北京地铁七号线地表沉降监测及分析

2018-04-25，

地下水 2018年2期

，

(河南省地质矿产勘查开发局第五地质勘查院，河南郑州 450000)

21世纪以来，城市基础建设进入到一个高速发展的时期，地下空间的利用也迎来了一个前所未有的发展阶段。预计21世纪前半叶将是我国大规模建设地铁及其他地下工程的时期，与此相关，也会涌现出许多与岩土工程有关的技术问题需要解决。特别是城市地下工程施工带来的地表沉降可能危及周边建筑物和地下管线的安全，造成严重的经济损失和社会影响。

1 工程概况

1.1 工程概况

九龙山-大郊亭站区间西起广渠路与西大望路相交路口的7号线九龙山站，线路出站后沿广渠路向下沿东，到达广渠路与东四环立交桥路口西侧的大郊亭站。右线区间起止里程：右K14+504.386—K15+043.934，区间长度539.849 m；左线区间起止里程：左K14+504.386—K15+043.934，区间长度539.808 m。区间隧道覆土16.05～23.76 m，采用矿山法施工。区间中部右K14+681 m处设置一处联络通道，结合联络通道设置临时施工竖井及横通道。靠近九龙山站站端设置九龙山站迂回风道，靠近大郊亭站站端设置区间人防段及大郊亭站迂回风道。区间线路设置两处曲线，第一处曲线半径均为2 000 m；第二处曲线半径均为3 000 m。广渠路规划红线宽60 m，双向6车道的城市主干道，交通十分繁忙。目前沿线规划道路红线已基本实现。区间沿线需下穿2处人行天桥及φ500中压燃气，φ500高压燃气，φ1 000上水，φ600上水，φ800污水，φ500～φ800雨水，5.9×2.65 m热力沟等大型市政管线。工程地质情况见表1。

1.2 水文地质条件

本次勘探钻孔最大深度52 m，在勘察深度范围内，根据实测资料，本场地赋存三层地下水，地下水类型分别为上层滞水(一)，潜水(二)和承压水(三)(见表2)。

表1 地层岩性一览表

拟建场地除填土层外，无软土，湿陷性土，膨胀土，残积土的分布，也无滑坡，地裂缝等不良地质作用。本合同段穿越朝阳区东八里庄—大郊亭地面沉降中心，区间受该中心的影响区间至2005年累积沉降量为300～600 mm之间，但经初步研究，对本工程影响较小。

表2 地下水特征表

2 地面沉降监测结果分析

2.1 典型竖井测点数据统计及分析

图1 1号竖井测点布置图

2.1.1 DB-01-01号测点数据统计及分析

一号竖井是在2011年5月20日封底完工，历时六个月，根据沉降监测小组的日报，将封底前的监测数据和封底后的监测数据做一对比， DB-01-01点的数据曲线图见图2和图3。

图2 九-大区间竖井DB-01-01沉降时态曲线图

一号竖井自11月底开挖后，由于设计变更，在12月末挖至11.7 m时暂停施工。由图2～图4可知，DB-01-01监测点总体趋势是下沉的，但具体到某一段时间下沉和上升总是间隔出现。分析第一幅图中可知12月15日和12月25日出现两个异常点，此时竖井已开挖至11.7 m，由地层剖面图可知已达到中粗砂层。由于中粗砂塑性极差，此时极易形成地面沉降波动较大，一度达到2.0 mm，经过及时支护井壁，喷射C20混凝土后，又恢复至0.7 mm左右。从监测日报上可知在2月24日，一号竖井恢复了降水，可以从图中看出地面沉降突然加快至3.0 mm，可见降水对地面沉降有较大的影响，尤其是砂层。在水位降至工作面以下时，3月17日一号竖井开始施工。3月26日开挖至14.5 m时地层条件由中粗砂层变为粘土层。此后至5月22日竖井封底，DB-01-01点的沉降曲线图并无异常点和预警点，说明随着竖井深度增大，地表会出现规律的沉降，但只要支护和降水及时，就可以把沉降控制在合理的范围之内。

