軟弱地層淺埋暗挖隧道施工地表沉降控制技術

摘 要：城市地鐵隧道埋深均較淺，根據地表沉降控制要求，應分析引起沉降的主要因素，并采取適當措施加以控制，否則將危及地面建筑物、城市道路以及管線的安全。文章根據西安地鐵四號線TJSG-12標含元路站～大明宮站區間f2穿地裂縫段暗挖施工實例，分析引起沉降的原因，采取相應措施來實現地表沉降的控制，為在軟弱地層中淺埋暗挖隧道施工地表沉降控制提供借鑒。

關鍵詞：地鐵隧道；軟弱地層；地裂縫；沉降控制

1 工程概述

1.1 工程概況

含元路站～大明宮站區間（以下簡稱含大區間）f2穿越地裂縫段采用淺埋暗挖法施工。右線f2地裂縫處理段起訖里程YCK19+255.603～YCK19+423.445，長度167.842m，右線暗挖段全長268.839m，南接含元路站，北接盾構區間。左線f2地裂縫處理段起訖里程ZCK19+249.433～ZCK19+417.275，左線長度167.842m，南北與盾構區間相接。區間過地裂縫區段采用柔性支護結構類型并預留一定凈空以適應不均勻沉降的要求，采用加大斷面，增設特殊變形縫的辦法處理。隧道采用馬蹄形斷面，復合襯砌結構，采用淺埋暗挖法施工。f2地裂縫段斷面開挖尺寸為（寬×高）9.0m×9.22m，均采用CRD法開挖。含大區間平面圖，見圖1所示。

1.2 地層巖性

含大區間跨越兩個地貌單元，南段為洪積II級臺地，地層為地表分布有厚薄不均的全新統人工填土（Q4ml）；其下為上更新統風積（Q3eol）新黃土及殘積（Q3el）古土壤；再下為上更新統洪積（Q3pl）粉質黏土、砂層等。北段為湖積III級臺地，地層為地表分布有厚薄不均的全新統人工填土（Q4ml）；其下為上更新統風積（Q3eol）新黃土及殘積（Q3el）古土壤；中更新統風積（Q2eol）新黃土及殘積（Q2el）古土壤；再下為中更新統湖積（Q2l）粉質黏土、砂層等。

其中在兩個地貌單元上，填土層和上更新統風積（Q3eol）新黃土地層分布連續，3-1-1新黃土（水上）Q3eol：該層分布于填土底面以下。黃褐色，可塑。蟲孔及大孔隙發育，具濕陷性，屬中偏高壓縮性土，該層頂部局部具高壓縮性。標貫實測擊數平均值8.0擊。本層層厚0.50～7.60m，層底深度5.00～9.40m，層底高程396.01～401.04m。暗挖隧道穿越地層主要是古土壤、粉質粘土層。地質圖見圖2所示。

1.3 水文地質

含大區間場地內地下潛水穩定水位在f2地裂縫南北兩側截然不同，f2地裂縫南側，埋深在5.60～6.80m之間，相應高程為397.82～398.00m。f2地裂縫北側，埋深在17.0～18.0m之間，相應高程為387.07～389.14m，兩側水位高差約10m左右。

2 沉降情況

以含大區間f2穿越地裂縫段ZDK19+348-ZDK19+383（35m范圍內沉降較大處）為例進行沉降情況論述分析，2015年5月3日-5月11日，開挖里程為左線左上導坑：ZDK19+371.5，左線右上導坑：ZDK19+387.5，左線左下導坑：ZDK19+366，左線右下導坑：ZDK19+383.7。開挖過程中，沉降速率加大（沉降速率約為2-6.45mm/d），多次達到日變化速率報警值（沉降速率超過2mm/d），監測點位較突出的為354C1、354G1，詳見表1；監測點沉降曲線變化詳見監測點沉降曲線圖（圖3）。

