地鐵暗挖車站施工對地表沉降的影響分析

楊斌，石俊成

（中航勘察設計研究院有限公司，北京 100098）

0 前 言

隨著社會的進步和經濟的發展，地鐵工程建設如雨后春筍般在我國展開。據不完全統計，目前已建成或在建地鐵的城市有30 多個，而隨之帶來的則是地鐵建設過程中的安全問題。近年來，地鐵施工引起的地面沉陷事件時有發生，可能危及地下管線和周邊建構筑物的安全，并可能造成重大的經濟損失和不良的社會影響。因而，在施工過程中如何有效的控制地表沉降，確保施工安全、避免經濟損失，成為目前地鐵建設行業研究的一項重要課題。

在地鐵隧道開挖的過程中地層應力場的變化、施工擾動、隧道跨度及埋深、 開挖方法等都是造成地表沉降的主要原因[1-2]。但是由于各個地區的水文地質條件、施工工藝方法等各不相同，造成地表沉降的原因也需具體問題具體分析。本文通過分析北京地鐵某暗挖車站的地表沉降監測數據，討論影響地表沉降的因素，為以后類似地鐵工程建設提供參考。

1 工程概況

北京地鐵某暗挖車站位于城市干道相交的十字路口，呈南北向布置，路口交通非常繁忙。車站所屬地區屬商務核心區范圍，車站周邊用地功能以商業和居住為主。

車站為雙線雙洞單層側式站臺車站，有效站臺寬4.7m，車站總長180m，兩單洞凈寬10.85m，軌頂埋深約18.7m。 車站的左、右線雙洞分離設置，間隔約4m，車站結構型式為直墻曲拱雙洞型式。 車站由其南側區間隧道擴挖進洞， 自南向北采用CRD 法施作。

車站覆土約10.6m，主要為雜填土①1層、粉土③層、粉質粘土③1層，車站穿越地層主要為粉細土④3層、中粗砂④4層、圓礫卵石⑤層、粉土⑥層、粉質粘土⑥2層。觀測到上層滯水、潛水、承壓水3 層地下水，其中潛水、承壓水對暗挖施工的影響較大。

受地下水的影響，隧道首先開挖右線、左線的1～4 號洞室（見圖2），其封端后再施做左線、右線5、6 號洞室，最后施做迂回風道。

2 監測的實施

在車站左右線隧道的拱頂及兩側每隔20m 布設一排地表沉降監測點，每個監測斷面11 個點，按圖2 所示的距離布設。

按照設計要求，根據開挖面到監測斷面前后的距離確定監測頻率：開挖面距離監測斷面前后小于2B（注：B 為隧道直徑）時為1 次/d；開挖面距離監測斷面前后大于2B 小于5B（注：B為隧道直徑）時為1 次/2d，開挖面距離監測斷面前后大于5B時為1 次/周；基本穩定后為1 次/月。監測頻率詳見表1。

監測頻率 表1

根據設計資料的要求，本車站的地表沉降控制指標見表2。

沉降控制指標 表2

3 監測結果統計與分析

3.1 監測結果統計

監測結束后， 對所有地表監測點的累計沉降量進行了統計，超過控制值的監測點達到91.18%。超過6 成的監測點累計沉降量在60mm～120mm 之間，其中累計沉降量在60mm～80mm之間的監測點最多，約占總數的24.51%，累計沉降量分段統計見表3。累計沉降量最大的點位于車站迂回風道側上方，其累計沉降量為-135.19mm。

從分布位置上看，車站隧道拱頂上方及左右線之間的監測點，累計沉降量均超過了60mm。其中，沉降量在80mm～100mm之間的監測點主要位于隧道拱頂上方，超過100mm 的監測點主要分布在左線臨近右線的側壁上方、右線臨近左線的側壁上方及左右線之間的位置。

累計沉降量分段統計表 表3

3.2 隧道掘進方向變形分析

經過對數據的分析發現，隧道掘進方向監測點的整體變形趨勢相似。在隧道左右線上方各選取一個典型監測點，繪制時間-沉降量曲線如圖3 所示。

由圖3 曲線可以看出，監測點出現3 次沉降速度加大的過程,對應施工的3 個階段,分別隧道右線1 號洞室最先施工至測點處，此時測點隨著施工的進行發生了第1 階段的沉降變化。當左線1 號洞室到達測點附近時，測點再次發生了明顯的沉降變化，此時右線的1、2 號洞室已通過測點位置，右線3、4 號洞室、左線1～4 號洞室施工的多次交叉擾動，致使測點第2 階段的累計沉降量和沉降速率均明顯大于第1 階段，直到左線3 號洞室離開測點約20m，4 號洞室經過測點附近后， 沉降逐漸趨于平穩。第3 階段的沉降變化發生在左右線5、6 號洞室開挖過程中，隧道的二次施工對地表沉降產生了影響。此時測點的平均沉降速率相比于第2 階段已經減小， 但累計沉降量仍然較大，說明下層導洞的開挖對地表沉降仍有較明顯的影響，這主要是因為前期隧道降水的效果不明顯，導致下層導洞開挖過程中受地下水的影響較大，對土體造成一定的擾動。

