地鐵暗挖區(qū)間地表沉降綜合因素分析

韋 龍

(中鐵十六局集團(tuán)地鐵工程有限公司，北京 100018)

1 工程概況

北京地鐵17號線未來科技城南區(qū)站～未來科技城北區(qū)站區(qū)間(以下簡稱“未-未區(qū)間”)盾構(gòu)始發(fā)井場地分別設(shè)置2個(gè)始發(fā)井、2個(gè)配合井；兩井之間采用標(biāo)準(zhǔn)暗挖區(qū)間施工，配合井向大里程方向左線為標(biāo)準(zhǔn)暗挖區(qū)間，右線為CRD渡線暗挖施工。

開挖前采用真空降水工藝對豎井周邊進(jìn)行區(qū)域降水。臨時(shí)豎井采用倒掛井壁法進(jìn)行開挖，地面以下6.75 m格柵間距0.75 m，其余部位格柵間距0.5 m，在砂層部位環(huán)向間距1 m打設(shè)2.3 m長超前注漿錨管。正線開挖標(biāo)準(zhǔn)馬蹄形斷面為臺階法施工，拱部打設(shè)小導(dǎo)管，格柵厚度為250 mm，格柵間距為500 mm。渡線施工采用CRD法施工，過風(fēng)險(xiǎn)源部位拱部進(jìn)行深孔注漿加固土體。

未-未區(qū)間暗挖段地層由上向下分別為雜填土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土、中粗砂、粉質(zhì)黏土及粉細(xì)砂層，其中暗挖結(jié)構(gòu)均位于粉質(zhì)黏土中，拱部以上有1.5～5 m的粉質(zhì)黏土(在大斷面部位為1.5 m)。該地層分布三層地下水，分別為上層滯水(三)、潛水(二)及承壓水(三)。

2 現(xiàn)場施工及沉降情況

盾構(gòu)暗挖施工于2016年11月12日完成豎井開挖條件驗(yàn)收工作，并于2017年3月16日完成正線開挖條件驗(yàn)收。至2020年3月底施工進(jìn)展為：豎井開挖全部完成，左線小里程正線施工上臺階完成32 m，下臺階完成29 m。

施工前按照設(shè)計(jì)及規(guī)范要求布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)并采集初始值。開挖過程中地表沉降異常，洞內(nèi)沉降及收斂情況正常。

監(jiān)測點(diǎn)監(jiān)測情況顯示，DB-01-05初始值為1.7 mm，終止監(jiān)測值為68.8 mm，累計(jì)沉降量為131.2 mm；DB-01-06初始值為0.3 mm，終止監(jiān)測值為65.9 mm，累計(jì)沉降量為157.0 mm；DB-01-04初始值為0.3 mm，終止監(jiān)測值為43.3 mm，累計(jì)沉降量為57.2 mm；DB-01-01初始值為1.4 mm，終止監(jiān)測值為33.7 mm，累計(jì)沉降量為41.0 mm。

3 沉降原因

發(fā)生沉降預(yù)警后，由監(jiān)理單位組織施工各方召開預(yù)警響應(yīng)會，對沉降原因進(jìn)行分析，制定處理措施。施工單位成立調(diào)查分析小組，對區(qū)間暗挖施工地表沉降預(yù)警進(jìn)行調(diào)研。通過對未-未區(qū)間水文地質(zhì)及周邊環(huán)境調(diào)查、施工設(shè)計(jì)參數(shù)的了解、施工過程中存在問題的詢問和施工過程中對應(yīng)監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，得出結(jié)論如下。

1)北京地鐵17號線01標(biāo)此次調(diào)查的暗挖區(qū)間水文地質(zhì)較為相近，由上向下均為雜填土、粉細(xì)砂、粉質(zhì)黏土及粉細(xì)砂層，暗挖結(jié)構(gòu)處于粉質(zhì)黏土及粉細(xì)砂層中。暗挖拱頂以上3～5 m均為自穩(wěn)能力較好的粉質(zhì)黏土層，在開挖過程中未出現(xiàn)塌方現(xiàn)象，結(jié)構(gòu)自身風(fēng)險(xiǎn)可控。

