淺埋大跨暗挖地鐵車站施工地表沉降控制

尚振波

（中鐵十六局集團地鐵工程有限公司，北京市 100020）

0 引言

根據(jù)以往工程建設(shè)的相關(guān)經(jīng)驗和理論應(yīng)用情況來說，淺埋暗挖法由原先只能應(yīng)用于簡單地質(zhì)條件中發(fā)展至可適用于復(fù)雜地層與環(huán)境條件。因為該施工工藝應(yīng)用過程中，可以對施工參數(shù)進行調(diào)整，便可提升施工速率。所以，已經(jīng)成為了當(dāng)前地下工程建設(shè)中應(yīng)用廣泛的施工方法。文章結(jié)合烏魯木齊2號線05區(qū)段施工情況進行總結(jié)。

1 工程實例概述

本標(biāo)段包含兩座車站(幸福路中站、幸福路西站)兩個區(qū)間(幸福路中站～幸福路西站區(qū)間、幸福路西站～南門站區(qū)間)，兩站兩區(qū)間均采用暗挖法施工，工程總造價為6.83億，合同工期為2016.10.18～2020.10.17。幸福路中站為烏魯木齊市軌道交通2號線一期工程（延安路—華山街）的第五座車站，車站中心里程為YCK9+316.490，為地下兩層島式站臺車站，箱型兩層兩跨結(jié)構(gòu)，車站長264.914m，寬 19.7m，總建筑面積 15743m2。幸福路西站為烏魯木齊市軌道交通2號線一期工程（延安路—華山街）的第六座車站，為地下二層島式暗挖車站，車站總長274m、寬為24.84m，車站高度為19.666m，總建筑面積約為18077m2。幸福路中站—幸福路西站區(qū)間工程，起始里程YCK9+461.484，終點里程 YCK10+232.754，區(qū)間全長度772.664m。幸福路西站—南門區(qū)間區(qū)間工程，起始里程YCK10+503.774，終點里程YCK10+919.750，區(qū)間全長度415.976m。

2 地表沉降監(jiān)測分析

式中：y為監(jiān)測點與隧道軸線的水平距離；S為距離隧道中線處的地表沉降；Smax為最大地表沉降（y=0處）；i為地表沉降槽反彎點至隧道軸線距離。

地層損失率為單位距離內(nèi)地層損失占隧道開挖體積的百分比：

2.1 沉降槽寬度參數(shù)及地層損失率

地標(biāo)沉降的橫向影響范圍和地層的擾動程度分別是由地標(biāo)沉降槽反彎點距離i和地層損失率V1予以反饋。由式（1）可知，對i進行計算分析，從而明確橫向地標(biāo)沉降槽的發(fā)展規(guī)律。通過式（2）、式（3）對沉降槽寬度參數(shù)K和地層損失率V1進行分析和計算。

式中：V1為地層損失率（%）；D為隧道等效直徑。

部分學(xué)者認(rèn)為i和隧道埋深、跨度有直接聯(lián)系，O’Reilly經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)的影響因素就是隧道埋深，即：

式中：Zt為隧道軸線埋深，m；K為地表沉降槽寬度參數(shù)。其中，K與地層條件、施工方法相關(guān)。

選擇沒有遭到破壞，數(shù)據(jù)沒有間斷的監(jiān)測點進行數(shù)據(jù)擬合。該項目選用了Origin軟件進行數(shù)據(jù)擬合分析，高斯分布函數(shù)為擬合函數(shù)，進行非線性擬合，見圖1。

圖1 地表沉降橫向擬合曲線

由圖1可知，通過高斯分布函數(shù)擬合，滿足數(shù)據(jù)處理的精度要求，擬合誤差也控制在允許范圍內(nèi)。

由圖1獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)可知，沉降規(guī)律大致相同，呈現(xiàn)為沉降槽狀。車站斷面的等效直徑為21m，i的范圍是 13～17.43，K的范圍為 0.544～0.73，Smax的范圍為 57.68～74.63mm，Vs為 2.079～5.511，地層損失率V1=5.9%～7.23%。由此可見，Smax已經(jīng)大于30mm的沉降控制值。車站拱頂位置的圍巖穩(wěn)定性較差。對此進行分析可見，工程中的分布開挖會造成圍巖結(jié)構(gòu)的多次位移，這樣會造成最終沉降值的擴大[1]。由圖2的3個斷面的擬合分析可知，反演系數(shù)詳盡，所以，3個斷面的所有監(jiān)測點反演分析可以進行合理推測為未開挖區(qū)域的地表沉降。

