关于地铁施工地表沉降监测分析

曾良峰

（中铁十五局集团有限公司城轨公司,广东 深圳 518109）

关于地铁施工地表沉降监测分析

曾良峰

（中铁十五局集团有限公司城轨公司,广东 深圳 518109）

根据具体的地铁施工实例,通过监控量测并对其结果进行分析,得到地铁施工中地表沉降规律,并结合具体的施工情况进行了沉降原因的分析,提出了相应的控制措施,为后续地铁工程的施工提供参考。

地铁施工；地表沉降；监测分析

0 引言

浅埋暗挖法是在距离地表较近的地下进行各种类型地下洞室暗挖施工的一种方法[1,2]。此施工方法继1984年王梦恕院士在军都山隧道黄土段试验成功的基础上,又于1986年在具有开拓性、风险性、复杂性的北京复兴门地铁折返线工程中应用,在拆迁少、不扰民、不破坏环境下获得成功。同时,结合中国特点及水文地质系统,创造了小导管超前支护技术、8字型网构钢拱架设计和制造技术、正台阶环形开挖留核心土施工技术和变位进行反分析计算的方法,提出了“管超前、严注浆、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”18字方针,突出时空效应对防塌的重要作用,树立了在软弱地层快速施工的理念。由此形成了浅埋暗挖法,创立了适用于软弱地层的地下工程设计及施工方法。

1 工程概况

某城市轨道交通中的一条线路,起点桩号为K20+383.863～K20+600.463,全线长216.6 m。该线路的车站主体为双层暗挖段,采用上、下四导洞洞桩（柱）法施工,导洞初期施工皆采用马蹄形暗挖结构作为支护,开挖导洞断面宽为10.82 m,高为6.072 m。采用双侧壁导坑法进行下导洞的开挖,采用CRD法进行上导洞的开挖。在开挖施工过程中主要对与主体结构平行、埋深在1.5 m处、直径为800 mm的铸铁给水管线造成影响。该地铁线路位置如图1所示。

图1 线路总体位置布置图

线路所处位置地面标高为435.5～440.0 m,高差为7.5 m。在工程所处位置处,由砖瓦碎石和粘性土组成的杂填土层厚为0.40～6.00 m,层底标高为426.31～436.71 m；具有湿馅性的压缩性素填土层厚为0.50～5.40 m,主要由黏性土组成,含有白灰渣和少量砖瓦碎块,其层底标高为424.90～437.23 m；新黄土层底标高为422.71～434.23 m,具有湿馅性的高压缩性土,层厚为0.40～4.50 m。

2 施工沉降监控量测分析

2.1 测点布置

为检测地铁施工时地表沉降量并进行监控量测分析[3,4],测点布置纵向间距设置为10 m,设置两排,随着导洞开挖的深入再根据实际情况增加测点。本工程共设置18组54个测点,测点编号为DBCJ4-3～DBCJ4-21,如图2所示。

2.2 沉降变化分析

由于篇幅有限,本文选取典型的断面DBCJ4-19-1、DBCJ4-19-2以及DBCJ4-19-3这 3个测点进行施工与地表沉降的分析。根据得到的沉降变化数据绘制而成的沉降变化曲线如图3所示。

图2 测点布置图(单位:mm)

图3 地表沉降变化图

分析图3可知,在2004年12月17日～2005年1月10日、2005年1月30日～2005年2月19日这2个时间段的地表沉降速率变化明显,对应的沉降速率分别是 1.70,1.80,1.74 mm/d及0.66,0.61,1.58 mm/d,与此对应的地铁导洞施工进度如表1所示。

表1 地铁导洞施工进度表

结合图3及表1可知,导洞通过断面DBCJ4-19当天的地表沉降速率为3～4 mm/d,上、下导洞各部主要在2004年12月17日～2005年1月10日和2005年1月30日～2005年2月19日这2个时间段内通过断面DBCJ4-19,表明地铁导洞施工与地表沉降的关系为:

（1）导洞一的5部和导洞二的6部尚未施工,导洞一的1、3部及导洞二的2、4部在单独施工时,1、3部以及2、4部的施工类似于各个独立的小导洞施工,由于各部之间的距离不远,造成了群洞效应,地表沉降随着施工的深入不断叠加,沉降速率也越来越大。

