浅埋暗挖双侧壁导坑法地铁隧道地表沉降分析

闫 康

(北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100068)

0 引言

地铁作为缓解城市地面交通压力的重要手段之一，近年来在国内众多城市中得到了大规模发展。双侧壁导坑法是以新奥法基本原理为依据，将大断面划分为多导洞开挖，在城市地铁浅埋暗挖大断面隧道施工中应用较为广泛。

1 工程概况

1)乌鲁木齐地铁1号线三屯碑站—新疆大学站区间右线隧道长738.411 m，左线设置一短链4.246 m，采用矿山法施工，区间出三屯碑站线间距为5.0 m，经过平曲线后，线间距逐渐增大，以15.2 m线间距进入新疆大学站。

2)小线间距长约224.751 m，平面图如图1所示，分为A,B,C,D四种单洞双线断面，本文以A断面作为研究对象，该断面总长约92.481 m，双侧壁导坑法施工，开挖高度9.2 m，宽度12.78 m，覆土厚度5.23 m～8.22 m。

2 工程地质与水文地质情况

1)根据勘察揭露本工程场地内地层主要为人工填土层、第四系全新统冲、洪积卵石层和粉质粘土层、第四系上更新统坡、洪积角砾层及下伏的三叠系泥岩、砂岩、砾岩构成。小线间距A断面隧道地质剖面图如图2所示，各岩土层主要物理力学性质指标见表1。

表1 岩土物理力学参数指标

2)场地内存在两层地下水，分别为第四系孔隙潜水和基岩裂隙水，潜水水位埋深3.98 m～11.30 m，基岩裂隙水表现出强烈的不均匀性和各向异性。

3 双侧壁导坑法隧道超前预加固及初期支护设计参数

3.1 超前预加固

掌子面全断面深孔注浆；φ108大管棚结合φ42,L=2.5 m、环向间距0.3 m、纵向间距1 m的超前小导管进行超前预支护和预加固。

3.2 初期支护

钢格栅纵向间距0.5 m；φ22纵向连接筋，双层布置，环向间距0.5 m；φ6@200×200双层钢筋网；350 mm厚的C25喷射混凝土。

3.3 临时支护

中隔壁和中隔墙采用Ⅰ20a工字钢，φ22纵向连接筋，间距0.5 m。φ6@200×200单层钢筋网，250 mm厚的C25喷射混凝土。

4 双侧壁导坑法隧道施工工序

1)小线间距A断面采用双侧壁导坑法施工，分为6个步骤：a.两侧导洞上台阶开挖；b.两侧导洞下台阶开挖，架设临时支撑；c.中导洞上台阶开挖；d.中导洞下台阶开挖，架设临时支撑；e.拆除临时支撑，铺设防水层，浇筑仰拱；f.铺设防水层，模筑二衬混凝土。

2)左导洞超前右导洞15 m～20 m，右导洞超前中导洞20 m～30 m，开挖台阶长度3 m～5 m，临时支撑随下台阶跟进。

3)由于地质性状的变化和施工条件的限制，隧道穿越中风化砂岩地段未按照设计进尺开挖，洞内初支结构监测稳定，巡视未发现异常情况。

5 地表沉降监测数据分析

1)三屯碑站—新疆大学站区间沿隧道中线上方及中线两侧道路布设地表沉降监测点，每20 m设置横向主监测断面。本次分析选取DB-90横向主监测断面中具有代表性的DB-90-02,DB-90-03,DB-90-04和DB-90-05监测点作为分析对象，如图3所示。各监测点历时沉降曲线如图4所示，各施工阶段的沉降量如表2所示。

表2 监测点阶段监测数据统计分析 mm

a.左侧导洞开挖通过监测断面期间，因拱部以上地层为非密实粉质粘土，受隧道开挖扰动影响，产生明显沉降，约占累计沉降总量的19%；

b.右侧导洞开挖过程中，未见地下水，但期间测点DB-90-03临近位置DN700市政水管损坏大量渗漏水，使得上覆粉质粘土地层处于饱和状态并在初支表面形成股状涌水，引起局部地表急剧沉降，累计沉降量达到监测预警值，该阶段沉降量约占累计沉降总量的62%。发现管线渗漏水情况后，所属产权单位对该管线立即展开抢修工作；

c.监测预警发布后，施工单位立即封闭各导洞掌子面，对预警沉降过大区域进行地质雷达空洞探测，探测结果并未发现该区域地下存在空洞和疏松的情况。针对此种情况，最终采取自两侧先行导洞拱顶部位向未开挖的中导洞上台阶拱顶地层注浆，此法既可对初支背后进行回填注浆，也可对中导洞上方地层进行预加固，注浆采用φ42注浆导管，长度1.5 m，纵向间距50 cm，角度10°～15°，单浆液；中导洞采用φ42注浆管，长度4 m，纵向间距50 cm，角度10°～15°，掌子面拱顶上方环形布置，单液浆注浆，加强对掌子面前方土体的加固措施。通过两次注浆地层加固，地表沉降逐渐趋于平稳；

d.中导洞掘进通过监测断面期间，因拱顶地层被加固结合中导洞超前加固措施，该阶段地表微沉降；

e.各导洞掌子面掘进至监测断面处地层扰动影响范围外及冬休停工期间，监测数据平稳；

f.拆撑阶段：每次拆除长度为2 m，在拱顶位置中隔壁工字钢处预留50 cm割除10 cm工字钢，进行监控测量；若监测数据稳定，在侧导洞临时横支撑一侧端头预留50 cm割除10 cm工字钢，进行监控测量；若监测数据稳定，继续向前拆除2 m，以此类推，每段共计拆除12 m，若监测数据均无异常，拆除该段剩余临时横撑，如图5所示。拆撑期间地表沉降约占累计沉降总量的10%；

g.二衬施作完成后，监测数据平稳。

2)对A断面地表沉降监测点累积沉降值分布情况进行统计，结果如图6所示。81%的监测点累计沉降值可控制在-30 mm(阈值)以内，部分监测点由于DN700市政水管渗漏水导致累计沉降值超过阈值。累计沉降值在-20 mm～-30 mm范围内的监测点数量最多，约占总监测点数量的38%。

6 结论与建议

通过对三屯碑站—新疆大学站区间A型大断面双侧壁导坑法隧道施工地表沉降监测数据的分析，结合施工工序，提出如下结论和建议：

1)大断面双侧壁导坑法隧道划大断面为小断面，步步封闭，先行导洞开挖引起的地表沉降明显大于后行导洞。管线渗漏水导致隧道上覆地层含水饱和软化，是造成地表局部急剧沉降的主要原因，约占总沉降量的62%，因此施工前应深入开展管线排查及保护工作，预测风险并做好相应的应急准备。

2)导洞开挖阶段沉降约占总沉降量的86%，为有效控制地表沉降，隧道开挖前应做好拱部一定范围内的地层加固措施，形成有效的加固壳，开挖过程中缩短支护时间，步步成环。

3)拆撑及二衬施作阶段沉降约占总沉降量的14%，临时支撑破除时结构受力体系发生转换，应力重新分布，此阶段初支易发生失稳破坏，合理的拆撑方案既能保证施工安全又能促进工程流水施工，保障工期节点目标实现。

4)隧道上覆地层为饱和杂填土或粉质粘土地层受隧道开挖扰动易产生较大地表沉降，建议类似非饱和地层中含带水管线时，宜提高一个风险等级并提前采取管线保护措施。

5)加强施工监测，根据监测数据实现动态施工，既保证施工安全又能快速高效完成工程建设，监测结果对指导设计有一定意义，使设计的隧道既安全可靠又经济不浪费。