軟土地區地鐵永久性結構變形影響因素的研究

何雪松,王毅明,王慶(1．南京地鐵建設有限責任公司,江蘇南京 10000; ．南京市測繪勘察研究院有限公司,江蘇南京 10019)

軟土地區地鐵永久性結構變形影響因素的研究

何雪松1?,王毅明2,王慶2
(1．南京地鐵建設有限責任公司,江蘇南京 210000; 2．南京市測繪勘察研究院有限公司,江蘇南京 210019)

摘 要:基于軟土地區長期監測的地鐵永久性結構的變形數據,對累積沉降量、差異沉降量、沉降發展趨勢及沉降因素等進行研究,根據沉降現狀與規律關聯性,綜合工程地質條件等變形影響因素,初步分析軟土地區地鐵永久性結構變形的主要原因,為地鐵規劃建設和運營管理提供參考依據。

關鍵詞:軟土;沉降;影響因素;變形特征

1 引 言

地鐵軌道交通工程大多建設在地下,其中有部分建設在地質條件較差的軟土層中,由于土質松軟,外部承壓不足,無法為地下隧道提供強有力的支撐,致使地鐵結構出現永久性的、不同程度的變形。對地鐵的營運安全和乘客的舒適度產生一定影響。因此,研究軟土地區地鐵結構變形影響因素是地鐵運營管理的重要課題之一。本文結合某城市軟土地區長期監測的地鐵結構的變形數據、地質數據以及施工情況,分別對累積沉降量、差異沉降量、沉降發展趨勢與沉降因素進行深入研究,找出影響軟土地區地鐵永久性結構變形的主要因素,為地鐵規劃建設和運營管理提供參考依據。

2 軟土地區地鐵永久性結構變形特征

本文針對某市軟土地區地鐵隧道十年沉降監測數據的整理,通過累計沉降、沉降槽和差異沉降的分析,對沉降成因進行分析。

為研究沿線結構沉降隨時間的變化規律及發展趨勢,特繪制非沉降槽區間和沉降槽區間隧道的典型斷面結構累計沉降(相對運營期初值)歷時曲線,如圖1和圖2所示。

圖2　0+970～1+305段結構累計沉降歷時曲線

從圖中不難看出,無論是沉降槽區間還是非沉降槽區段,營運后第1年～第2年和第6年～第9年結構沉降相對較快,第3年～第5年沉降相對較緩,營運后第6年～第9年沉降持續發展,截止2014年6月沉降尚無收斂趨勢。

為進一步分析線路結構的不同在軟土地區的沉降情況,項目選取8站8區間的數據繪制縱斷面沉降變化曲線圖,如圖3所示。

從圖中不難看出,地鐵隧道結構呈現較大變形且差異較大,但8個車站均相對穩定。其中結構相對軌后初值和營運期初值最大累計沉降分別為292．5 mm 和232．6 mm,相對運營期初始狀態,沉降槽區段內最大累計沉降差達197．8 mm;區間沉降槽內共有40個測點曲率半徑小于15 000 m。結合該線路施工工法分析,區間隧道均為盾構法施工的柔性隧道,無樁基基礎,穩定性較差;但車站均采用明挖樁基施工,有較強有力的支撐,整體比較穩定。

通過對圖3進一步分析可在選取的區間內截取出7個明顯的沉降槽,通過對沉降槽周邊地質條件和外部因素綜合分析,在沉降槽的形成除隧道自身結構因素外,在隧道周邊的基坑施工和抽取地下水是主要誘因。

圖4為本項目研究范圍內車站(敞口段)與區間隧道累計差異沉降統計圖,運營96個月后,其中一段車站(敞口段)與區間隧道的累計差異沉降較小,最大累計差異沉降2．5 mm,車站與區間的連接處變形比較同步,處于相對穩定狀態。

圖3　到某線其中一段上行線累計沉降對比圖

圖4　某線其中一段車站(敞口段)與區間隧道累計差異沉降

典型斷面結構累計沉降歷時曲線如圖5和圖6所示,從圖中可以看出,區間營運后30個月結構整體比較穩定,30個月后沉降速度有所加快,目前沉降尚未趨于收斂。有限的監測數據已經明顯反映出軟土地區地鐵永久性結構變形的基本特征和趨勢,可能還不能全面反映其特征和趨勢,有待更多類似軟土地區地鐵永久性結構監測數據的進一步研究。

通過以上分析,總體而言上、下行線結構變形規律基本同步,且可以清晰地看出鋪軌完成至通車運營期間隧道結構變形較快,在軟土地區的區間隧道變形明顯,車站由于有樁基礎變形量較小,在車站與區間隧道之間的差異沉降量在獲得數據中表現最大差異沉降量已達到31 mm。其中區間隧道共形成5個沉降槽,最大累計沉降已分別達到392．8 mm和294．7 mm,結合時間軸分析,各沉降槽在形成時間上有所差異,但沉降槽均有向兩邊擴展的趨勢。

圖6　區間結構累計沉降歷時曲線2

3 河西地區地鐵結構沉降原因初步分析

結合地鐵結構沉降時空特征與地鐵線路的工程地質條件、沿線區域沉降及地下水位變化情況、周邊建筑工程活動、結構病害情況等對沉降原因進行初步的分析后,選擇部分區域繪制主要沉降原因匯總如圖7所示。

分析認為,影響軟土地區地鐵隧道結構長期沉降因素眾多,且多重因素相互疊加,其中最主要的影響因素為地質條件和周邊施工活動,其他影響因素諸如區域沉降和地下水位變化、地面重載交通運輸、運營后結構滲漏水等對軟土地區地鐵結構長期沉降的影響也不容忽視。

4 結 語

本文是基于兩條軟土地區地鐵永久性結構的近10年數據進行研究與分析,初步歸納了一些基本沉降特征和影響因素,并不能全面論述沉降特征和影響因素,由于地質結構異常復雜、千變萬化,基本不可復制。因此,不同軟土地區的地鐵永久性結構的沉降特性必然有所差異,但沉降的影響因素基本類似,故撰寫本文與大家共同探討,希望對軟土地區的地鐵規劃設計、建設和變形監測提供初淺的幫助。

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Studies on Influencing Factors of Metro’s Permanent Structure Deformation in Soft Soil Areas

He Xuesong1,Wang Yimin2,Wang Qing2
(1．Nanjing Metro Construction Co．,Ltd,Nanjing 210000,China; 2．Nanjing Research Institute of Surveying,Mapping&Geotechnical Investigation Co．,Ltd,Nanjing 210019,China)

Abstract:Based on data of deformation of metro’s permanent structure on long-term monitoring in soft soil areas, this article studies accumulated settlement,differential settlement,settlement’s developing tendency and factors．According to settlement situation and inner connections,combining deformation’s influencing factors of engineering geological condition,preliminary analysis has been made on the main causes of deformation of metro’s permanent structure in soft soil areas,thus providing references for metro’s planning,construction,operation and management．

Key words:soft soil;settlement;influencing factors;deformation features

文章編號:1672-8262(2015)06-170-03中圖分類號:TU196

文獻標識碼:B

收稿日期:圖10+470～0+920段結構累計沉降歷時曲線?2015—08—06

作者簡介:何雪松(1974—),男,高級工程師,主要從事地鐵項目建設管理等工作。