浅埋大跨暗挖地铁车站施工地表沉降控制

尚振波

（中铁十六局集团地铁工程有限公司，北京市 100020）

0 引言

根据以往工程建设的相关经验和理论应用情况来说，浅埋暗挖法由原先只能应用于简单地质条件中发展至可适用于复杂地层与环境条件。因为该施工工艺应用过程中，可以对施工参数进行调整，便可提升施工速率。所以，已经成为了当前地下工程建设中应用广泛的施工方法。文章结合乌鲁木齐2号线05区段施工情况进行总结。

1 工程实例概述

本标段包含两座车站(幸福路中站、幸福路西站)两个区间(幸福路中站～幸福路西站区间、幸福路西站～南门站区间)，两站两区间均采用暗挖法施工，工程总造价为6.83亿，合同工期为2016.10.18～2020.10.17。幸福路中站为乌鲁木齐市轨道交通2号线一期工程（延安路—华山街）的第五座车站，车站中心里程为YCK9+316.490，为地下两层岛式站台车站，箱型两层两跨结构，车站长264.914m，宽 19.7m，总建筑面积 15743m2。幸福路西站为乌鲁木齐市轨道交通2号线一期工程（延安路—华山街）的第六座车站，为地下二层岛式暗挖车站，车站总长274m、宽为24.84m，车站高度为19.666m，总建筑面积约为18077m2。幸福路中站—幸福路西站区间工程，起始里程YCK9+461.484，终点里程 YCK10+232.754，区间全长度772.664m。幸福路西站—南门区间区间工程，起始里程YCK10+503.774，终点里程YCK10+919.750，区间全长度415.976m。

2 地表沉降监测分析

式中：y为监测点与隧道轴线的水平距离；S为距离隧道中线处的地表沉降；Smax为最大地表沉降（y=0处）；i为地表沉降槽反弯点至隧道轴线距离。

地层损失率为单位距离内地层损失占隧道开挖体积的百分比：

2.1 沉降槽宽度参数及地层损失率

地标沉降的横向影响范围和地层的扰动程度分别是由地标沉降槽反弯点距离i和地层损失率V1予以反馈。由式（1）可知，对i进行计算分析，从而明确横向地标沉降槽的发展规律。通过式（2）、式（3）对沉降槽宽度参数K和地层损失率V1进行分析和计算。

式中：V1为地层损失率（%）；D为隧道等效直径。

部分学者认为i和隧道埋深、跨度有直接联系，O’Reilly经过研究发现的影响因素就是隧道埋深，即：

式中：Zt为隧道轴线埋深，m；K为地表沉降槽宽度参数。其中，K与地层条件、施工方法相关。

选择没有遭到破坏，数据没有间断的监测点进行数据拟合。该项目选用了Origin软件进行数据拟合分析，高斯分布函数为拟合函数，进行非线性拟合，见图1。

图1 地表沉降横向拟合曲线

由图1可知，通过高斯分布函数拟合，满足数据处理的精度要求，拟合误差也控制在允许范围内。

由图1获得的监测数据可知，沉降规律大致相同，呈现为沉降槽状。车站断面的等效直径为21m，i的范围是 13～17.43，K的范围为 0.544～0.73，Smax的范围为 57.68～74.63mm，Vs为 2.079～5.511，地层损失率V1=5.9%～7.23%。由此可见，Smax已经大于30mm的沉降控制值。车站拱顶位置的围岩稳定性较差。对此进行分析可见，工程中的分布开挖会造成围岩结构的多次位移，这样会造成最终沉降值的扩大[1]。由图2的3个断面的拟合分析可知，反演系数详尽，所以，3个断面的所有监测点反演分析可以进行合理推测为未开挖区域的地表沉降。

图2 3个断面沉降数据的拟合沉降降槽曲线

3个断面的综合拟合分析：i为14.97，Smax为65mm，k为0.626，V1为7.03%。推测为未开挖地段。

2.2 纵向沉降变形

在实际施工过程中，处于同一水平的左右导洞同时开挖，在群洞效应的影响下，左右导洞开挖会对地表沉降造成很大影响[2]。所以，需要对以上步骤进行综合考量，这样可以更加真实反馈出现场作业对于地表沉降的不利影响。

根据地表纵向历时曲线可知车站主体开挖的每一个环节都会造成车站主体上方地表沉降的加剧。车站主体的多阶段开挖也会对围岩结构造成扰动，同时也会引发相应的地表沉降。

地表沉降变化最为频繁的阶段就是左右两侧导洞开挖，因为上导洞所处的围岩结构是强风化岩层，所以地表沉降发展速度最快。左右两侧下导洞对于地表沉降的发展影响可以直接忽略。

地表沉降的最大限值是工程安全保障的关键所在，所以，需要将此次监测中设置的3个断面的最大沉降点作为主要研究对象，求出每步所占比例的平均值。当上部为软地层，所以变形会加剧。

