地下工程淺埋暗挖法施工地層沉降分析

[摘 要]地下工程淺埋暗挖法引起地表沉降較大，其引起的土體變形主要由第1和第2階段引起。淺埋暗挖施工不同工法對地表沉降的影響不同。應通過把住超前支護關、及時施工初期支護等措施進行地層沉降控制。

[關鍵詞]淺埋暗挖 地層沉降 土體變形控制

前言

在城市地下工程施工方法中，淺埋暗挖法占有很大的比重，用淺埋暗挖法施工可以將對地面交通的干擾減少到最低。淺埋暗挖法的工藝流程和技術要求主要是針對埋深較淺、松散不穩定的地層和軟弱破碎巖層的施工提出來的。

淺埋暗挖法對地層有較強的適應性和高度靈活性。但缺點主要是施工引起的地表沉降較大甚至危及周邊建(構)筑物的安全。對于城市地鐵，施工區間隧道一般都會穿越城市中心地帶，因建筑物密集、施工場地狹小、地質情況復雜、施工條件受到限制等，而對環境的控制要求更為嚴格，因此，預測可能發生的地表變形，對工程的順利實施極為重要。

1 淺埋暗挖法施工引起的土體變形機理

根據淺埋暗挖隧道施工工藝、施工機械以及隧道施工引起的土體擾動機理可以看出，對于暗挖法隧道，施工可大致分為3個階段：

第1階段，首先進行土體開挖，然后施作柔性初期支護，例如錨噴支護等。在土體開挖后，支護結構達到強度要求前的時間段內，隧道處于一種臨空狀態。由于開挖時土體產生應力釋放，隧道在支撐力較小的情況下，周圍一定范圍內的土體會向隧道內部移動而引起地層整體變形，產生土體損失。這一階段中土體移動可假定為向內均勻收斂。

第2階段，是初期支護強度達到要求以后至二次襯砌達到要求強度前這一段時間，由于初期支護強度不高，在周圍土、水壓力作用下，初期支護會由圓形變為橢圓形，在豎向產生收斂變形彫成橢圓的短軸)，水平向初期支護推擠周圍土體形成橢圓長軸)。由于初期支護水平向向外的推擠，一部分土體的位移有向上的分量，因此在地面的沉陷區兩側，會產生隆起區。相對于隧道周邊土體來說，隧道襯砌法向可產生較大變形。而切向dQ向)的壓縮和拉伸則基本可以忽略。這種變形一般較斷面收縮變形要滯后，并且會引起斷面面積的減小，即土體損失。但這種土體損失一般要遠小于由于斷面收縮變形引起的土體損失，所以可忽略不計。

第3階段，是圍巖與初期支護變形基本穩定的條件下修筑二次襯砌，在二次襯砌達到要求強度以后的時間段。在周圍土、水壓力作用下，二次襯砌也會由圓形變為橢圓形，土體變形基本趨于穩定。但是，一方面由于前期應力釋放，此時作用的土、水壓力已大幅減小；另一方面，二次襯砌強度較高，因此二次襯砌產生的橢圓化變形較小，可忽略。

因此，暗挖隧道施工階段引起的土體變形主要由第1和第2階段引起，即土體損失引起的均勻收斂和隧道橢圓化變形。

2 淺埋暗挖施工不同工法對地表沉降的影響

2.1 軟弱圍巖下大斷面淺埋暗挖地鐵隧道不同工法對地表沉降影響顯著，不同的施工方法引起的地表沉降量從大到小依次為：co法、CRD法、雙側壁導坑法。在圍巖條件較好情況下，CD法施工引起的地表沉降也能控制在30cm范圍內。因此，建議地鐵隧道設計與施工過程中應根據地面沉降控制標準和地層條件選擇合適的施工方法，特別是在圍巖條件變化時應合理的變換施工方法來滿足地表沉降要求，同時又節約工程造價。

2.2 在圍巖條件較差時，先開挖一側土體對后開挖一側土體的地表沉降有一定影響，表現在地表最終沉降曲線中心稍偏向后開挖一側土體，并且在地表距隧道中線相同距離處，后開挖一側沉降稍大于先開挖一側；隨著圍巖條件變好，這種現象減弱。因此，建議圍巖較差時先開挖對地表沉降要求嚴格的一側土體。

2.3 數值模擬中發現：大管棚注漿對圍巖進行預支護能很好地控制圍巖變形；軟弱圍巖下淺埋暗挖地鐵隧道施工土體變形較快，尤其是拱底隆起較嚴重，因此必須及時施作初期支護封閉成環，并且要及時仰拱回填，以防止圍巖產生大變形。

3 淺埋暗挖法施工控制地層沉降的主要措施

3.1 把住超前支護關

在開挖之前，一般采用大管棚和超前小導管注漿聯合加固地層，根據多個車站暗挖法的施工經驗，大管棚主要起控制地層塌陷的作用，而小導管注漿起到加固地層的作用，為了增加大管棚的剛度，一般在大管棚內注水泥砂漿。另外，由于車站開挖斷面大，埋深淺，控制地層沉降難度大‘因此要重視超前小導管注漿加固地層的作用，在管棚施工比較困難的地段及地質條件差的地段，采取密排小導管注漿加固地層。

3.2 及時施工初期支護

工作面暴露后，及時施工初期支護，這是控制地層沉降的關鍵環節之一，一般在工作面暴露后噴射混凝土，然后架設剛格柵，再噴射混凝土至設計厚度。如果地質條件差，拱頂離地表距離近或者地層沉降控制標準高，必要時先架設格柵，再噴射混凝土。最重要的是要及時、快速封閉，以形成合理的受力結構。防止初期整體下沉。

3.3 加強初支拱北回填注漿和二襯背后壓漿

在初支背后，設立注漿管，對于暗挖區間隧道，一般每個斷面設置3—4根注漿管，縱向間距為6m。注水泥砂漿。

二襯背后壓漿，注漿管縱向間距為4m，注水泥砂漿。

結束語

地層移動與地表沉降是施工環境影響的根本原因，地表沉降是地層移動傳遞到地表的體現，城市淺埋暗挖地下工程多是未固結的土砂、粘性土、粉細砂等。自穩能力差、承載力小、變形快。為減少淺埋暗挖施工對周圍環境的不良影響，必須對地表沉降進行分析及控制。