由圖3 還可看出，左右線測點的曲線變化趨勢基本相似。這是因為兩個隧道單洞凈寬10.85m， 而兩個隧道的間距只有4m，因而需要將先期開挖的左右線1～4 號洞室看成一個整體，即一個8 洞室的CRD 法施工隧道，并在施工時充分考慮左右線的相互擾動影響。

各階段沉降量統計見表4。

分階段沉降量統計表 表4

從表4 中可以發現， 隧道上層中層開挖過程中的地表沉降，即第1、2 階段的累計沉降量不到總沉降量的50%，而第3階段隧道下層施工過程中的累計沉降量與第1、2 階段的累計沉降量基本相當。

受地下水的影響，隧道下層施工設計方案進行過多次的變更，但在實際施工過程中，其仍對地表產生了明顯的擾動。這也表明，在不考慮地質條件和施工質量的情況下，帶水作業相對于無水作業對地表沉降的影響還是很大的。

3.3 監測斷面變形分析

各監測斷面的整體變形趨勢相類似，選取一個典型監測斷面繪制其從監測開始至沉降穩定期間的歷時沉降曲線，見圖4。

由圖4 曲線可以看出，地表監測點的累計沉降量隨監測點到隧道拱頂中心的距離增大而減小， 沉降曲線基本呈漏斗形狀。雖然左右線分離設置，但由于其間距較小，0m 位置監測點的歷時沉降量與-7m 和7m 處左右線拱頂位置監測點的歷時沉降量基本相當，這也證明了在上層、中層施工過程中應將左右線看做一個8 洞室的CRD 法施工隧道，綜合考慮各洞室施工相互擾動對地表沉降的影響。 沉降量最大的點在-2m 位置左線的拱頂右側和2m 位置右線的拱頂左側，這是左右線施工相互擾動造成的，這也是車站整個沉降影響范圍內累計沉降量最大的兩個位置。此外，從圖4 中也能體現圖3 所反映的3 個階段地表沉降變化。

4 沉降原因分析

本暗挖車站地表監測點的累計沉降量整體是較大的，累計沉降量超過控制值的監測點占到總數的91.18%， 將影響地表沉降的因素歸納為以下幾點。

4.1 工程地質、地層條件

勘察資料顯示，地表以下存在2m 左右的雜填土層，該土層回填不密實、土質松散；隧道拱頂為砂層，中間夾雜礫石，這種地質條件較易引起地表沉降。此外，該區域位于永定河沖洪積扇中上部，屬于大地沉陷區，地質條件極為復雜，并存在地下土體空洞及巖土不良區域，由于開挖過程中對土體造成擾動，土體空洞及巖土不良區域可能發生塌陷，造成地表沉降。

4.2 工程水文條件

隧道施工范圍內存在潛水和承壓水，特別是承壓水對隧道下層施工的影響非常大。由于前期降水的效果不是很明顯，導致在施工過程中地層失水，土層縫隙收縮，造成地表發生沉降。

4.3 施工工法和工序

車站兩隧道間距只有4m，CRD 法施工導致兩隧道相互擾動，而下層洞室二次施工又對隧道造成了二次擾動，對地表沉降產生一定影響。

4.4 施工操作不規范

各洞室施工過程中縱向步距過小，超前支護小導管長度不夠，核心土留設不規范，開挖速度過快，結構初期支護不及時等情況，均不利于地表沉降的控制。

5 結 論

綜上所述，影響地表產生沉降的因素是多種多樣的，各種因素相互疊加加劇了地表的沉降變化。施工單位在施工過程中應當重視并及時掌握監測數據，發現異常時，立即分析查找原因，調整施工工序，采取有效措施，確保洞內施工的安全和周邊環境的安全。

[1]王霆，劉維寧，羅富榮，李興高.地鐵區間淺埋暗挖施工的地表沉降特征[J].都市快軌交通,2009(6).

[2]孫飛,李金奎.人工素填土下淺埋暗挖橫通道CRD法施工的地表沉降監測分析[J].現代隧道技術,2012(1).

[3]駱建軍,張頂立,王夢恕,張成平.地鐵施工沉降監測分析與控制[J].隧道建設,2006(1).

[4]齊震明，李鵬飛.地鐵區間淺埋暗挖隧道地表沉降的控制標準[J].北京交通大學學報，2010(3).