軟弱富水地層中雙側壁導坑法開挖沉降分析

李夢堯, 楊森林, 張 麗

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

軟弱富水地層中雙側壁導坑法開挖沉降分析

李夢堯1, 楊森林2, 張 麗1

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

北京地鐵四通八達，淺埋暗挖法施工在城市隧道中應用越來越廣泛。文章基于北京地鐵區間風道暗挖施工的復雜工程及地質條件，對施工中的沉降進行了深入的分析和總結，希望對類似條件下的工程施工具有參考意義。

淺埋暗挖； 風道； 雙側壁導坑法； 沉降控制

1 工程概況

區間風道位于永豐路下，風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。斷面采用雙側壁導坑法分四層十二導洞開挖，初支厚度350mm(圖1)。

圖1 區間風道總平面圖

2 施工環境

2.1 工程地質及水文地質條件

區間風道拱頂以上土體為人工填土、粉土②、粉質黏土②1，風道開挖范圍內以黏性土為主，存在粉細砂④3層、粉細砂⑥3層及粉土⑥2層，結構底板位于粉質黏土⑦4層和粉質黏土⑧層及其夾層。其中粉細砂④3層及粉細砂⑥3層處于(一)潛水層，粉土⑥2層處于(三)層間水(表1)。

表1 區間風道地下水位

2.2 周邊施工環境

區間風道下穿永豐路，永豐路為城市主干路，交通流量大，行駛車輛載重大；區間風道下穿D500燃氣管(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)。區間風道地質部剖面及管線縱剖面見圖2。

圖2 區間風道地質剖面及管線縱剖面

3 開挖方法

3.1 施工參數

區間風道施工參數見表2。

3.2 開挖步驟

開挖步驟見圖3。

4 沉降情況分析

區間風井地表最大沉降點為DB6-6，沉降量為108.2

表2 區間風道施工參數

圖3 開挖步驟

mm，位于永豐路上下行的中央隔離帶內，處于隧道中間位置。區間風道監測平面布置及沉降曲線見圖4～圖10。

圖4 區間風道監測平面布置

圖5 區間風道25 m處斷面地表沉降點沉降曲線

圖6 區間風道35 m處斷面地表沉降點沉降曲線

圖7 區間風道35 m處斷面拱頂沉降點沉降曲線

圖8 區間風道隧道沿中線斷面地表沉降點沉降曲線

圖9 區間風道隧道中線處斷面拱頂沉降曲線

圖10 區間風道隧道最大沉降區域橫向沉降曲線(單位: m)

根據以上沉降分析可知：

(1)區間風道最大沉降點與拱頂沉降最大點基本處于同一位置(風道35m處)，地表沉降量部分是由拱頂下沉造成。

(2)區間風道地面沉降屬于區域沉降，沉降范圍較大，坡度較緩。

(3)在隧道的1#～5#導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)風道開挖中地下水豐富，深孔注漿薄弱環節，易造成滲漏水，尤其是粉細砂層，滲水量較大，造成部分水土流失。

(2)風道拱部500mm以上為第一層水(層間水)，在風井道挖過程中發現水量較大，且有粉細砂夾層，地層較差。風道開挖過程中尤其是拱部1#、2#、5#導洞開挖造成拱部土體擾動(圖11)。

(3)風道1#～12#導洞粉質黏土層含水率為30%，基本為飽和狀態軟塑性粉質黏土。該地層暴露時間較長，易造成水分散失，地層變形拱頂下沉。

(4)風道初支側壁有水滲出，風道與土體側面摩擦力較小，導致拱頂下沉。

(5)風道基本處于含水率飽和狀的粉質黏土層，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 風道第一層水與風道關系剖面(單位: mm)

(6)風道1#～12#導洞的開挖有一定的群洞效應，同一部位多次開挖造成對土體的多次擾動，并使土體應力重新分布。

6 結論與認識

(1)地表下沉是復雜的多因素綜合作用，應根據地層及周邊環境的不同，在設計、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，主要是頂層導洞對地層擾動較大。

(3)地下水是暗挖隧道施工控制關鍵因素，施工中應應地制宜，制定切實有效地防水、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,使地層持續失水,土層空隙及節理裂隙固結收縮，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]. 鐵道標準設計，2007(5).

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

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[定稿日期]2015-11-26