地铁暗挖通道施工地表沉降分析与控制技术

陈科亦 印长俊 田野

一、工程概况

轨道交通一期工程S号线的Y站位于C市南二环北侧，沿后湖路铺设，大致呈南北走向位置，周边分布有居民小区，多为多层建筑物。本文研究的主要是地铁车站的1号出入口暗挖通道的开挖工程。车站1号出入口位于车站主体结构南端，暗挖通道呈直线型布置，横跨南二环路，与Y站主体连接，设计长度约89.5m。暗挖通道处于粉质粘土层和砂卵石层交界处，覆土约5.3m；根据地勘报告，土体分层明显；地下水位较高，约在地表下3.26m ；南二环是C市主干道，地下管线分布密集。其平面布置如图1：

图1 总平面布置图

暗挖通道下穿南二环线主干道，地下环境复杂且其埋置深度只在地表下3～5m；根据C市的工程地质情况，最终选定浅埋暗挖法进行施工。拱顶管棚法以及超前小导管对掌子面的注浆加固，是控制通道施工的关键措施。如图2所示，隧道掌子面注浆加固范围设为X，超前注浆加固长度设为L。

图2 CRD施工注浆范围示意图

二、模型的建立

1.模型范围

根据工程实际和数值模拟合理性要求，取计算模型的左右两侧距离隧道中心线分别为30m，地层深度从地表到底层取38m，模拟主要考虑暗挖通道施工对南二环地表路面的影响，所以整体模型长度从二环路南端沿着隧道纵向取值60m：暗挖通道横截面取6.9m×7.2m，结构上部覆土5.3m，掌子面注浆加固取值 X=2m。

2.材料参数设置

根据材料的不同，工程所建立的土体几何模型由上至下共分为四层：6m的素填土、5.5m的粉质粘土层、2.5m的砂卵石层以及24m的泥质粉砂岩。土体本构类型，选用更为方便的德鲁克普拉格模型；支护结构为弹性材料；管棚加固区和注浆加固区的材料参数通过刚度等效原理和基本换算理论进行确定，采用D-P模型。各材料属性及计算参数如表1所示。

表1 数值模型相应材料参数

3.初始荷载及边界条件

该三维模型除了考虑自重以外，为了模拟通道施工过程中南二环路面车流量的影响，取地面超载为均布面荷载，数值为20kPa；对于边界条件，底面为固定支座，四个侧面取法向约束，上表面为自由面。

4.施工工况设置

设置两个变量，即开挖方案和超前注浆加固长度L。方案A工序采取左上→右上→左下→右下；方案B：左上→左下→右上→右下。组合方式见表2。

表2 工况设置

三、地表沉降数值分析

在地表分别选取两个不同位置：道路中心线（Y=30m）和地表中心点（X=0,Y=30m）进行数值分析，结果如图所示。

图3 X=0，Y=30m处地表沉降

图4 Y=30m断面处地表沉

1.通过分析图3呈现规律可以发现，施工工序在前8步对X=0,Y=30m断面处地表的影响不大，第10步工序时沉降下降速率开始加剧，到第20步工序时，地面沉降量达到最大值，往后地表沉降趋于平稳直至施工完毕。在第20步工序时，沉降情况最小的是工况5，数值为10.44mm；采用工况4时地表沉降量最大，为11.36mm，相差8.8%。

2.图4为Y=30m剖面处地表沉降情况沉降槽曲线影响范围约为3倍通道断面的最大洞径。6种不同组合下，Y=30m断面处地表受影响最小为工况5的9.91mm；采用工况2时，沉降最大，达到11.04mm，相差11.4%。

四、结语

1.研究了城市主干道下暗挖通道CRD施工以超前小导管注浆和管棚作为超前支护手段前提下，采用不同开挖工序和超前注浆长度组合方式施工对地面总体沉降量的影响。通过数值模拟分析和各方案比对可以得到，工况5下地表沉降量控制最合理，建议采用。

2.通道施工时，对二衬还未浇筑的暗挖通道上方道路进行封闭，以确保工程质量和施工安全。施工区域临近路面除绿化带范围外，应铺设钢板且与路面进行固定，以减少车辆行进对结构带来的扰动。地面超载不应大于20kPa，钢板采用20mm厚Q235a板材，ф10钢筋焊接固定在钢板上，横向间距200mm，用作防滑横条。