地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降因素及控制對策

王縉博

摘要：地鐵隧道的埋深一般均較淺，在采用暗挖法施工時(shí)更容易產(chǎn)生地層、地表下沉及變形，嚴(yán)重的將危及地面建筑物、城市道路、地下管線等的安全。本文分析了深圳地鐵淺埋暗挖隧道施工中影響地層沉降的關(guān)鍵要素，提出控制地層變形和地表沉降采取的對策和措施。

關(guān)鍵詞：地鐵；淺埋暗挖；隧道地層；沉降因素；控制對策

地層沉降控制是淺埋暗挖法施工技術(shù)水平和管理能力的綜合體現(xiàn)，更是工程投資大小的體現(xiàn)。在隧道開挖過程中有時(shí)地表的沉降控制能夠滿足規(guī)范要求，然而此時(shí)埋在地下的管道卻可能面臨破壞的危險(xiǎn)。究其原因就是我國目前還沒有相對統(tǒng)一的管線控制標(biāo)準(zhǔn)，這也充分印證了在某些特殊區(qū)段加強(qiáng)隧道施工地層沉降控制的必要性。

1影響地層沉降變形的主要因素

（l）地層土體特征。隧道開挖后上覆土層形成自然拱的最小土層厚度與土體本身力學(xué)特性密切相關(guān)。隧道開挖后能否形成自然拱不僅對隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)影響大，對地層和地表的變形沉降影響也很大。能形成自然拱的對地表沉降量的影響就小一些，反之即大一些。同時(shí)，土體特性也會隨一些條件的改變而改變，特性改變之后對地表沉降量的影響也隨之改變。（2）地下水。地鐵隧道處于地下水位線以下的居多。隧道開挖排水后，易造成地下水因壓力差的存在不斷滲出，形成多條滲水通道，使地層持續(xù)失水，土層空隙及節(jié)理裂隙固結(jié)收縮，引起地層、地表出現(xiàn)超前、超大范圍的變形及沉降。從對深圳地鐵施工監(jiān)測情況看，地層的持續(xù)失水是造成地層變形、地表沉降的最根本、最主要原因之一。（3）地層應(yīng)力釋放。由地層的收斂約束特性可知，隨地層位移的增大，上覆地層施加到隧道結(jié)構(gòu)上的荷載將減小。最佳支護(hù)概念就是在允許地層產(chǎn)生穩(wěn)定的位移條件下，使支護(hù)結(jié)構(gòu)所受的力最小。城市地鐵隧道，尤其是淺埋暗挖隧道，為保證地表的變形得到控制，原則上不允許地表出現(xiàn)超越規(guī)定值的下沉而換取最佳支護(hù)，地層預(yù)加固與及時(shí)支護(hù)且封閉成環(huán)是超淺埋暗挖隧道的關(guān)鍵。（5）施工方法。城市地鐵隧道開挖常用的工法中，臺階法是引起地表下沉最為嚴(yán)重的一種施工方法，但因其操作簡單，成本低，只要措施得當(dāng)，一般可滿足地表沉降要求。國內(nèi)外區(qū)間單線隧道施工多采用臺階法。但臺階法也多種多樣，需根據(jù)不同的斷面形式及地層條件謹(jǐn)慎選取。（6）開挖進(jìn)尺的影響。開挖進(jìn)尺的大小實(shí)質(zhì)上是工作面無支護(hù)空間的大小，其值不僅決定著地表下沉及拱頂沉降，而且也影響開挖面的穩(wěn)定性，二者相互作用并以工作面的穩(wěn)定性為基礎(chǔ)。

2地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降控制對策

2.1確定適合地層條件的施工方法

為了將地表沉降控制在一定范圍，在運(yùn)用臺階法時(shí)，因因地制宜。地質(zhì)越軟，則臺階長度應(yīng)越長。為了使開挖各分部提早閉合，通常，上臺階應(yīng)添加臨時(shí)仰拱，在特殊地段的上臺階拱腳處應(yīng)架設(shè)鋼支撐噴混凝土作托梁。實(shí)踐出真知，事實(shí)證明，在運(yùn)用該方法后，拱頂及地表下沉確實(shí)有所改善。

2.2領(lǐng)會并嚴(yán)格執(zhí)行“18字方針”

