉質(zhì)黏土。該斷面地表沉降時(shí)程曲線圖顯示測(cè)點(diǎn)在前期監(jiān)測(cè)過程中有地表隆起現(xiàn)象，結(jié)合地質(zhì)剖面圖可知，該斷面正處于隧道的中間部位，并且少了素填土這個(gè)地層，細(xì)中砂層和中粗砂層明顯增多，地質(zhì)條件發(fā)生了改變比較明顯。

綜合分析，隧道后方注漿、支護(hù)結(jié)構(gòu)已完成，前方施工的土體可能受到擠壓，而是地表有微量的隆起；另外，施工方可能超量注漿，而前方土質(zhì)新近沉積層具有承載力低、變形大、有濕陷性等特點(diǎn)，從而導(dǎo)致地表隆起的現(xiàn)象發(fā)生。在與施工單位溝通后，減緩開挖速度，停止注漿，地表又表現(xiàn)為回落。后期該斷面監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，未出現(xiàn)地面隆起現(xiàn)象，呈現(xiàn)緩慢下沉趨勢(shì)，最終監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，測(cè)點(diǎn)變化速率穩(wěn)定在±0.03 mm左右，處于安全可控狀態(tài)。

2.4 第四、五斷面地表沉降數(shù)據(jù)分析

結(jié)合該隧道地質(zhì)環(huán)境，現(xiàn)場(chǎng)施工和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，第四、五斷面整體監(jiān)測(cè)情況與第一、二、三斷面相似，整體監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示，數(shù)據(jù)處于緩慢下沉趨勢(shì)，最終在注漿結(jié)束、支護(hù)結(jié)構(gòu)完善后，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處于穩(wěn)定狀態(tài)，測(cè)點(diǎn)變化速率穩(wěn)定在±0.03 mm左右，處于安全可控狀態(tài)。本文不再做詳細(xì)說明。

3 隧道周邊地表沉降整體分析

在對(duì)隧道周邊地表沉降的整體分析中，運(yùn)用地形圖等高線的原理，依點(diǎn)位及各點(diǎn)最終沉降量繪制“等沉降曲線圖”，來分析稿隧道在礦山法施工結(jié)束后，對(duì)周邊整體環(huán)境的影響。對(duì)該隧道里程K15+820～K15+876范圍內(nèi)的沉降監(jiān)測(cè)點(diǎn)繪制等沉降曲線圖，如圖4所示。

圖4 K15+820～K15+876等沉降曲線圖

可以從等沉降曲線圖中得出，該隧道在礦山法施工過程結(jié)束后，隧道上方及周邊的地表整體都有下沉現(xiàn)象，但其并未對(duì)周邊環(huán)境造成危險(xiǎn)。

4 結(jié)語

通過本文研究，隧道施工地層主要為中粗砂 （含卵石）及卵石層的情況下，該地層相對(duì)來說比較容易開挖，適合用礦山法來施工。也容易造成施工進(jìn)度過快，導(dǎo)致地表下沉量較大。二次補(bǔ)漿可以有效減緩地表的沉降，穩(wěn)固地層的作用。在隧道施工前，要對(duì)地質(zhì)環(huán)境提前進(jìn)行分析，制定開挖、注漿計(jì)劃，注漿期間要始終參照地表累計(jì)變形值和日變化速率，對(duì)施工進(jìn)度與注漿參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，確保地表累計(jì)變形值在安全可控范圍內(nèi)。也可以定期通過繪制等沉降曲線圖來分析隧道施工對(duì)周邊環(huán)境的影響范圍及程度，反應(yīng)地表的沉降規(guī)律。