圖2 3個斷面沉降數(shù)據(jù)的擬合沉降降槽曲線

3個斷面的綜合擬合分析：i為14.97，Smax為65mm，k為0.626，V1為7.03%。推測為未開挖地段。

2.2 縱向沉降變形

在實際施工過程中，處于同一水平的左右導(dǎo)洞同時開挖，在群洞效應(yīng)的影響下，左右導(dǎo)洞開挖會對地表沉降造成很大影響[2]。所以，需要對以上步驟進行綜合考量，這樣可以更加真實反饋出現(xiàn)場作業(yè)對于地表沉降的不利影響。

根據(jù)地表縱向歷時曲線可知車站主體開挖的每一個環(huán)節(jié)都會造成車站主體上方地表沉降的加劇。車站主體的多階段開挖也會對圍巖結(jié)構(gòu)造成擾動，同時也會引發(fā)相應(yīng)的地表沉降。

地表沉降變化最為頻繁的階段就是左右兩側(cè)導(dǎo)洞開挖，因為上導(dǎo)洞所處的圍巖結(jié)構(gòu)是強風(fēng)化巖層，所以地表沉降發(fā)展速度最快。左右兩側(cè)下導(dǎo)洞對于地表沉降的發(fā)展影響可以直接忽略。

地表沉降的最大限值是工程安全保障的關(guān)鍵所在，所以，需要將此次監(jiān)測中設(shè)置的3個斷面的最大沉降點作為主要研究對象，求出每步所占比例的平均值。當(dāng)上部為軟地層，所以變形會加劇。

3 淺埋大跨暗挖地鐵車站施工地表沉降控制方法

3.1 沉降監(jiān)測

該項目對于降水與地表沉降的監(jiān)測主要有兩個重點，即相鄰基點間的聯(lián)測及周邊建筑物、地面的沉降，需從降水施工開始跟蹤監(jiān)測至建筑物結(jié)構(gòu)施工結(jié)束。

3.1.1 沉降監(jiān)測點布設(shè)

（1）建筑物監(jiān)測點布設(shè)。在布設(shè)監(jiān)測點前，需要和各建筑物的相關(guān)產(chǎn)權(quán)單位進行溝通和協(xié)調(diào)，可以使用小型發(fā)電機替代為建筑物提供電源。同時，需在建筑物墻體上鉆孔，孔徑應(yīng)為28mm，深度為20mm，與地面距離為30cm。需要將直徑為22mm的“L”型測點置入孔中，并且使用高標(biāo)號的水泥砂漿填充，做好標(biāo)記，保證監(jiān)測點安全。

（2）地面監(jiān)測點布設(shè)。地面布設(shè)的監(jiān)測點主要包括水準(zhǔn)基準(zhǔn)點和工作基點，盡量布設(shè)在路線周邊的建筑物上，但是和線路的距離不得大于100m[3]。

3.1.2 監(jiān)測工作

在降水之前，需要通過周邊已經(jīng)聯(lián)測過的工作基點或水準(zhǔn)基點，對建筑物和地面沉降進行跟蹤觀測，反復(fù)檢測，以獲得監(jiān)測點的初始值。在降水工作開始過程中，需間隔一周進行一次測量，在連續(xù)測量3次后，若每日的沉降量小于±0.04mm，則更改測量頻率，變?yōu)榘朐乱淮蝃4]。

3.1.3 監(jiān)控量測預(yù)警預(yù)報

在項目標(biāo)段內(nèi)，若建筑物的累積沉降量達到20mm，而地面沉降量達到25mm時，則需要將相關(guān)數(shù)據(jù)上報給相關(guān)單位，并對沉降產(chǎn)生原因和位置進行分析，為補救方案的制定提供依據(jù)。