（2）从表1可以看出,导洞一的5部和导洞二的6部进行施工后,其两侧洞衬砌尚未进行施工,整个地铁施工相当于“扣拱”施工,使得地表的沉降速率加快。

（3）由图2可以看出,测点DBCJ4-19-1和测点DBCJ4-19-3分别位于两侧洞上方,地表沉降速率所受的单边导洞开挖影响较大；测点DBCJ4-19-2位于地铁车站中拱上方,地表沉降速率所受到的单边导洞开挖影响相对较小,但受左、右两边导洞施工的影响较大。导洞一（三）开挖至DBCJ4-19断面,而导洞二（四）未开挖到达该断面时,测点 DBCJ4-19-2的沉降速率小于测点DBCJ4-19-3但大于测点 DBCJ4-19-l的沉降速率；当导洞二（四）开挖到达该断面时,测点DBCJ4-19-2的沉降速率小于测点DBCJ4-19-1但大于测点DBCJ4-19-3的沉降速率。在最终全部14个导洞都通过该断面后,两点的累计沉降值相差不大,且速率基本相同,同样说明群洞效应对沉降的重要作用。

（4）分析图3可知,当开挖掌子面与地表沉降点距离为10 m时,测点开始发生沉降；当开挖掌子面超过地表沉降点10 m后,测点的沉降速率明显下降；开挖施工1周以后测点沉降趋于稳定状态,即表明地铁开挖施工影响半径约为10 m,如图4所示。

图4 地表沉降历时变化图（单位:mm）

（5）断面DBCJ4-19的3个测点沉降累计值和上、下导洞开挖施工后的沉降值如表2所示。从表2数据中可以看出,上、下导洞的开挖施工对地表沉降的影响差距不大。

表2 沉降累计值和上、下导洞开挖沉降值

3 沉降因素分析及沉降控制措施

3.1 沉降因素

（1）管线渗漏

地铁车站双层暗挖段选址地表下2.6 m处埋置有直径800 mm的雨水管,地表下1.50 m处埋置有直径800 mm的铸铁给水管,两种管线埋置时间长,发生渗漏现象导致周遭底层处于水饱和状态,土体软化,开挖施工时由于饱和水分流失,土体发生固结从而沉降。

（2）地质因素

本工程设计拱顶埋深约为7.1 m,导洞开挖施工发现,其下部土层主要由卵石组成,其上覆盖粉细砂和中粗砂,卵石下面为砂卵,围岩自稳能力很差,容易发生坍塌,地表往下1 m处回填土密实度不足,土质疏松,受到扰动容易发生沉降。

（3）开挖支护结构

本工程设计为双层暗挖结构,导洞开挖高度为6 m,宽度为10.82 m,呈扁平状,共分为14个分部,皆采用上、下台阶开挖,在每个台阶开挖施工时进行的支护施工过程中,由于土体受到多次扰动而发生不同程度的沉降,且沉降叠加效应使得地表累计沉降值增大。

（4）地下水因素

地质勘察结果显示,地铁风道结构施工区域内存在上层滞水和潜水现象,在开挖施工前进行的降水施工使得土体发生失水固结,从而发生沉降。开挖施工后的排水,使得地下水在压力差的作用下不断渗出,地层失水而土层孔隙和节理裂隙固结收缩,从而引起地表沉降。

3.2 地表沉降控制措施

（1）在开挖施工前进行空洞探测,对地表空洞和富水区域进行处理,以提高土体密实性,减少施工过程中的沉降发生。

（2）对施工区域进行注浆加固处理,提高土层密实性。

（3）导洞开挖施工时,为加固管线周遭土体,提高土层抗变形能力,可进行注浆钢管的打设。

4 结语

以具体的地铁施工工程为实例,对其开挖施工时地表的沉降变化进行了详细的分析,结合施工现场的具体情况,阐述地表沉降发生的原因,并提出了针对性的措施,以解决施工过程中的地表沉降问题,为后续地铁工程的施工提供参考。

[1]姜波.浅埋暗挖法地铁施工对周围建筑物影响规律[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2016(5):484-487.

[2]马立忠.浅埋暗挖法隧道小净距下穿公路隧道施工技术研究[J].铁道建筑技术,2016(4):53-57.

[3]王绍君,王伟,刘少军.浅埋暗挖法地铁施工地表沉降的分析与研究[J].华中科技大学学报(城市科学版),2008(3):65-68.

[4]骆建军,王梦恕,张顶立,等.浅埋地铁施工地表沉降监测分析[J].地下工程与隧道,2006(1):27-30,38,60-61.

U412.3

B

1009-7716（2017）07-0181-03

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2017.07.055

2017-03-13

曾良峰（1981-）,男,湖南邵东人,工程师,从事地铁、隧道施工研究工作。