地铁暗挖区间地表沉降综合因素分析

齐峰 王兵 杨世鹏 韦龙

（1北京市轨道交通建设管理有限公司，北京 100037；2中铁十六局集团有限公司，北京 100018）

1 工程概况

北京地铁17号线未来科技城南区站～未来科技城北区站区间盾构始发井场地分别设置2个始发井、2个配合井，两井之间采用标准暗挖区间施工，配合井向大里程方向左线为标准暗挖区间，右线为CRD渡线暗挖施工。

开挖前采用真空降水工艺对竖井周边进行区域降水。临时竖井采用倒挂井壁法进行开挖，地面以下6.75m格栅间距0.75m，其余部位格栅间距0.5m，在砂层部位环向间距1m打设2.3m长超前注浆锚管。正线开挖标准马蹄形断面为台阶法施工，拱部打设小导管，格栅厚度为250mm，格栅间距为500mm。渡线施工采用CRD法施工，过风险源部位拱部进行深孔注浆加固土体。

2 沉降原因分析

发生沉降预警后由监理单位组织施工各方召开预警响应会，对沉降原因进行分析，制定处理措施。同时中铁十六局地铁公司成立调查分析小组，对区间暗挖施工地表沉降预警进行调研。通过对未来科技城南区站～未来科技城北区站区间水文地质及周边环境调查、施工设计参数的了解、施工过程中存在问题的询问和施工过程中对应监测数据的分析，得出如下结论：

1）北京地铁17号线01标此次调查的暗挖区间水文地质较为相近，由上向下均为杂填土、粉细砂、粉质黏土及粉细砂层，暗挖结构处于粉质黏土及粉细砂层中。暗挖拱顶以上3～5m均为自稳能力较好的粉质黏土层，在开挖过程中未出现塌方现象，结构自身风险可控。

2）未来科技城南区站～未来科技城北区站区间暗挖段在施工过程中虽然地表沉降范围及数值均过大，但目前沉降区域周边无任何管线及构筑物，且施工过程中无塌方现场，不会造成地面塌陷，环境风险基本可控。但在过路区域需进行沉降预判，做好施工预控措施。

3）此次地表沉降范围及数值均过大的主要原因有：

①未来科技城南区站～未来科技城北区站区间位于滨河公园内，杂填土较厚，填土成分复杂，力学性质差，土质松散～中密，均匀性稳定性差，粉质粘土②层与粘质粉土②1层为新近沉积层，力学性质较差，自稳能力差，压缩模量为2.2～5.1MPa，高～中高压缩性。碾压欠密实是引起地表沉降的主要原因。

②沉降区域地下水较为丰富，施工中采用真空降水措施，降水过程中造成土体固结，是造成地表沉降的重要原因。

③部分沉降点位于施工车辆行驶区域，施工车辆对周边土体的碾压造成该部位沉降过大。

④根据地勘资料中地面沉降地质灾害现状评估说明，该区间处于昌平沙河～八仙庄沉降区域，正处于沉降发展阶段，目前年沉降量平均为66.5mm。

⑤未来科技城南区站～未来科技城北区站区间施工场地位于滨河公园内，近期公园绿化人员园林灌溉较多，导致土体出现水沉现象。

3 沉降因素权重分析

为了分析该区域沉降原因，向后续施工提供参考依据，结合相关单位意见，对各施工工序沉降因素进行分析：

DB-01-01地表点位于盾构配合井北侧10m位置，该点位于区间正线上方，重车不会对该区域进行碾压，目前下方区间暂未开挖。

DB-01-04地表点位于盾构配合井西侧10m位置，为重车行走道路内。

DB-01-05地表点位于盾构配合井南侧5m位置，该点位于区间正线上方，重车对该区域进行碾压，目前下方区间开挖通过。

DB-01-06地表点位于盾构配合井南侧10m位置，该点位于区间正线上方，重车对该区域进行碾压，目前下方区间开挖通过。

DB-04-01地表点位于盾构配合井南侧28m位置，该点位于区间正线上方，重车极少对该区域进行碾压，目前下方区间开挖通过。

3.1 重车碾压方面的影响

该区域进行整体区域降水，DB-01-05及DB-01-06位于渣土场西侧，施工过程中为土方装运场地，而DB-01-04为运输道路区域，DB-04-01及DB-01-01为非重车碾压区域。

根据沉降数据及沉降点所处位置进行比较，DB-01-05、DB-01-06、DB-04-01及DB-01-01均位于区间正上方，但DB-01-01下方区间暂未开挖，其余3点进度情形较为相近，DB-04-01 目前沉降为78.9mm，DB-01-05 及DB-01-06比DB-04-01多沉降约52～78mm，则在正线上方重车碾压预计造成地表沉降在50～80mm。

3.2 开挖对沉降的影响

DB-01-01与DB-04-01均位于区间正线上方，同时均不在重车碾压区域，不同之处在于DB-04-01下方正线开挖完成，而DB-01-01下方正线暂未开挖，根据两点差值可认为开挖对沉降影响在35mm左右。

3.3 降水造成土体固结对沉降的影响

表1 未来科技城南区站-未来科技城北区站区间沉降分析

根据以上分析及DB-01-05、DB-01-06 最终沉降量，得出剩余沉降量为44～74mm，根据深层点与地表点比较，此沉降量大部分为降水造成松散土体固结导致。

该区间向北将下穿滨河路，为下穿管线及市政道路提前做出预判，暂对场地内沉降槽进行分析，DB-01-08、DB-01-09、DB-01-010、DB-02-06、DB-02-07及DB-02-08为垂直线路的6个点，位于配合井北侧，工况及进展一致，目前沉降值分别为60.6mm、75.6mm、70.5mm、71.6mm、59.6mm及73.7mm，差异沉降在10～15mm，倾斜率最大为3‰。预计过路阶段也为此数值。

根据以上数据分析，沉降原因权重分析如表1。

4 控制措施

项目部为确定原因分析的正确性，同时采取以下控制措施：

1）在地表监测点附近增设深层监测点，深层监测点要伸入至杂填土下粉质黏土层，通过两者之间数值变化分析地层变化情况。若地表监测点数值远大于深层测点，则可断定暗挖施工对地表沉降影响不大。

2）在重车行驶区域铺设钢板，防止重车碾压对监测数据造成影响[1]。

3）未来科技城南区站～未来科技城北区站区间开挖过程中将上下台阶步距调整为3m左右，及时做到快封闭要求。

4）加大人力、物力投入，加快初支开挖、格栅架设、小导管打设注浆及喷锚，减少掌子面暴露时间。

5）及时进行初支背后回填注浆，确保初支背后密实。

6）后续下穿风险源时，与管线产权单位密切沟通，确保下穿施工过程中管线的安全。

7）暗挖施工过程中做好地表、洞内监测及现场巡视工作，发现异常及时分析原因并进行处理，保证结构自身及周边环境风险可控。

5 结语

地铁施工中，要选用合适的量测方法和数据分析方法，对关键部位施工做到有的放矢，保证施工及周围建筑物的安全。如何控制地铁施工过程中地表沉降是施工的难点之一。特别是在地铁路线附近居民、建筑密集、交通比较发达的地方，若地表沉降控制不到位，不仅影响路面交通，还影响沿线附近的建筑，甚至导致建筑倒塌，造成安全事故。因此，在地铁施工过程中，一定要做好地表沉降的监测及预测，为地铁施工提供指导。同时，针对可能出现严重情况的地表采取相应的控制措施，以保证地铁施工的安全进行。