軟弱富水地層中雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖沉降分析

李夢(mèng)堯, 楊森林, 張 麗

(1.北京建筑大學(xué), 北京 100000; 2.北京城市快軌建設(shè)管理有限公司, 北京 100027)

軟弱富水地層中雙側(cè)壁導(dǎo)坑法開挖沉降分析

李夢(mèng)堯1, 楊森林2, 張 麗1

(1.北京建筑大學(xué), 北京 100000; 2.北京城市快軌建設(shè)管理有限公司, 北京 100027)

北京地鐵四通八達(dá)，淺埋暗挖法施工在城市隧道中應(yīng)用越來越廣泛。文章基于北京地鐵區(qū)間風(fēng)道暗挖施工的復(fù)雜工程及地質(zhì)條件，對(duì)施工中的沉降進(jìn)行了深入的分析和總結(jié)，希望對(duì)類似條件下的工程施工具有參考意義。

淺埋暗挖； 風(fēng)道； 雙側(cè)壁導(dǎo)坑法； 沉降控制

1 工程概況

區(qū)間風(fēng)道位于永豐路下，風(fēng)道斷面為雙層拱頂拱底直墻

斷面，開挖尺寸為寬12.9m×高16.67m，覆土厚度為9.98m。斷面采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法分四層十二導(dǎo)洞開挖，初支厚度350mm(圖1)。

圖1 區(qū)間風(fēng)道總平面圖

2 施工環(huán)境

2.1 工程地質(zhì)及水文地質(zhì)條件

區(qū)間風(fēng)道拱頂以上土體為人工填土、粉土②、粉質(zhì)黏土②1，風(fēng)道開挖范圍內(nèi)以黏性土為主，存在粉細(xì)砂④3層、粉細(xì)砂⑥3層及粉土⑥2層，結(jié)構(gòu)底板位于粉質(zhì)黏土⑦4層和粉質(zhì)黏土⑧層及其夾層。其中粉細(xì)砂④3層及粉細(xì)砂⑥3層處于(一)潛水層，粉土⑥2層處于(三)層間水(表1)。

表1 區(qū)間風(fēng)道地下水位

2.2 周邊施工環(huán)境

區(qū)間風(fēng)道下穿永豐路，永豐路為城市主干路，交通流量大，行駛車輛載重大；區(qū)間風(fēng)道下穿D500燃?xì)夤?距拱頂7.87m)、D800雨水管(距拱頂7.65m)、D900污水管(距拱頂4.85m)、D1600雨水管(距拱頂6.72m)、D600中水管(距拱頂7.84m)5條管線，端頭墻臨近2000×2300電力管(水平凈距3.71m)。區(qū)間風(fēng)道地質(zhì)部剖面及管線縱剖面見圖2。

圖2 區(qū)間風(fēng)道地質(zhì)剖面及管線縱剖面

3 開挖方法

3.1 施工參數(shù)

區(qū)間風(fēng)道施工參數(shù)見表2。

3.2 開挖步驟

開挖步驟見圖3。

4 沉降情況分析

區(qū)間風(fēng)井地表最大沉降點(diǎn)為DB6-6，沉降量為108.2

表2 區(qū)間風(fēng)道施工參數(shù)

圖3 開挖步驟

mm，位于永豐路上下行的中央隔離帶內(nèi)，處于隧道中間位置。區(qū)間風(fēng)道監(jiān)測(cè)平面布置及沉降曲線見圖4～圖10。

圖4 區(qū)間風(fēng)道監(jiān)測(cè)平面布置

圖5 區(qū)間風(fēng)道25 m處斷面地表沉降點(diǎn)沉降曲線

圖6 區(qū)間風(fēng)道35 m處斷面地表沉降點(diǎn)沉降曲線

圖7 區(qū)間風(fēng)道35 m處斷面拱頂沉降點(diǎn)沉降曲線

圖8 區(qū)間風(fēng)道隧道沿中線斷面地表沉降點(diǎn)沉降曲線

圖9 區(qū)間風(fēng)道隧道中線處斷面拱頂沉降曲線

圖10 區(qū)間風(fēng)道隧道最大沉降區(qū)域橫向沉降曲線(單位: m)

根據(jù)以上沉降分析可知：

(1)區(qū)間風(fēng)道最大沉降點(diǎn)與拱頂沉降最大點(diǎn)基本處于同一位置(風(fēng)道35m處)，地表沉降量部分是由拱頂下沉造成。

(2)區(qū)間風(fēng)道地面沉降屬于區(qū)域沉降，沉降范圍較大，坡度較緩。

(3)在隧道的1#～5#導(dǎo)洞開挖期間隧道沉降速率較大，沉降量較大，拱部開挖是造成地面沉降的主要原因之一。

5 原因分析

(1)風(fēng)道開挖中地下水豐富，深孔注漿薄弱環(huán)節(jié)，易造成滲漏水，尤其是粉細(xì)砂層，滲水量較大，造成部分水土流失。

(2)風(fēng)道拱部500mm以上為第一層水(層間水)，在風(fēng)井道挖過程中發(fā)現(xiàn)水量較大，且有粉細(xì)砂夾層，地層較差。風(fēng)道開挖過程中尤其是拱部1#、2#、5#導(dǎo)洞開挖造成拱部土體擾動(dòng)(圖11)。

(3)風(fēng)道1#～12#導(dǎo)洞粉質(zhì)黏土層含水率為30%，基本為飽和狀態(tài)軟塑性粉質(zhì)黏土。該地層暴露時(shí)間較長，易造成水分散失，地層變形拱頂下沉。

(4)風(fēng)道初支側(cè)壁有水滲出，風(fēng)道與土體側(cè)面摩擦力較小，導(dǎo)致拱頂下沉。

(5)風(fēng)道基本處于含水率飽和狀的粉質(zhì)黏土層，開挖過程中，拱腳、仰拱部位有水滲出，被水侵泡后變成軟塑狀，易變形，造成拱頂下沉。

圖11 風(fēng)道第一層水與風(fēng)道關(guān)系剖面(單位: mm)

(6)風(fēng)道1#～12#導(dǎo)洞的開挖有一定的群洞效應(yīng)，同一部位多次開挖造成對(duì)土體的多次擾動(dòng)，并使土體應(yīng)力重新分布。

6 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

(1)地表下沉是復(fù)雜的多因素綜合作用，應(yīng)根據(jù)地層及周邊環(huán)境的不同，在設(shè)計(jì)、施工階段制定合理的控制措施。

(2)淺埋暗挖法大斷面群洞開挖，主要是頂層導(dǎo)洞對(duì)地層擾動(dòng)較大。

(3)地下水是暗挖隧道施工控制關(guān)鍵因素，施工中應(yīng)應(yīng)地制宜，制定切實(shí)有效地防水、排水措施。地鐵隧道一般處在地下水位以下,開挖排水后地下水不斷滲出,形成多條滲水通道,使地層持續(xù)失水,土層空隙及節(jié)理裂隙固結(jié)收縮，引起地表超前、超大范圍沉降。

[1] 耿培剛，李曉濤.城市淺埋暗挖地鐵隧道沉降控制與分析[J].中國資源綜合利用, 2005(10).

[2] 任文祥. 城市地鐵淺埋暗挖隧道沉降問題的分析與控制[J]. 鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2007(5).

[3] 王暖堂，陳瑞陽，謝篙. 城市地鐵復(fù)雜洞群淺埋暗挖施工技術(shù)[J]，巖土力學(xué)，2002(2).

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[定稿日期]2015-11-26