深圳區間地鐵隧道施工引起地表沉降規律的研究

段寶福，吳 暉

(山東省土木工程防災減災重點實驗室(山東科技大學)，山東 青島 266510)

人口居住密度越來越大，城市地面交通擁擠已經嚴重影響到國民經濟的健康穩定持續發展。汽車的增長速度遠遠大于地面道路的建設速度。城市交通問題成為一個亟需得到改善、解決的問題［1］。城市軌道交通作為一種現代化交通工具，具有運量大、速度高、低污染、安全方便等特點，屬于綠色環保交通體系，符合可持續發展原則，適合我國各大、中城市［2］。盾構法作為一種安全高效的隧道施工方法，在城市地鐵、地下管道中取得了廣泛的應用。但盾構法施工引起地層損失及地下水流失，造成地表沉降也成為亟需解決的問題［3-4］。

1 工程概況

1.1 工程位置

深圳地鐵西鄉—固戍區間(西鄉站—海灣中學段)隧道工程位于深圳市寶安區新湖路上。左線區間長度257.115 m，右線區間長度271.150 m，左右線共528.265 m，隧道左右線均為直線，線間距為23 m，隧道埋深為10～20 m。

1.2 工程地質及水文地質

區間隧道洞身大量穿越淤泥質層、富水砂層、粉質黏土層、混合花崗巖殘積層和全風化層，具有孔隙比大、高壓縮性、抗剪強度低等特點，具觸變性、流變性和不均勻性，透水性較強。隧道均處于不良地層，施工受擾動后穩定較慢，自穩能力差，極易形成涌水、涌砂和坍塌。

本場地地下水按賦存條件主要分為孔隙水與基巖裂隙水。孔隙水主要賦存于第四系砂層及黏性土殘積層和加里東全風化混合花崗巖中。基巖裂隙水主要賦存于混合花崗巖強～中等風化層中，略具承壓性。本次勘察期間地下水位埋深6.3～13.5 m，水位高程7.06～9.07 m，水位變幅0.5～2.0 m。主要靠大氣降水補給。

1.3 工程特點

本工程地層為典型的上軟下硬地層，原設計為淺埋暗挖隧道。由于該段地下水較為豐富，施工過程水土流失較嚴重，車站及暗挖施工中的地表沉降特別嚴重，部分建筑物出現較大沉降，同時出現較多裂紋，因以上諸多因素導致淺埋暗挖法存在風險。針對這種情況，為嚴格控制地表沉降，保證在隧道開挖期間周邊建筑物的安全，同時滿足西鄉站以東段地鐵如期運營的節點工期要求，改變為盾構法施工，從而在經濟合理的前提下實現保工期、保安全的總體目標。

2 監測結果分析

2.1 單線隧道地表沉降分析

取西鄉至固戍區間左線的3個斷面的地表沉降數據進行分析，這三個斷面分別為DZ1，DZ2，DZ3。在地鐵隧道盾構法施工過程中，進行持續監控量測，對盾構機到達前、盾構機接近時、盾構機通過時、盾構離開時和最終穩定時5種狀態下測的數據進行分析，如圖1。

各個斷面的沉降量變化和最終沉降量大小是不同的。由圖 1可知，DZ1斷面處最終沉降量最大，為30.24 mm，DZ3斷面處最終沉降量最小為11.87 mm。主要原因有以下幾個方面:

圖1 DZ1，DZ2，DZ3斷面橫向沉降時程曲線

1)隧道埋深 隧道埋深越大，地表沉降影響范圍越大，而地表的最終沉降量減小。3個斷面分別處于不同的隧道埋深。DZ1，DZ2，DZ3斷面處隧道埋深分別約為10，13，20 m。這是DZ1斷面沉降量最大的主要原因。

2)地質條件 DZ1斷面處于淤泥質層、富水砂層、粉質黏土層、混合花崗巖殘積層和全風化層，該地段相對于其他2個斷面地質條件稍差，其中主要由于淤泥質層、富水砂層、粉質黏土層受到擾動后穩定緩慢，自穩能力差，后期固結和蠕變殘余形變引起沉降相對較慢，沉降量較大。地質條件是引發地表沉降的主要因素［5］。

3)注漿量等其它因素 注漿量的大小也是影響地表沉降、隧道穩定的一大因素。注漿量充足，隧道結構相對穩定，地表沉降變化平緩，最終沉降量小。DZ1，DZ2，DZ3 斷面處注漿量分別為 3.4 m3，3.5 m3，4.0 m3。土壓參數的不同，對地表沉降也造成一定的影響。

2.2 雙線隧道地表沉降分析

深圳地鐵西鄉—固戍區間隧道為左右直線隧道，左線隧道與右線隧道間距23 m。隧道施工由一臺盾構機施工，先施工左線，后施工右線。取與左線 DZ1，ZD2，DZ3斷面相對應的右線 D1，D2，D3斷面繪制左右線隧道施工地表沉降曲線，如圖2。

圖2 D1，D2，D3斷面雙線橫向地表沉降曲線

由圖2可見，隧道左線右線開挖引起的地表沉降疊加后，地表沉降曲線峰值由左線隧道軸線向兩隧道中心線有所偏移。左線隧道開挖引起的地表沉降明顯大于右線隧道開挖引起的地表沉降，這是由于左線隧道開挖引起土層擾動和軟化［6-7］;左線隧道與右線隧道地質條件相似，左線隧道的先行開挖，為右線隧道開挖提供了準確的地質報告，及時修改了施工參數，保證了隧道安全快速施工［8］。

3 結論

單線隧道施工引起的地表沉降曲線對于隧道軸線基本上呈對稱分布，左右線隧道施工引起的地表沉降曲線類似兩個單線隧道施工引起的地表沉降曲線的疊加，沉降槽曲線呈雙槽曲線。曲線峰值基本介于先行隧道軸線與雙隧道中心線之間。

隨著隧道埋深的增加，影響范圍增大，地表沉降量下降。準確的地質勘查報告，監測數據的分析反饋和施工參數的及時修改，可以明顯減小地表沉降量和沉降速率。此外，地下水的流失和注漿量的多少都是影響地表沉降的因素。

［1］張云，殷宗澤，徐永福.盾構法隧道引起的地表變形分析［J］.巖土力學與工程學報，2002，21(3):388-392.

［2］王夢恕.我國城市交通的發展方向［J］.鐵道工程學報，2003(1):43-46.

［3］陶光龍，劉波.盾構過地鐵站施工對地表影響的數值模擬［J］.中國礦業大學學報，2003，32(3):236-240.

［4］施成華.盾構法施工隧道縱向地層移動與變形預計［J］.巖土工程學報，2003，25(5):586-589.

［5］PECK R B.Deep excavations and tunnelling in soft ground［C］//In:Petrasovits G MecsiJ，Proceedings ofthe 7th InternationalConference on Soil Meehanies and Foundation Engineering.Mexieo，State of the Art Volume，Soeiedad Mexieana de Meeaniea de Suelos，A.C，Mexieo City，1969:225-290.

［6］ATTEWELL P B，YEATES J，SELBY A R.Soil movements induced by tunnelling and their effects on pipelines and structures［M］.Glasgow:Blackie，1986:10-50.

［7］王國棟，肖立，張慶賀.盾構在道路和鐵路下推進引起的沉降對比研究［J］.鐵道建筑，2010(10):57-60.

［8］劉招偉.地鐵隧道盾構法施工引起的地降分表沉析［J］.巖石力學與工程學報，2003，22(8):1297-1231.