地铁隧道施工引起地面沉降浅析

周国梁

[摘要]文中分析了广州地铁六号线二期柯高区间施工过程中，采用盾构法施工时，由于地质、施工等条件综合影响下，导致地面沉降的原因及规律，并提出了解决办法。

[关键词] 地铁施工 盾构法 地面沉降

[中图分类号] U231+.3 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-384-1

1绪论

近年来随着国内各个城市地铁工程的不断发展，由地铁施工引发了一系列地面沉降、坍塌等事故与隐患。由于在地铁施工过程中会产生地层损失、局部降水和对地层的扰动，从而导致不同程度的地面沉降，对地铁施工及周边的环境产生了不利影响。在隧道施工中，为避免明挖法带来的大面积拆迁、征地问题，最大限度减少对沿线居民日常生活和交通出行的影响，一般采用盾构法进行施工，虽然盾构法的施工技术已经比较成熟，并且在引起地面沉降，路面开裂，上部建筑开裂甚至坍塌等工程施工问题方面已经有了很多研究成果，但不同的地质条件及盾构施工技术，仍然会引发隧道上部地面沉降。本文结合广州六号线二期工程柯高区间在左线施工期间引发地面沉降，导致附近道路及建筑墙面产生裂缝，进行分析，得出盾构法施工引发地面沉降的原因、规律，为后续的地铁隧道设计、施工提供一定的帮助。

2地质条件

柯高区间位于广汕公路柯木塱至高塘石间，地铁隧道位于公路正下方，区间全长1370.80m，为双洞单线隧道，隧道中心间距约13.0m，隧道顶埋深约10.0m，顶部覆盖土层一般为填土、粉质黏土、砂质黏性土，局部少量淤泥质土及中粗砂，其中填土主要为近代人工堆填的杂填土，基本为压实状态，粉质黏土为可塑状，砂质黏性土为可塑状，淤泥质土为软塑状，中粗砂为饱和，中密—稍密状；隧道盾构施工需要穿越的地层主要为砂质黏性土，局部为全风化花岗岩及少量强风化花岗岩，其中砂质黏性土为可塑状。

图1为截取的发生明显地面沉降导致地面产生裂缝区段的地质剖面图。

3地面沉降基本情况

沉降异常主要出现在高塘石站以西约200m里程范围内，根据布置在隧道上方路面间距为5m 的监测点监测数据显示，在盾构机经过约2小时后，沉降监测显示异常，沉降量不断加大，在经过约12小时后，累计最大沉降量达180mm，沿线道路及部分相邻低矮建筑物墙面产生裂缝。

4沉降原因分析

4.1地层

产生沉降的区段，土层自上而下依次为：杂填土、粉质黏土、淤泥质土、粉质黏土、中粗砂、砂质黏性土、全风化花岗岩及强风化花岗岩，其中隧道穿过了中粗砂的底部至部分全风化岩。在盾构机经过该段时，中粗砂层正好位于隧道顶部，该层中粗砂为饱和，稍密～密实状态，层厚1.5m～2.5m，盾构施工的震动及对其产生扰动下，砂层发生“流砂”现象，在地铁隧道与上部土层间形成空洞，洞顶土层自下而上分别为粉质黏土、淤泥质土、粉质黏土、填土层，土层力学性质相对较差，洞顶土体逐渐下落，上部土层缓慢变形，加之地上车辆通行碾压，最终产生地面沉降。

4.2注浆

调节注浆参数是控制上部地面沉降关键因素，在注浆量不足时（注浆填充率n<1），不同土层产生的沉降量不同，尤其软弱土层的沉降量较大，但是当n>1.5，甚至达到1.7时，软土层沉降量也能得到很好的控制。文中该段隧道在盾构施工初始段（累计沉降量>100mm范围）注浆填充率为1.2～1.3，发现沉降异常后及时调整注浆填充率，一定程度上控制了沉降量。

4.3土仓压力

及时修改盾构机掘进的土仓压力，建立有效的土压压力平衡，减少地层损失，可以有效的控制沉降量。本文隧道施工时发生沉降的区域，盾构机穿越的为中粗砂及砂质黏性土层，土层相对砂质黏性土及全风化花岗岩较松散，盾构前方侧土压力减小，地层损失较大，沉降量也变大。

4.4其它

文中发生沉降区域相对地势较低，施工期间暴雨天气频发，导致该段长期积水，随着雨水的不断下渗，砂土层处于饱和状态，使得岩土体力学性质下降，加剧沉降。

5地面沉降应急措施

在发现沉降后，第一时间调整（加大）了注浆填充率及土仓压力并减缓盾构施工推进速度至停止施工，随后在沉降量最大点及附近地面设置钻孔，钻至接近隧道顶板，孔深近10m，由孔底进行注浆（注浆压力约1.0Mpa）处理，沉降速率得到了有效控制，但效果不是非常明显，钻孔灌浆较困难。

6结论

本文通过对广州地铁六号线柯高区间左线施工过程中导致地面沉降的原因分析得出以下几点结论：（1）地铁施工导致地面沉降的原因有很多，是各方面因素综合作用的结果，与地层、施工工艺，气象等条件都有关系，地面沉降一旦发生补救措施较难实施，提前做好预防措施是最佳方案。（2）在采用盾构法施工时，应提前对盾构穿越土层进行认真分析研究，以便在施工过程中，根据不同的土力学性质，调整盾构施工参数，防止引发地面沉降、塌陷。（3）在遇到有砂层、淤泥、淤泥质土层等特殊性土层时，盾构施工进度应适当减缓，地面及洞内监测措施应加强，及时获取监测数据。（4）地铁隧道开挖是一个三维力学问题，应使用相应的三维计算模型进行分析计算，为设计、施工提供详细的参数，确保施工安全。

参考文献

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