2)未-未區(qū)間暗挖段在施工過程中雖然地表沉降范圍及數(shù)值均過大，但目前沉降區(qū)域周邊無任何管線及構(gòu)筑物，且施工過程中無塌方現(xiàn)場，不會造成地面塌陷，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)基本可控。 但在過路區(qū)域需進(jìn)行沉降預(yù)判，做好施工預(yù)控措施。

3)此次地表沉降范圍及數(shù)值均過大的主要原因如下。

(1)未-未區(qū)間位于濱河公園內(nèi)，雜填土較厚，填土成分復(fù)雜，力學(xué)性質(zhì)差，土質(zhì)松散～中密，均勻性穩(wěn)定性差，②層粉質(zhì)黏土與②1層黏質(zhì)粉土為新近沉積層，力學(xué)性質(zhì)較差，自穩(wěn)能力差，壓縮模量為2.2～5.1 MPa，高～中高壓縮性。碾壓欠密實(shí)，是引起地表沉降的主要原因。

(2)沉降區(qū)域地下水較為豐富，施工中采用真空降水措施，降水過程中造成土體固結(jié)，是造成地表沉降的重要原因。

(3)部分沉降點(diǎn)位于施工車輛行駛區(qū)域，施工車輛對周邊土體的碾壓造成該部位沉降過大。

(4)根據(jù)地勘資料中地面沉降地質(zhì)災(zāi)害現(xiàn)狀評估說明，該區(qū)間處于昌平沙河-八仙莊沉降區(qū)域，正處于沉降發(fā)展階段，目前年沉降量平均為66.5 mm。

(5)未-未區(qū)間施工場地位于濱河公園內(nèi)，近期公園綠化人員園林灌溉較多，導(dǎo)致土體出現(xiàn)水沉現(xiàn)象。

4 沉降因素權(quán)重分析

豎井開挖期間，DB-01-05初始沉降量為1.7 mm，終止沉降量為40 mm；DB-01-06初始沉降量為0.3 mm，終止沉降量為36.6 mm；DB-01-04初始沉降量為0.3 mm，終止沉降量為32.3 mm；DB-01-01初始沉降量為1.4 mm，終止沉降量為22.1 mm；正線開挖期間DB-01-05累計(jì)沉降量為131.2 mm；DB-01-06累計(jì)沉降量為157 mm；DB-01-04累計(jì)沉降量為57.2 mm；DB-01-01累計(jì)沉降量為41 mm。

DB-01-01地表點(diǎn)位于盾構(gòu)配合井北側(cè)10 m位置，該點(diǎn)位于區(qū)間正線上方，重車不會對該區(qū)域進(jìn)行碾壓，目前下方區(qū)間暫未開挖；DB-01-04地表點(diǎn)位于盾構(gòu)配合井西側(cè)10 m位置，為重車行走道路內(nèi)；DB-01-05地表點(diǎn)位于盾構(gòu)配合井南側(cè)5 m位置，該點(diǎn)位于區(qū)間正線上方，重車對該區(qū)域進(jìn)行碾壓，目前下方區(qū)間開挖通過；DB-01-06地表點(diǎn)位于盾構(gòu)配合井南側(cè)10 m位置，該點(diǎn)位于區(qū)間正線上方，重車對該區(qū)域進(jìn)行碾壓，目前下方區(qū)間開挖通過；DB-04-01地表點(diǎn)位于盾構(gòu)配合井南側(cè)28 m位置，該點(diǎn)位于區(qū)間正線上方，重車極少對該區(qū)域進(jìn)行碾壓，目前下方區(qū)間開挖通過。

典型測點(diǎn)分布見圖1。

重車碾壓方面的影響：該區(qū)域進(jìn)行整體區(qū)域降水，DB-01-05及DB-01-06位于渣土場西側(cè)，施工過程中為土方裝運(yùn)場地，而DB-01-04為運(yùn)輸?shù)缆穮^(qū)域，DB-04-01及DB-01-01為非重車碾壓區(qū)域。

根據(jù)沉降數(shù)據(jù)及沉降點(diǎn)所處位置進(jìn)行比較，DB-01-05、DB-01-06、DB-04-01及DB-01-01均位于區(qū)間正上方，但DB-01-01下方區(qū)間暫未開挖，其余三點(diǎn)進(jìn)度情形較為相近，DB-04-01目前沉降為78.9 mm。DB-01-05及DB-01-06比DB-04-01多沉降52～78 mm。則在正線上方重車碾壓預(yù)計(jì)造成地表沉降在50～80 mm。

