大跨度暗挖车站邻近建筑物开挖施工技术

谢雪宁 （中国铁建十六局集团地铁工程有限公司，北京 100124）

0 前言

为缓解地面交通的压力，提升城市形象，合理利用城市空间，越来越多的城市开始进行地铁建设。在暗挖车站施工过程中，开挖会造成土层应力释放，引起土体水平位移，产生不均匀沉降，可能引起地面建筑物的沉降和倾斜变化，严重时可能危及地面建筑物的安全，带来经济损失及不良社会影响。因此，在施工过程中如何有效的控制地表沉降，保证地面建筑物安全，是施工管理中的一个重要方面。本文从力学角度分析了城市隧道上方覆土体沉降的机理；利用平面有限元模型模拟分析了浅埋暗挖法大跨度隧道沉降；采用随机介质理论法对大断面浅埋暗挖隧道施工地表沉降进行了预测分析；对城市隧道浅埋暗挖地表沉降规律及控制方法进行了研究。在地铁隧道开挖的过程中地层应力场的变化，施工扰动，隧道跨度及埋深，开挖方法等都是造成地表沉降的主要原因。

本文工程开挖施工过程中发现车站上方附近建筑物沉降接近预警值，分析原因后制定专项措施，确保地面建筑物安全，为以后类似地铁工程建设提供参考。

1 工程概况

万年泉路站位于万年泉路与华楼山路交口处，沿万年泉路南北方向布置。车站总长199.60m，主体结构开挖总宽度20.658m，总高度18.06m，车站主体采用暗挖“双侧壁导坑法”施工。车站东侧毗邻建安小区、建安小区沿街商铺，其中建安小区沿街商铺距离车站主体结构水平4.25m～4.75m、垂直4.85m。沿街商铺均为两层砖砌结构，预制板楼板结构，建于1995年，基础埋深较浅，为毛石浆砌基础，基础埋深2m，商铺现状较破旧。车站结构采用单拱大跨暗挖断面，由于结构断面尺寸大，尤其是中导洞开挖跨度超过11m，高度9.5m，且结构埋深浅处仅6.85m，且此处拱部以土层为主，导致结构稳定较差，结构施工风险高、难度大。

1.1 工程地质、水文地质情况

车站施工范围内基岩以燕山晚期花岗岩为主，其间穿插有煌斑岩、花岗斑岩并伴随有构造岩，地下水主要是构造裂隙水。煌斑岩及细粒花岗岩等脉岩穿插分布于场区，脉岩及构造岩的发育造成场区基岩岩体破碎，完整性较差。由于岩体的各向异性，加之局部岩体破碎、节理裂隙发育，地下水相对富集，透水性也相对较好。地下水主要依靠大气降水入渗和地表水体入渗补给，季节性影响较大。

依据地勘报告，车站暗挖施工范围内次生断裂构造发育，脉岩、碎裂岩及糜棱岩的发育造成岩体破碎，软硬不均。开挖后围岩为强、中、微风化岩和各种岩脉及构造岩，涌水量受季节以及节理发育程度影响，局部构造发育地段开挖过程中可能有涌水现象发生。

2 施工中出现的问题与分析

2.1 施工中出现的问题

开挖过程中受雨季影响，暗挖车站上部土层压力增大，地面沉降接近预警值，车站上部东侧建筑物产生沉降，建筑物有承重墙开裂、地板开裂、吊顶脱落、店面玻璃门开关不灵活、地面台阶下部基础沉降产生裂缝等现象。

2.2 原因分析

分析了土体产生沉降的内在机理，认为沉降的产生受地质及水文条件和人为施工活动影响，地面沉降是在不良地质条件下，采用不适当的方法进行施工活动的结果。研究表明：暗挖施工扰动土体引起的地面土体沉降、地下水降水效果好坏、建筑物自身稳定性及抵抗变形能力、施工工序因素是造成临近建筑物沉降的原因。

通过理论分析结合现象实际情况，综合分析后认为上述问题的产生由如下因素造成：①此里程段围岩裂隙发育、节理多，岩层之间主要靠泥状胶结物胶结，在水的作用下容易产生局部掉块。②2#导洞爆破震动对上部1#导洞造成一定影响。③由于连续降雨，受雨季积水影响，导致房屋下部回填压缩密实，造成房屋基础下部空洞。

