软弱富水地层中双侧壁导坑法开挖沉降分析

李梦尧, 杨森林, 张 丽

(1.北京建筑大学, 北京 100000; 2.北京城市快轨建设管理有限公司, 北京 100027)

软弱富水地层中双侧壁导坑法开挖沉降分析

李梦尧1, 杨森林2, 张 丽1

(1.北京建筑大学, 北京 100000; 2.北京城市快轨建设管理有限公司, 北京 100027)

北京地铁四通八达，浅埋暗挖法施工在城市隧道中应用越来越广泛。文章基于北京地铁区间风道暗挖施工的复杂工程及地质条件，对施工中的沉降进行了深入的分析和总结，希望对类似条件下的工程施工具有参考意义。

浅埋暗挖； 风道； 双侧壁导坑法； 沉降控制

1 工程概况

区间风道位于永丰路下，风道断面为双层拱顶拱底直墙

断面，开挖尺寸为宽12.9m×高16.67m，覆土厚度为9.98m。断面采用双侧壁导坑法分四层十二导洞开挖，初支厚度350mm(图1)。

图1 区间风道总平面图

2 施工环境

2.1 工程地质及水文地质条件

区间风道拱顶以上土体为人工填土、粉土②、粉质黏土②1，风道开挖范围内以黏性土为主，存在粉细砂④3层、粉细砂⑥3层及粉土⑥2层，结构底板位于粉质黏土⑦4层和粉质黏土⑧层及其夹层。其中粉细砂④3层及粉细砂⑥3层处于(一)潜水层，粉土⑥2层处于(三)层间水(表1)。

表1 区间风道地下水位

2.2 周边施工环境

区间风道下穿永丰路，永丰路为城市主干路，交通流量大，行驶车辆载重大；区间风道下穿D500燃气管(距拱顶7.87m)、D800雨水管(距拱顶7.65m)、D900污水管(距拱顶4.85m)、D1600雨水管(距拱顶6.72m)、D600中水管(距拱顶7.84m)5条管线，端头墙临近2000×2300电力管(水平净距3.71m)。区间风道地质部剖面及管线纵剖面见图2。

图2 区间风道地质剖面及管线纵剖面

3 开挖方法

3.1 施工参数

区间风道施工参数见表2。

3.2 开挖步骤

开挖步骤见图3。

4 沉降情况分析

区间风井地表最大沉降点为DB6-6，沉降量为108.2

表2 区间风道施工参数

图3 开挖步骤

mm，位于永丰路上下行的中央隔离带内，处于隧道中间位置。区间风道监测平面布置及沉降曲线见图4～图10。

图4 区间风道监测平面布置

图5 区间风道25 m处断面地表沉降点沉降曲线

图6 区间风道35 m处断面地表沉降点沉降曲线

图7 区间风道35 m处断面拱顶沉降点沉降曲线

图8 区间风道隧道沿中线断面地表沉降点沉降曲线

图9 区间风道隧道中线处断面拱顶沉降曲线

图10 区间风道隧道最大沉降区域横向沉降曲线(单位: m)

根据以上沉降分析可知：

(1)区间风道最大沉降点与拱顶沉降最大点基本处于同一位置(风道35m处)，地表沉降量部分是由拱顶下沉造成。

(2)区间风道地面沉降属于区域沉降，沉降范围较大，坡度较缓。

(3)在隧道的1#～5#导洞开挖期间隧道沉降速率较大，沉降量较大，拱部开挖是造成地面沉降的主要原因之一。

5 原因分析

(1)风道开挖中地下水丰富，深孔注浆薄弱环节，易造成渗漏水，尤其是粉细砂层，渗水量较大，造成部分水土流失。

(2)风道拱部500mm以上为第一层水(层间水)，在风井道挖过程中发现水量较大，且有粉细砂夹层，地层较差。风道开挖过程中尤其是拱部1#、2#、5#导洞开挖造成拱部土体扰动(图11)。

(3)风道1#～12#导洞粉质黏土层含水率为30%，基本为饱和状态软塑性粉质黏土。该地层暴露时间较长，易造成水分散失，地层变形拱顶下沉。

(4)风道初支侧壁有水渗出，风道与土体侧面摩擦力较小，导致拱顶下沉。

(5)风道基本处于含水率饱和状的粉质黏土层，开挖过程中，拱脚、仰拱部位有水渗出，被水侵泡后变成软塑状，易变形，造成拱顶下沉。

图11 风道第一层水与风道关系剖面(单位: mm)

(6)风道1#～12#导洞的开挖有一定的群洞效应，同一部位多次开挖造成对土体的多次扰动，并使土体应力重新分布。

6 结论与认识

(1)地表下沉是复杂的多因素综合作用，应根据地层及周边环境的不同，在设计、施工阶段制定合理的控制措施。

(2)浅埋暗挖法大断面群洞开挖，主要是顶层导洞对地层扰动较大。

(3)地下水是暗挖隧道施工控制关键因素，施工中应应地制宜，制定切实有效地防水、排水措施。地铁隧道一般处在地下水位以下,开挖排水后地下水不断渗出,形成多条渗水通道,使地层持续失水,土层空隙及节理裂隙固结收缩，引起地表超前、超大范围沉降。

[1] 耿培刚，李晓涛.城市浅埋暗挖地铁隧道沉降控制与分析[J].中国资源综合利用, 2005(10).

[2] 任文祥. 城市地铁浅埋暗挖隧道沉降问题的分析与控制[J]. 铁道标准设计，2007(5).

[3] 王暖堂，陈瑞阳，谢篙. 城市地铁复杂洞群浅埋暗挖施工技术[J]，岩土力学，2002(2).

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[定稿日期]2015-11-26