武汉地铁浅埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究

蒋双双

（中铁十一局集团第一工程有限公司 湖北襄阳 441004）

随着社会经济的快速发展和“城镇化”战略的深入推进，地铁施工已然成为武汉城市交通建设的重要内容。由于武汉城市地铁隧道往往埋深较浅，而且周边环境较为复杂，如果在地铁隧道施工过程中对于地面沉降控制不好，就容易对周围地面建筑物、道路和管线造成破坏，产生不良的社会影响[1]。浅埋暗挖是一种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方法，以改造地质条件为前提、以格栅和喷锚为初期支护手段，将浅埋暗挖应用于隧道施工，有助于控制地面沉降，具有重要的现实意义。

1 浅埋暗挖隧道施工法概述

浅埋暗挖隧道施工法沿用新奥法基本原理，初次支护按承担全部基本荷载设计，二次模筑衬砌作为安全储备，将初次支护和二次衬砌共同承担特殊荷载。采用多种施工辅助手段，包括超前支护、改善围岩质量、及时支护封闭成环等，形成浅埋暗挖隧道施工联合支护体系。在应用浅埋暗挖隧道施工法予以设计和施工过程中，可以同时采用多种辅助工法进行超前支护，改善加固围岩，调动部分围岩自承能力。通过采用不同开挖方法及时支护、封闭承欢，使其与围岩共同作用形成联合支护体系，并在施工过程中监控量测、信息反馈和优化设计，形成多种综合配套技术。由于浅埋暗挖隧道施工法具有造价低、拆迁少、灵活多变、无须太多专用设备以及不干扰地面交通和周围环境等特点，因而得到了广泛的应用[2]。随着信息化技术的实施，浅埋暗挖隧道施工法实现了技术的全过程控制，有效地减少了地层损失导致的地表移动变形等环境问题，充分发挥其特点，为城市地下工程设计和施工提供了一种非常好的方法，实现了社会效益和环境效益的双赢。

2 武汉地铁浅埋暗挖隧道施工地面沉降的影响因素

2.1 隧道埋深

隧道结构拱顶上部覆盖的土层厚度和隧道结构跨度直接关系施工地面的沉降，当隧道埋深大于隧道直径时，地面沉降一般可以控制在标准范围内。如果隧道埋深＜隧道直径，地面沉降往往远超过控制标准，这无疑提高了施工成本。

2.2 围岩质量和土体性质

浅埋暗挖隧道施工的基础是通过土地自然成拱的稳定性进行初期支护，在隧道开挖的过程中必然会对土体产生扰动，如果土地围岩质量不高容易引起坍塌，土体也无法自然成拱，这无疑大大影响隧道的支护结构，更容易发生地面沉降以及加大地面沉降的程度。

2.3 水体因素

由于地铁隧道施工位置多位于地下水位线以下，在施工过程中进行排水容易导致地下水渗出，如果渗出情况严重会导致地层失水严重，土层的空隙减小、节理裂隙收缩，容易造成较为严重的地面沉降。

2.4 施工方法

施工方法是影响地面沉降的重要因素，施工进程越慢，隧道开挖面暴露的时间越长，发生沉降的时间被延长，增加地面沉降程度。施工台阶法作为一种常用地地铁隧道施工方法，在施工方法中也最容易导致地面沉降。

3 武汉地铁浅埋暗挖施工如何控制地面沉降的相关措施

3.1 开挖控制

地铁浅埋暗挖隧道开挖施工前应对地铁隧道施工相关的地质材料进行详细的分析和严格的调研，根据隧道断面的差异性和围岩类型的不同制定具体的、细致的方案和采取不同的开挖方法。注意各个开挖面的间距不宜过大，一般为3～5m，严格控制开挖循环尺寸，尽可能地减少对于围岩的干扰和减少土体的暴露时间，尽可能地采取人工开挖方法，避免出现超挖的情况发生，加强施工现场监控量测，提高围岩土体的稳定性，及时做好支护，做到挖多少就支护多少。做好超前预注浆加固，控制好注浆压力和注浆量，保证加固效果的科学有效。

3.2 适度排放地下水

在地铁浅埋暗挖隧道施工过程中，地下水过多无疑会增加上覆地层特别是隧道施工面附近地层的强度，尽管武汉降水量较多，地下水量相对较为丰富，而像砂层、砾砂等较为特殊的地层如果过度抽排地下水容易引起上覆地层固结，从而导致地面发生明显沉降。因此，在保证地铁浅埋暗挖隧道施工的工作面处于正常、稳定的开挖条件下，应注意控制对地下水的抽取和排放。可以依据施工地质条件和水文条件应用旋喷桩或者止水帷幕等技术限制渗水，对于表层或者洞内可通过予以注浆限制地下水渗透，加快地下水的抽排，完成掌子面的开挖后应及时对其周围进行注浆。

3.3 采取科学施工方法

由于武汉地铁隧道拱顶有很大部分处于粘土或者强风化岩中，隧道的覆盖土层厚度较少，使用初期支护和二次衬砌联合受力符合衬砌结构予以支护。初期支护可通过挂网喷锚、系统锚杆、格栅刚架，完成初期支护后由于受力作用影响产生形变，应扩大小管直径和缩短小管间距，提高注浆效率和质量，保证开挖过程中围岩的临时稳定；二次支护可通过钢筋衬砌，特别是软土层一定要及时施工，承担一期支护结构传递受力。在浅埋暗挖隧道施工过程中，应尽可能地增加左右线隧道开挖面的相对距离，最大程度减少两线隧道在开挖过程中互相产生的影响。对于软土层应注意减少开挖尺寸，缩短掌程面暴露时间。

3.4 注意不良地层施工控制

武汉处于长江中下游平原，软土层等不良地层所占面积较大，对于地铁浅埋暗挖隧道施工具有重要的影响，应注意对软土层等不良地层的施工控制。针对软土层大断面浅埋暗挖隧道不适宜全断面开挖的特点，可以选择分部开挖，将整体工程分部和增加开挖步骤，能够使开挖面更加稳定，尤其在地下水较多的情况下，根据隧道断面的具体情况包括大小、形状、埋深、地层等实施，对于地层条件差、断面大的隧道可以采用眼睛法。

（1）正确留设核心土。不良地层的浅埋暗挖隧道留设核心土，有效缩短开挖断面的闭合时间，以隧道开挖宽度为宜，尽量保持核心土的长度和台阶长度一致，保证宽度和高度的空间性。核心土留设能够大大减少地层水平移动和施工前方土体垂直移动，增加施工面土体紧实程度。

（2）在地铁浅埋暗挖隧道施工过程中应做好施工过程中的监测工作，在超浅埋地段掌子面前后1～2倍的洞泾范围内增加监测点，加大施工监测频率，提高施工信息技术水平。

4 结束语

综上所述，在城市空间日趋被压缩的背景下，城市地下空间的利用成为社会关注的热点，尤其体现在城市地铁建设中。武汉地铁建设在施工过程中难免会遇到各种地质地形，容易发生地面沉降。浅埋暗挖隧道施工法作为一种新型的地铁施工方法，在地铁施工过程中得到广泛地应用，必须要正确采用施工方法，进一步完善施工程序，最大程度减少地面沉降的发生，保证地铁施工质量。

[1]蒋博林.浅埋暗挖地铁隧道施工安全性和风险分析研究[D].重庆：重庆交通大学，2011.

[2]刘惠涛.武汉地铁浅埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究[D].武汉：华中科技大学，2011.