淺埋暗挖法是在城市地鐵隧道施工歷經(jīng)多地區(qū)實(shí)踐基礎(chǔ)之上提出的具有我國特色的軟土隧道施工方法。它的精神實(shí)質(zhì)及要領(lǐng)都融合在“管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、快封閉、勤量測”18字方針里。不僅是字面上的淺顯表達(dá)，其領(lǐng)會程度與否決定著對工法的應(yīng)用程度以及施工效果，反映著對周邊環(huán)境的影響?！肮艹啊辈粌H僅是簡單的利用小導(dǎo)管等進(jìn)行超前預(yù)加固支護(hù)，其加固效果與小導(dǎo)管直徑、長度、間距、安設(shè)角度、搭接長度以及漿液等都具有極強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系；“短開挖”不是指臺階長度短，而是指控制循環(huán)進(jìn)尺，少擾動地層，開挖范圍小且留核心土；“快封閉”不僅僅是指全斷面及早封閉，其意義在于在分部開挖中，每一分部開挖面也能盡快封閉。

2.3改善土體特性

通過對隧道開挖周邊外土體進(jìn)行局部加固處理，一方面可以促進(jìn)隧道開挖后自然拱的形成，另一方面可以改進(jìn)土體的特性，促使其往好的方面轉(zhuǎn)化。深層注漿和超前注漿既可以加固土體，也可以改善土體的性質(zhì)?？梢愿鶕?jù)土體的性質(zhì)壓注純水泥漿或雙液漿，必要時(shí)也可以壓注化學(xué)漿液，還可以采取其它的改善特性的措施。

2.4適度排放地下水

毫無疑問，地下水的排放不僅會增加上覆地層的強(qiáng)度，而且也增大其剛度。然而對于一些特殊的地層如砂層礫砂，若在這種土層的表層，過度抽排地下水，會導(dǎo)致地表大范圍沉降。所以，在保障正常開挖和工作面穩(wěn)定的情況下，應(yīng)盡量少抽排地下水，應(yīng)具體情況具體分析，一共有如下四種情況：（1）應(yīng)開源節(jié)流，盡量縮短時(shí)間。（2）采取斷面注漿、噴混凝土等措施穩(wěn)定工作面，并按照具體條件來調(diào)整注漿參數(shù)、小導(dǎo)管、格柵支護(hù)參數(shù)以確保注漿效果（3）采取地表或洞內(nèi)注漿措施封堵部分地下水（4）采取止水帷幕或旋噴樁等阻斷地下滲水通道。

2.5縮短開挖進(jìn)尺

為控制地表下沉及拱頂下沉，工作面的穩(wěn)定十分重要，對城市地鐵尤其是軟弱地層隧道，開挖進(jìn)尺應(yīng)盡量減小。根據(jù)國內(nèi)外實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，建議每循環(huán)進(jìn)尺取斷面開挖寬度的0.1倍。

2.6增大左右線隧道開挖面的距離

當(dāng)兩隧道的中心線距等于或小于3D時(shí)，兩隧道的開挖會有疊加影響。在線間距一定的情況下，增大兩隧道開挖面的相對距離可以減少其相互作用的疊加。軟弱圍巖其沉降影響范圍大，建議兩開挖工作面的距離控制在30m以上。

2.7合理安排二次襯砌時(shí)間

孔隙水的調(diào)整所產(chǎn)生的附加應(yīng)力是一個(gè)漫長的遞增過程。軟弱富水地層，隨著滲排水，地表大范圍沉降，初期支護(hù)的剛度與地層剛度的相互作用會愈來愈強(qiáng)，因此，軟土隧道應(yīng)及時(shí)施作二次襯砌。地鐵隧道的實(shí)踐表明，二次襯砌施作后，地層變位趨于穩(wěn)定。

3結(jié)束語

總而言之，在某種程度上，一種因素的影響對于地表下沉是很微弱的，但是在多種因素的作用下，那就不一定了。因此，我們在暗挖隧道時(shí)，更需要注意一些細(xì)節(jié)，未雨綢繆，防患于未然，平常做好措施，加固地表，在暗挖隧道時(shí)應(yīng)因地制宜，不應(yīng)勉強(qiáng)，應(yīng)積極響應(yīng)建設(shè)環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會的號召。不亂挖，嚴(yán)格貫徹落實(shí)18字方針。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣雙雙.武漢地鐵淺埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究[J].建材與裝飾.2018（04）.

[2]周沈華，宋再榮，吳海山.淺埋暗挖隧道地層沉降控制措施研究[J].土工基礎(chǔ).2015（02）.

[3]沈家煌.城市地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降分析與控制[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì).2016（05）.

（作者單位：中鐵十九局軌道交通工程有限公司）