3.1.4 數(shù)據(jù)處理及資料提交

需建立規(guī)范的工作程度，對外業(yè)進行管控。但是需對現(xiàn)場進行全面檢查，檢查無誤之后才可開始內(nèi)業(yè)的計算工作。應(yīng)用專業(yè)的沉降分析軟件對建筑物、地面點的沉降變化進行分析，并繪制相應(yīng)的圖表，真實反映沉降變化情況。

3.2 沉降控制

3.2.1 加強初支質(zhì)量控制

依據(jù)設(shè)計圖紙為超前小導(dǎo)管注漿做好準(zhǔn)備工作。深入施工現(xiàn)場進行全面勘察，依據(jù)掌子面的地質(zhì)條件選擇適宜的注漿材料。對于不良地質(zhì)路段，需縮小開挖進尺，上部導(dǎo)洞環(huán)形開挖過程中需要預(yù)留出核心筒，作為噴射混凝土封閉開挖工作面。在初期支護封閉成環(huán)后進行背后回填注漿。

3.2.2 洞內(nèi)治理措施

（1）堵水注漿

施工單位對初支滲漏水點進行了全面排查，對于滲漏水位置，使用風(fēng)鎬鑿除或者是電錘開孔方法建立初期支護混凝土作業(yè)面，在其中合理設(shè)置注漿導(dǎo)管；穿透初支混凝土后，應(yīng)將注漿管固定在初支背后的土面，其周圍易滲漏位置也需做好封閉工作，外露的注漿管長度不得大于200mm。

（2）徑向管注漿

所謂徑向管注漿就是在導(dǎo)洞拱部的起拱線范圍下布設(shè)注漿管。因為導(dǎo)洞開挖過程中，導(dǎo)洞拱部位置形成了凌空面，但是因為背后注漿作業(yè)由一定的時間差，若徑直開挖則會對周邊巖層造成擾動，不利于工程地質(zhì)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。徑向管注漿作業(yè)主要應(yīng)用于開挖引發(fā)的拱部松散土體的加固處理。該工程選用了DN32焊接鋼管，注漿管長度為2m，按照已經(jīng)完成的隧道結(jié)構(gòu)拱部進行布設(shè)，環(huán)向間距2m，縱向間距2m。泥漿配制標(biāo)準(zhǔn)同上[5]。

（3）地面治理措施

對于一般地段，地面注漿管垂直深入地層的深度為3m，而導(dǎo)洞上方、兩側(cè)至開挖導(dǎo)洞輪廓線外5m的范圍內(nèi)進行設(shè)置，相鄰間隔距離為5m，按照梅花形進行布設(shè)。對于雷達監(jiān)測出松散、空洞區(qū)域，注漿導(dǎo)管需要加密布置，間距變?yōu)?m，也按照梅花形進行布設(shè)。

4 結(jié)語

綜上所述，淺埋大跨暗挖地鐵車站施工因為導(dǎo)洞斷面較大，且拆撐程序較為復(fù)雜。在土方開挖過程中也會對周邊的圍巖結(jié)構(gòu)造成擾動，若不加強支護則會造成地表沉降增加。為此，需要合理布設(shè)監(jiān)測點，保證沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確全面，從而對場地內(nèi)的變形趨勢進行合理推測，提前采取防范措施，保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和建設(shè)安全。

參考文獻：

[1]阮松.地鐵車站淺埋暗挖法施工引起沉降的控制措施研究[D].北京:北京交通大學(xué),2008.

[2]尚淑萍.鐵路站場下修建大跨度地鐵隧道地表沉降控制技術(shù)研究[D].陜西西安:長安大學(xué),2015.

[3]趙歡.城市淺埋軟弱圍巖地鐵隧道施工引起的地表沉降及控制研究[D].重慶:重慶交通大學(xué),2014.

[4]董子龍,隆衛(wèi).大連地鐵興工街站復(fù)合地層超大跨淺埋暗挖施工關(guān)鍵技術(shù)[J].隧道建設(shè),2013(6):489-498.

[5]謝晉水,許兆義,李麗,等.大跨度復(fù)雜地層地鐵車站施工誘發(fā)地面沉降的工序?qū)Ρ萚J].北京交通大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版,2013(3):87-91.