2 施工专项措施

研究表明：上部导洞开挖引发的地表沉降比例达到59.3%，是暗挖车站控制地表沉降的关键步序。暗挖车站下穿施工中为控制既有线的变形，除了常规的施工技术措施外，从减少隧道开挖过程中地层损失，限制地层松动圈随时间发展等方面采取了主动的控制措施，能起到良好的效果。

为有效控制地表沉降，确保地面建筑物安全，本次施工专项措施的设计基本思路为：隧道内增加补强措施，加强初支强度；地面建筑物基础采用袖阀管进行加固。

2.1 隧道内补强措施

2.1.1 原施工方案

此段里程范围内采用格栅钢架、系统锚杆联合支护形式。格栅钢架间距为1m，格栅支护采用350mm厚C25喷射早强混凝土。临时中隔壁与临时仰拱采用型钢支护，型钢支护段采用300mm厚C25喷射早强混凝土。各导洞采用台阶法开挖，并在台阶处增加锁脚锚杆。

2.1.2 补强措施

①对节点板以上拱部设置Ф25组合中空注浆锚杆，单根锚杆长度为4m；布设间距：1.5m（环向）×1m（纵向），梅花形布设。

②每榀格栅节点两侧各打设一排EX28N涨壳式预应力中空注浆锚杆，锚杆直径46mm，单根长度为10m；预加力施加大小为90kN。注浆材料为水泥浆。

③架立型Ⅰ22钢支撑，安装钢支撑前凿开初支混凝土面，将钢支撑伸入混凝土面中后重新填充凿除部位，使钢支撑与初支断面形成整体受力结构。钢支撑在中上导洞开挖前进行拆除。

2.2 地面建筑物加固

隧道内补强措施施工完成后，加强施工监测，根据监测情况待隧道变形稳定，地面沉陷基本稳定后对房屋下部基础进行加固注浆，并对房屋西侧墙体与排水沟间范围进行隔离注浆。具体参数如下。

①注浆范围。注浆深度：房屋基础向下1m范围，具体注浆深度根据地层条件现场确定。注浆平面范围：房屋西侧墙体向东侧约3m，向西侧约1.5m。

②注浆材料及浆液配置。注浆材料选用普通425硅酸盐水泥。水泥浆水灰比为0.6～1.0，在碎石屑垫层中采用0.6，在地基土层中采用0.6～1.0，为防止浆液析水，掺入防析水剂纤维素，其用量约为水泥重量的（0.2～0.3）%，掺加掺量占水泥质量百分比为15%的氯化钙速凝剂，掺量占水泥质量百分比为0.05%去垢剂流动剂，掺量占水泥质量百分比为0.02%铝粉膨胀剂。

③孔间距。第一排注浆孔离墙体0.5m，其余孔间距0.5～0.8m，孔间距可根据实际情况进行调整。

④注浆压力。以不超过地层压重与强度为限，实际使用的灌浆压力在100～300kPa之间变化。

⑤注浆方法。采用自下而上栓塞分段灌浆法，孔可稍向基础中心倾斜，使水泥浆液能直接渗入基底下的地基中，灌浆时使用压浆设备将浆液压入。

2.3 辅助措施

①联系物探单位对建筑物及隧道周围环境进行全面探测，上报探测情况和探测情况分析报告。

②车站中导洞开挖控制爆破震速，减小爆破施工对车站结构和车站周围环境的影响。

③施工过程中加强对隧道周围环境监测，补充建筑物及路面的监测点，对临测点布点位置进行讨论分析并对建筑物的临测点进行重新布点。监测内容需体现建筑物的差异沉降。

3 结束语

暗挖车站施工是一项未知因素较多、风险较大的系统工程，施工过程中总会遇到各种各样的问题，大跨度暗挖车站施工本身风险比较大，施工中由于地质条件的复杂性和周围环境的不确定性，更增加了施工的风险。暗挖施工引起的地面沉降与地面老旧建筑物沉降控制标准要求严格之间的矛盾越来越突出，施工中遇到的问题也会越来越多。所以，施工过程中，应根据现场出现的问题及时调整施工方案，本文在分析暗挖车站施工过程中遇到的问题基础上，通过增加隧道内补强措施及对地面建筑物基础加固，有效控制了地面建筑物沉降，安全完成了全断面开挖施工，为后续类似情况的出现提供了一种解决问题的思路。