開挖對沉降的影響：DB-01-01與DB-04-01均位于區(qū)間正線上方，同時(shí)均不在重車碾壓區(qū)域，所不同之處為DB-04-01下方正線開挖完成，而DB-01-01下方正線暫未開挖，根據(jù)兩點(diǎn)差值可認(rèn)為開挖對沉降影響在35 mm左右。

降水造成土體固結(jié)對沉降的影響：根據(jù)以上分析及DB-01-05及DB-01-06最終沉降量，得出剩余沉降量為44～74 mm，根據(jù)深層點(diǎn)與地表點(diǎn)比較，此沉降量大部分為降水造成松散土體固結(jié)導(dǎo)致。

該區(qū)間向北將下穿濱河路，為下穿管線及市政道路提前做出預(yù)判，暫對場地內(nèi)沉降槽進(jìn)行分析，DB-01-08、DB-01-09、DB-01-010、DB-02-06、DB-02-07及DB-02-08為垂直線路的6個(gè)點(diǎn)，位于配合井北側(cè)，工況及進(jìn)展一致，目前沉降值分別為60.6、75.6、70.5、71.6、59.6及73.7 mm，差異沉降在10～15 mm。傾斜率最大為3‰。預(yù)計(jì)過路階段也為此數(shù)值。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)分析，沉降原因權(quán)重分析如下：降水因素影響數(shù)值為47～77 mm，整體影響權(quán)重占比為33%～34%；開挖因素影響數(shù)值為20～35 mm，整體影響權(quán)重占比為14%～15%；重車碾壓因素影響數(shù)值為50～80 mm，整體影響權(quán)重占比為34%～36%；二襯因素影響數(shù)值為10～20 mm，整體影響權(quán)重占比為7%～9%；因素影響數(shù)值為10～20 mm，整體影響權(quán)重占比為7%～9%。

5 控制措施

1)在地表監(jiān)測點(diǎn)附近增設(shè)深層監(jiān)測點(diǎn)，深層監(jiān)測點(diǎn)要伸入至雜填土下粉質(zhì)黏土層，通過兩者之間數(shù)值變化分析地層變化情況。若地表監(jiān)測點(diǎn)數(shù)值遠(yuǎn)大于深層測點(diǎn)，則可斷定暗挖施工對地表沉降影響不大。

圖2 深層點(diǎn)與地表點(diǎn)沉降對比圖

2)在重車行駛區(qū)域鋪設(shè)鋼板，防止重車碾壓對監(jiān)測數(shù)據(jù)的影響。

3)未-未區(qū)間開挖過程中將上下臺階步距調(diào)整為3 m左右，及時(shí)做到快封閉要求。

4)加大人力、物力投入，加快初支開挖、格柵架設(shè)、小導(dǎo)管打設(shè)注漿及噴錨時(shí)間，減少掌子面暴露時(shí)間。

5)及時(shí)進(jìn)行初支背后回填注漿，確保初支背后密實(shí)。

6)后續(xù)下穿風(fēng)險(xiǎn)源時(shí)，與管線產(chǎn)權(quán)單位密切溝通，確保下穿施工過程中管線的安全。

7)暗挖施工過程中，做好地表、洞內(nèi)監(jiān)測及現(xiàn)場巡視工作，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)分析原因并進(jìn)行處理，保證結(jié)構(gòu)自身及周邊環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)可控。

6 結(jié) 論

地鐵施工中，應(yīng)選用合適的量測方法和數(shù)據(jù)分析方法，對關(guān)鍵部位施工做到有的放矢，保證施工及周圍建筑物的安全。如果地表沉降控制不好，不僅影響到路面的交通，而且影響到沿線附近的建筑，甚至?xí)?dǎo)致建筑倒塌，威脅生命安全。因此，在地鐵施工中，一定要做好地表沉降的監(jiān)測及預(yù)測，為地鐵施工提供指導(dǎo)。同時(shí)，針對可能出現(xiàn)嚴(yán)重情況的地表采取相應(yīng)的控制措施，以保證地鐵施工的安全進(jìn)行。

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