地铁浅埋暗挖隧道地层沉降因素及控制对策

王缙博

摘要：地铁隧道的埋深一般均较浅，在采用暗挖法施工时更容易产生地层、地表下沉及变形，严重的将危及地面建筑物、城市道路、地下管线等的安全。本文分析了深圳地铁浅埋暗挖隧道施工中影响地层沉降的关键要素，提出控制地层变形和地表沉降采取的对策和措施。

关键词：地铁；浅埋暗挖；隧道地层；沉降因素；控制对策

地层沉降控制是浅埋暗挖法施工技术水平和管理能力的综合体现，更是工程投资大小的体现。在隧道开挖过程中有时地表的沉降控制能够满足规范要求，然而此时埋在地下的管道却可能面临破坏的危险。究其原因就是我国目前还没有相对统一的管线控制标准，这也充分印证了在某些特殊区段加强隧道施工地层沉降控制的必要性。

1影响地层沉降变形的主要因素

（l）地层土体特征。隧道开挖后上覆土层形成自然拱的最小土层厚度与土体本身力学特性密切相关。隧道开挖后能否形成自然拱不仅对隧道支护结构影响大，对地层和地表的变形沉降影响也很大。能形成自然拱的对地表沉降量的影响就小一些，反之即大一些。同时，土体特性也会随一些条件的改变而改变，特性改变之后对地表沉降量的影响也随之改变。（2）地下水。地铁隧道处于地下水位线以下的居多。隧道开挖排水后，易造成地下水因压力差的存在不断渗出，形成多条渗水通道，使地层持续失水，土层空隙及节理裂隙固结收缩，引起地层、地表出现超前、超大范围的变形及沉降。从对深圳地铁施工监测情况看，地层的持续失水是造成地层变形、地表沉降的最根本、最主要原因之一。（3）地层应力释放。由地层的收敛约束特性可知，随地层位移的增大，上覆地层施加到隧道结构上的荷载将减小。最佳支护概念就是在允许地层产生稳定的位移条件下，使支护结构所受的力最小。城市地铁隧道，尤其是浅埋暗挖隧道，为保证地表的变形得到控制，原则上不允许地表出现超越规定值的下沉而换取最佳支护，地层预加固与及时支护且封闭成环是超浅埋暗挖隧道的关键。（5）施工方法。城市地铁隧道开挖常用的工法中，台阶法是引起地表下沉最为严重的一种施工方法，但因其操作简单，成本低，只要措施得当，一般可满足地表沉降要求。国内外区间单线隧道施工多采用台阶法。但台阶法也多种多样，需根据不同的断面形式及地层条件谨慎选取。（6）开挖进尺的影响。开挖进尺的大小实质上是工作面无支护空间的大小，其值不仅决定着地表下沉及拱顶沉降，而且也影响开挖面的稳定性，二者相互作用并以工作面的稳定性为基础。

2地铁浅埋暗挖隧道地层沉降控制对策

2.1确定适合地层条件的施工方法

为了将地表沉降控制在一定范围，在运用台阶法时，因因地制宜。地质越软，则台阶长度应越长。为了使开挖各分部提早闭合，通常，上台阶应添加临时仰拱，在特殊地段的上台阶拱脚处应架设钢支撑喷混凝土作托梁。实践出真知，事实证明，在运用该方法后，拱顶及地表下沉确实有所改善。

2.2领会并严格执行“18字方针”

浅埋暗挖法是在城市地铁隧道施工历经多地区实践基础之上提出的具有我国特色的软土隧道施工方法。它的精神实质及要领都融合在“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”18字方针里。不仅是字面上的浅显表达，其领会程度与否决定着对工法的应用程度以及施工效果，反映着对周边环境的影响。“管超前”不仅仅是简单的利用小导管等进行超前预加固支护，其加固效果与小导管直径、长度、间距、安设角度、搭接长度以及浆液等都具有极强的相关关系；“短开挖”不是指台阶长度短，而是指控制循环进尺，少扰动地层，开挖范围小且留核心土；“快封闭”不仅仅是指全断面及早封闭，其意义在于在分部开挖中，每一分部开挖面也能尽快封闭。

2.3改善土体特性

通过对隧道开挖周边外土体进行局部加固处理，一方面可以促进隧道开挖后自然拱的形成，另一方面可以改进土体的特性，促使其往好的方面转化。深层注浆和超前注浆既可以加固土体，也可以改善土体的性质。可以根据土体的性质压注纯水泥浆或双液浆，必要时也可以压注化学浆液，还可以采取其它的改善特性的措施。

2.4适度排放地下水

毫无疑问，地下水的排放不仅会增加上覆地层的强度，而且也增大其刚度。然而对于一些特殊的地层如砂层砾砂，若在这种土层的表层，过度抽排地下水，会导致地表大范围沉降。所以，在保障正常开挖和工作面稳定的情况下，应尽量少抽排地下水，应具体情况具体分析，一共有如下四种情况：（1）应开源节流，尽量缩短时间。（2）采取断面注浆、喷混凝土等措施稳定工作面，并按照具体条件来调整注浆参数、小导管、格栅支护参数以确保注浆效果（3）采取地表或洞内注浆措施封堵部分地下水（4）采取止水帷幕或旋喷桩等阻断地下渗水通道。

2.5缩短开挖进尺

为控制地表下沉及拱顶下沉，工作面的稳定十分重要，对城市地铁尤其是软弱地层隧道，开挖进尺应尽量减小。根据国内外实践经验，建议每循环进尺取断面开挖宽度的0.1倍。

2.6增大左右线隧道开挖面的距离

当两隧道的中心线距等于或小于3D时，两隧道的开挖会有叠加影响。在线间距一定的情况下，增大两隧道开挖面的相对距离可以减少其相互作用的叠加。软弱围岩其沉降影响范围大，建议两开挖工作面的距离控制在30m以上。

2.7合理安排二次衬砌时间

孔隙水的调整所产生的附加应力是一个漫长的递增过程。软弱富水地层，随着渗排水，地表大范围沉降，初期支护的刚度与地层刚度的相互作用会愈来愈强，因此，软土隧道应及时施作二次衬砌。地铁隧道的实践表明，二次衬砌施作后，地层变位趋于稳定。

3结束语

总而言之，在某种程度上，一种因素的影响对于地表下沉是很微弱的，但是在多种因素的作用下，那就不一定了。因此，我们在暗挖隧道时，更需要注意一些细节，未雨绸缪，防患于未然，平常做好措施，加固地表，在暗挖隧道时应因地制宜，不应勉强，应积极响应建设环境友好型和资源节约型社会的号召。不乱挖，严格贯彻落实18字方针。

参考文献：

[1]蒋双双.武汉地铁浅埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究[J].建材与装饰.2018（04）.

[2]周沈華，宋再荣，吴海山.浅埋暗挖隧道地层沉降控制措施研究[J].土工基础.2015（02）.

[3]沈家煌.城市地铁浅埋暗挖隧道地层沉降分析与控制[J].建筑工程技术与设计.2016（05）.

（作者单位：中铁十九局轨道交通工程有限公司）