3 浅埋大跨暗挖地铁车站施工地表沉降控制方法

3.1 沉降监测

该项目对于降水与地表沉降的监测主要有两个重点，即相邻基点间的联测及周边建筑物、地面的沉降，需从降水施工开始跟踪监测至建筑物结构施工结束。

3.1.1 沉降监测点布设

（1）建筑物监测点布设。在布设监测点前，需要和各建筑物的相关产权单位进行沟通和协调，可以使用小型发电机替代为建筑物提供电源。同时，需在建筑物墙体上钻孔，孔径应为28mm，深度为20mm，与地面距离为30cm。需要将直径为22mm的“L”型测点置入孔中，并且使用高标号的水泥砂浆填充，做好标记，保证监测点安全。

（2）地面监测点布设。地面布设的监测点主要包括水准基准点和工作基点，尽量布设在路线周边的建筑物上，但是和线路的距离不得大于100m[3]。

3.1.2 监测工作

在降水之前，需要通过周边已经联测过的工作基点或水准基点，对建筑物和地面沉降进行跟踪观测，反复检测，以获得监测点的初始值。在降水工作开始过程中，需间隔一周进行一次测量，在连续测量3次后，若每日的沉降量小于±0.04mm，则更改测量频率，变为半月一次[4]。

3.1.3 监控量测预警预报

在项目标段内，若建筑物的累积沉降量达到20mm，而地面沉降量达到25mm时，则需要将相关数据上报给相关单位，并对沉降产生原因和位置进行分析，为补救方案的制定提供依据。

3.1.4 数据处理及资料提交

需建立规范的工作程度，对外业进行管控。但是需对现场进行全面检查，检查无误之后才可开始内业的计算工作。应用专业的沉降分析软件对建筑物、地面点的沉降变化进行分析，并绘制相应的图表，真实反映沉降变化情况。

3.2 沉降控制

3.2.1 加强初支质量控制

依据设计图纸为超前小导管注浆做好准备工作。深入施工现场进行全面勘察，依据掌子面的地质条件选择适宜的注浆材料。对于不良地质路段，需缩小开挖进尺，上部导洞环形开挖过程中需要预留出核心筒，作为喷射混凝土封闭开挖工作面。在初期支护封闭成环后进行背后回填注浆。

3.2.2 洞内治理措施

（1）堵水注浆

施工单位对初支渗漏水点进行了全面排查，对于渗漏水位置，使用风镐凿除或者是电锤开孔方法建立初期支护混凝土作业面，在其中合理设置注浆导管；穿透初支混凝土后，应将注浆管固定在初支背后的土面，其周围易渗漏位置也需做好封闭工作，外露的注浆管长度不得大于200mm。

（2）径向管注浆

所谓径向管注浆就是在导洞拱部的起拱线范围下布设注浆管。因为导洞开挖过程中，导洞拱部位置形成了凌空面，但是因为背后注浆作业由一定的时间差，若径直开挖则会对周边岩层造成扰动，不利于工程地质结构的稳定性。径向管注浆作业主要应用于开挖引发的拱部松散土体的加固处理。该工程选用了DN32焊接钢管，注浆管长度为2m，按照已经完成的隧道结构拱部进行布设，环向间距2m，纵向间距2m。泥浆配制标准同上[5]。

（3）地面治理措施

对于一般地段，地面注浆管垂直深入地层的深度为3m，而导洞上方、两侧至开挖导洞轮廓线外5m的范围内进行设置，相邻间隔距离为5m，按照梅花形进行布设。对于雷达监测出松散、空洞区域，注浆导管需要加密布置，间距变为3m，也按照梅花形进行布设。

4 结语

综上所述，浅埋大跨暗挖地铁车站施工因为导洞断面较大，且拆撑程序较为复杂。在土方开挖过程中也会对周边的围岩结构造成扰动，若不加强支护则会造成地表沉降增加。为此，需要合理布设监测点，保证沉降监测数据准确全面，从而对场地内的变形趋势进行合理推测，提前采取防范措施，保证结构稳定和建设安全。

参考文献：

[1]阮松.地铁车站浅埋暗挖法施工引起沉降的控制措施研究[D].北京:北京交通大学,2008.

[2]尚淑萍.铁路站场下修建大跨度地铁隧道地表沉降控制技术研究[D].陕西西安:长安大学,2015.

[3]赵欢.城市浅埋软弱围岩地铁隧道施工引起的地表沉降及控制研究[D].重庆:重庆交通大学,2014.

[4]董子龙,隆卫.大连地铁兴工街站复合地层超大跨浅埋暗挖施工关键技术[J].隧道建设,2013(6):489-498.

[5]谢晋水,许兆义,李丽,等.大跨度复杂地层地铁车站施工诱发地面沉降的工序对比[J].北京交通大学学报:自然科学版,2013(3):87-91.