在封底后的监测点沉降曲线图上可以看出，在竖井深度不变且支护到位时，地表沉降也趋于稳定，沉降量极小(见图4)。

图3 九-大区间竖井DB-01-01沉降时态曲线图

图4 区间竖井DB1封底后沉降图

图5 九-大区间竖井DB-01-08沉降时态曲线图

2.1.2 DB-01-08号测点数据统计及分析

由数据统计可知DB-01-08是竖井周围8个监测点中沉降最大的点。08号测点的沉降曲线接近于一条抛物线，由此图可以看出在竖井开挖初期此点沉降规律和DB-01-01点近似，开挖至中粗砂层时均有大幅波动，随后趋于稳定，随后在2月下旬此点沉降从-3.0 mm增大到-5.0 mm。比DB-01-01点的3.0 mm多沉降了2 mm。一号竖井在5月22日封底后开始马头门的施工，由图1所示，8号和7号测点正处在横通道的上方，故马头门的开挖使土体扰动造成土层缺失，使8号测点封底后的沉降值仍不断加大，见图5。

经过DB-01-01和DB-01-08点的比较可以看出，竖井周围的地表沉降和竖井的开挖深度，降水，和支护有很大关系，竖井开挖过程中遇到地层变化沉降曲线也会变化，井壁支护会使地表沉降减小，但随着时间的推移总的沉降量还是不断增加，最终趋于稳定。

2.1.3 DB-01-09点的沉降数据统计和分析

选取DB-01-09点是因为它反映了横通道的施工对地表沉降的影响。测点布置图1。

开挖马头门需进行提前支护，支护措施如下：钢格栅φ14+φ22+φ8，Ⅰ16型钢，连接筋φ22+网片φ6.5+C20喷射混凝土，超前小导管注浆。DB-01-09点距竖井14 m，在6月5日横通道已架设完第15榀拱顶格栅，当日进尺1.60 m，累积进尺7.50 m。此点距横通道开挖拱顶8.5 m。之间为粘土层及素填土层。以下是点DB-01-09的数据统计。包括DB-01-09的沉降变形速率图，沉降时态曲线图，及开挖面与点DB-01-09的距离示意图(见图6、图7和图8)。

图6 九-大区间竖井DB-01-9沉降时态曲线图

图7 沉降速率图

图8 开挖面距监测点距离示意图

从沉降速率图和沉降曲线图可以看出两幅图是基本吻合的，每一个负的变形速率代表地表上升，对应在沉降曲线图中也可以明显的表现出来。沉降曲线图的规律是每次沉降过后总会有几天的平稳期，这和下面的开挖图走向基本一致，在6月12日左右开挖面正好处于DB-01-09点的正下方。沉降量为3 mm，从变形速率上可以得出当开挖面到达点DB-01-09时和之前沉降和上升交替出现不同，此点发生了连续沉降。在12日之前，随着开挖面的接近，此点是逐步沉降的，平均每次进尺在1.5m左右，然后进行支护措施，在支护时很明显DB-01-09点没有沉降也没有上升。在12日之后，09点的连续沉降次数增多，变得密集。证明了随着隧道的开挖，中间的某点沉降会不断增大，且过了开挖面后沉降会加大。从沉降时态图中可以看出，虽然在6月24日左右沉降量突然增大，但并未达到预警值。之后趋于平稳。

2.2 开挖面的推进和沿线地表沉降的关系

选取DB07,08,09,10,11,12这六个点，经过监测数据统计可得，当开挖面分别推进至08点～12点时的沉降值见表3。

表3 不同开挖面沉降表

由表3可得到图9，从下向上每条曲线分别对应着当开挖面到达六个点时整个沿线的沉降趋势。

图9 各监测点沉降趋势图

由图9可知随着开挖面的前进，每个测点的地表沉降在不停增大，其中越靠近竖井，沉降量越大，但随着开挖面前进其增长速度变慢，而沿着开挖方向布置的测点沉降量并不大，但沉降速度变快。最重要的一点这幅图说明了横通道地表基本上属于均匀沉降，因为每条线的沉降趋势是一致的，不会发生地表水平位移或开裂的现象，为以后的施工设计提供了实际的数据支撑。