砂性地层地铁暗挖施工地层沉降及控制措施研究

王亮++袁东

摘 要：基于沈阳地区的砂性土层地质情况，结合沈阳地铁工程某区间的暗挖施工工程，对地表沉降和拱顶沉降的监测数据进行采集和分析，探讨了砂性地层地铁暗挖施工地层沉降的影响因素，并提出了地层沉降的控制措施，供现场的施工技术人员和设计人员参考。

关键词：砂性地层；暗挖施工；地层沉降；影响因素；控制措施

近年，我国各大城市修建了大量的地铁工程，暗挖施工方案广泛采用。暗挖施工不可避免地会产生地层沉降，是影响城市地铁暗挖施工安全的一个关键因素，必须要引起各方的重视。

1 工程概况

沈阳某地铁区间隧道为单洞马蹄形断面，高6.63m，宽6.4m，采用格栅钢架+网喷砼+二衬的复合式衬砌。采用正台阶预留核心土法开挖，拱顶埋深约9m，场地属第四系浑河高漫滩地貌单位类型，主要位于中粗砂层和砾砂层。

2 地层沉降监测与分析

通过对地表沉降和拱顶沉降的监测，探寻地层沉降规律及沉降槽曲线特征。地表沉降与拱顶沉降监测点沿隧道纵向每10m布置一组，两者位置相对应。

2.1 地表沉降与拱顶沉降对比分析

区间隧道中线处的地表沉降和拱顶沉降曲线如图1所示。

在掌子面前方一定范围内出现了地表沉降，即工前沉降，沉降速度较缓，幅度不大。进入开挖阶段后，地表沉降加速发展，速度和幅度均较大，总沉降值达11mm。随后，地表沉降进入稳定阶段，沉降速度很小，沉降幅度基本不变，即收敛沉降。拱顶沉降在开挖后迅速开展，掌子面处就有一定幅度的沉降。之后，拱顶沉降进入稳定阶段，其时点与地表沉降进入稳定阶段的时点接近。

与地表沉降相比较，拱顶沉降的幅度要比对应地表沉降大，且随着距离掌子面的距离加大而变大，增大的幅度介于1.3-3.65mm之间。但由于前期地表沉降幅度较小，故随着地表沉降的加大，拱顶沉降值比地表沉降值增大的比例逐渐减小，从127.5%逐渐减小到32.3%。

2.2 地表横向沉降槽特征分析

区间隧道地表沉降槽曲线如图2所示，隧道中线处沉降值最大，两侧地表沉降基本对称。距掌子面20m后，隧道两侧地表沉降趋于稳定，30m后隧道中线处地表沉降趋于稳定。距掌子面20m内，地表沉降属开挖时的快速发展阶段。横向上，在隧道中线一倍洞径范围内地表沉降较大，一倍洞径外地表沉降趋于稳定。

3 地层沉降影响因素分析

结合本工程实际情况，影响地层沉降的因素主要包括地层特性、施工方法、支护方案、辅助措施几个方面：（1）地层特性：本工程地层主要为含水的中粗砂、砾砂地层，开挖施工时输排地下水会导致地层沉降。同时砂性土质比较松散，开挖过程中不易保持稳定，容易造成局部坍方。（2）开挖方法：采用合理的开挖方法能把地层沉降控制在合理范围内，保证施工安全。本工程中采用的上下台阶预留核心土法施工，可以有效保证掌子面的稳定性，减小掌子面和周边地层向隧洞内侵入。（3）初支方案：必须保证初期支护具有足够的强度和刚度才能保证地层的稳定性和不产生过大的变形，本工程采用格栅拱架+网喷砼初期支护，保证了足够的强度和刚度。

4 地层沉降控制措施分析

通过前述分析可知，在砂性地层中开展地铁隧道暗挖施工的关键是控制地表的工前沉降和开挖沉降，以及开挖拱顶沉降，建议采用如下措施：（1）工前地表沉降控制：工前地表沉降是在开挖前发展的，主要是由于开挖后砂层向洞内侵入，造成地层损失，故建议在变形要求严格地段采用工前注浆加固地层，提高地层抗剪强度，增加地层稳定性。（2）开挖地表沉降和拱顶沉降控制：开挖阶段地表沉降和拱顶沉降具有一定的关联性，控制两者沉降应综合起来考虑，着重从施工措施和施工工艺上进行优化。施工措施方面建议采取预留最大核心土开挖，开挖时满足初支施工最小空间即可，同时采取加密小导管注浆、工字钢拱架等增强初支刚度。施工工艺方面应遵循先加固、后开挖，短进尺、早封闭的原则，建议采取小间距拱架模式施工，快速施作初期支护，同时上部拱架做好底部支撑和锁脚锚杆，避免拱架下沉。

5 结语

隧道暗挖施工必须控制好地层沉降，以保证施工安全。文章结合沈阳地区砂性地层某区间隧道开挖施工，结合监测数据的分析，初步探讨了地表沉降和拱顶沉降的特征，分析了地层沉降的影响因素，并提出了相应的控制措施建议。但对于沈阳地区地铁区间隧道暗挖施工地层沉降机理的认识还有待于深入研究，各种复杂因素（如水土耦合、不同施工方案等）的考量还需进一步探讨。

参考文献

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