地铁浅埋暗挖施工地层沉降特征及影响因素分析*

王 亮

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁 沈阳 110122）

地铁浅埋暗挖施工地层沉降特征及影响因素分析*

王 亮

（辽宁省交通高等专科学校，辽宁 沈阳 110122）

基于沈阳地铁隧洞浅埋暗挖法开挖工程，文章分析开挖施工地层沉降特征和影响因素，并提出开挖施工控制地层沉降的对策，从而保障施工和环境安全，可供施工技术人员和设计人员参考。

浅埋；暗挖；地层沉降；影响因素；对策

各大城市已建成或正在修建大量的地铁工程，浅埋暗挖法是隧洞或车站常用的工法。由于埋深较浅，围岩较松散，常常会产生较大的地层沉降，给周边建筑物、地下管线的安全产生严重的影响[1,2]。针对城市地铁浅埋暗挖施工地层沉降还需要结合当地工程地质情况详细分析研究，文章结合沈阳砂质地层地铁隧洞开挖施工，分析开挖阶段地层沉降的特征及影响因素进行了。

1 工程地质情况

沈阳地区一般为砂质地层。根据勘察报告显示，案例工程为单线单洞的马蹄形断面，高度为6.63m，宽度为6.4m，正台阶预留核心土开挖，复合衬砌，洞顶埋深9m，上部杂填土，隧洞主要埋置于中粗砂和砾砂地层。

2 地层沉降的特征分析

隧洞中线实测地表和拱顶沉降如图1所示，地表沉降槽曲线如图2所示。开挖阶段地层沉降有如下的特征：

图1 隧洞中线地表和拱顶沉降

图2 地表沉降槽曲线

（1）拱顶沉降明显大于地表沉降。由图1可见，拱顶沉降明显比地表沉降大，增加值介于1～5mm之间，增加幅度介于30%～130%之间，而且随着距离掌子面的增大，增加幅度呈逐渐趋势发展，最后趋于稳定。

（2）掌子面前方有地表沉降。临近掌子面的前方未开挖土体地表会产生小幅度的沉降，沉降速率比进入开挖阶段后要缓慢，且沉降值并不大。此沉降主要是由于前方土体向开挖隧洞内的挤入效应造成的。

（3）开挖初期沉降速度较快。进入开挖隧洞后，无论是地表沉降还是拱顶沉降，其沉降的速率均较快，基本呈直线型发展，且斜率较大。这是由于砂质土质情况下，隧洞开挖使松散的砂质围岩迅速向洞内挤压变形造成的。

（4）沉降变形进入稳定阶段时间较长。地表和拱顶沉降变形经过快速发展后，逐渐进入稳定阶段。从图1、图2中可见两者沉降进入稳定阶段的时间较长，从开挖后到进入稳定阶段，这个时间要等开挖完30m左右的进尺，时间较长。

（5）地表沉降与拱顶沉降变形节奏趋于一致。如图1所示，开挖隧洞内地表沉降与拱顶沉降的趋势基本一致，两个具有很高的相关性，这也体现了地层沉降的整体性和联动性。地表横向变形主要集中在一倍洞径范围内。如图2所示，地表沉降槽变形主要集中在一倍洞径范围，超过一倍洞径变形趋于稳定。同时可见，隧洞中线两侧沉降槽曲线趋于直线，说明变形基本呈线性变化。

3 地层沉降影响因素

地层沉降较复杂，引起地层沉降的原因也较多[3]。结合案例工程开挖施工实际情况，影响地层沉降的因素主要包括以下几个方面。

（1）地层围岩的特性直接影响着围岩土体的成拱效应，进而影响着地层的沉降和地表的沉降范围。本工程为中粗砂、砾砂地层，开挖后土体发生松弛向洞内变形，容易形成滑落，造成拱顶沉降增大，且对地表沉降影响较大。

（2）开挖对地层会产生扰动，不同的开挖施工工法对围岩地层稳定性会产生不同的影响[4]，采用合理的开挖工法是降低地层沉降的有效手段，保障施工的安全。本工厂采用的是预留核心土的开挖工法，保障了掌子面围岩的稳定性，可有效减小掌子面和周边围岩土体向隧洞内的挤压变形。

（3）隧洞开挖后，围岩土体有向洞内侵入的趋势，对于这部分土体必须及时采取支护措施，才能保证围岩的稳定性，从而控制地层沉降。合适的支护形式，保障足够的刚度和强度，是降低地层沉降的有效和关键的措施。

（4）采取辅助施工方法加固处理围岩地层土体，从而保证围岩稳定和地层变形满族隧洞施工安全。本工程中，采取小导管超前注浆快速加固掌子面前方松散砂质地层，确保了地层的稳定性，保障了施工安全，有效控制了地层沉降变形。

4 地层沉降控制对策分析

开挖施工地层沉降是各种因素综合作用的结果，合理的施工方法是控制开挖施工地层沉降，保障环境安全的关键。要控制好地层的沉降，施工中应做好以下几方面的工作。

（1）松散砂质地层开挖后极易坍塌，有效快速对掌子面前方地层采取预加固措施能够有效提高前方地层的刚度和稳定性，降低开挖施工地层沉降。开挖施工中，掌子面的稳定十分重要，尤其对于沈阳地区的砂质地层更是如此。所以，在地铁隧洞开挖施工时，必须严格控制进尺，根据围岩地层特征和开挖工法确定合理的开挖进尺。

（2）强化初支刚度和强度。隧洞施工的关键工序和核心问题是开挖和支护，支护的刚度和强度对围岩土体的沉降变形会产生较大的影响，尤其是初期支护，必须要保证有足够的刚度和强度。可采取增大型钢型号，增大格珊钢架中钢筋等级、直径或者减小间距的方式来加大初支的刚度和强度。

（3）初期支护应尽快封闭成环，环状的初期支护受力情况最好，能够较好的限制隧洞四周围岩向洞内的侵入，降低地层沉降变形。应加强施工中的地层变形监测工作，保证施工安全。若发现拱顶沉降和地表沉降变形不收敛，应及时采取必要的措施。

5 结束语

城市地铁浅埋暗挖施工必须要控制好地层沉降，保障施工安全和环境安全[5]。文章结合沈阳砂质地层区间隧洞的开挖，分析了地层沉降的特征和影响因素，提出了控制地层沉降的一些对策，但对于引起地层沉降的各种复杂因素有有待于进一步的研究，以适应工程施工的需要。

[1]张顶立.海底隧道不良地质体及结构界面的变形控制技术[J].岩石力学与工程学报,2007,(11):2161-2169.

[1]吕勤,张顶立,黄俊.城市地铁暗挖施工地层变形机理及控制实践[J].中国安全科学学报,2003,(7):32-37+84.

[4]朱汉华,王迎超,祝江鸿,等.隧道预支护原理与施工技术[M].北京:人民交通出版社,2008,(10).

[5]骆建军,张顶立,王梦恕,等.地铁施工对邻近建筑物安全风险管理[J].岩土力学,2007,(7):1477-1482.

U231+.3

A

2096-2789（2016）11-0039-02

辽宁省交通高等专科学校校级课题（lnccrc201407），辽宁省交通高等专科学校优秀青年教师成长支持计划。

王亮（1980-），男，讲师，工程师，工学硕士，研究方向：岩土工程，结构工程。