3 沉降原因分析

3.1 地質因素

（1）含大暗挖隧道拱頂上方為飽和軟黃土及新黃土，可塑性差，是沉降的因素之一。（2）太華路幾經翻修，道路回填質量不一，部分路基為雜填土，地質條件變差，易產生沉降。YDK19+354里程處往南14m雨水井蓋附近，4月4日發生過路面沉陷，對其處理時發現路基為雜填垃圾土，局部有空洞，路面滲水后，地質條件變差，極易產生沉降。

3.2 地下水及降水

地鐵隧道一般處在地下水位以下，降水效果不好的情況下，開挖后地下水不斷滲出，使地層持續失水，土層空隙及節理裂隙固結收縮，引起地表大范圍沉降。降雨后，雨水滲入地基層，由于原有路基為雜填土，局部有空洞，路面滲水后，地質條件變差，極易產生沉降。

3.3 施工重復擾動

左右線隧道凈間距較小，僅4.5m，左線隧道開挖對右線隧道周邊土體產生干擾，右線隧道開挖導致土體應力重新分布，加劇地層沉降。

3.4 路面荷載增加

隧道處于城市主干道下方，白天過往車輛密集，夜間過往重載車輛較多，路面荷載大，這也是地面沉降的因素之一。

4 處理措施

4.1 施工措施

（1）嚴格按設計要求及規范施工，加強超前小導管、初支背后注漿施工質量，每日開挖進尺不超過0.5m（1榀），及時封閉成環；（2）加大左右線隧道之間開挖步距，減少開挖對土層的干擾，先施工左線暗挖隧道，待左線暗挖隧道所有導洞全部通過f2地裂縫（ZDK19+367.433～ZDK19+374）以后，再施工右線暗挖隧道。

4.2 地面配合措施

（1）已對地表監測點位進行防水處理（采用涂防水涂料及玻璃膠結合處理）；（2）在含元路站～大明宮站盾構區間（暗挖段）右線大里程開挖掌子面上方鋪設20mm厚鋼板，鋪設鋼板總面積為653.4m2，覆蓋沿暗挖隧道方向20m左右路面，以減緩車輛沖擊，在后續施工中，隨著掌子面向前開挖，逐步推移鋼板覆蓋范圍，始終保證鋼板敷設于暗挖隧掌子面之間上方。

4.3 土體加固措施

4.3.1 加固原理。由于左右線隧道間距較小，中間夾土層薄，左線隧道先開挖，右線隧道后開挖，該部分土體均處于影響區域內，采用注漿加固措施，使得公共影響區域范圍土體改良、強度提高，避免后開挖隧道施工時該部分區域沉降過大。注漿采用洞內雙液注漿加固。雙液注漿工法的施工原理是根據不同工程的要求以及地層的特點，將預先特殊配制好的漿液，分別盛于不同容器內，采用鉆進將雙壁鉆桿鉆至設計深度后，（鉆機的鉆桿也是注漿管，到達指定位置后即可注漿，不存在塌孔成孔難技術問題）利用地面高壓輸送泵分別將漿液泵送至雙壁鉆桿內外環狀間隙。當經過鉆頭上方配置的雙液混合器后，二者迅速均勻混合，在較高壓力的作用下，漿液擴散、滲透至周圍地層，并在可控與可調的時間內定位、定向、定量與地層發生反應（產生凝膠作用），起到土體改良，固結地層，強化地質作用達到注漿加固目的。同時根據注漿擴散范圍、將注漿范圍相互重疊，使之共同聯合形成整體性的加固區域，達到注漿加固目的，保證隧道圍巖安全穩定。

4.3.2 洞內加固斷面示意圖。如圖4所示。

4.3.3 加固實施情況。洞內注漿加固從2015年5月6日開始實施，加固里程ZDK19+353-ZDK19+383。同時在加固實施期間，暗挖隧道右線大里程方向正常施工，每日開挖進尺不超過0.5m（1榀）。洞內加固注漿點位與右線大里程位置關系，詳見圖5所示。

4.4 其他措施

（1）對地裂縫區域進行地質補勘，主要是兩方面，由地面補勘及開挖掌子面水平探孔，進一步了解地質情況，制定應對措施；（2）加強路面及拱頂監測頻率，監測頻率由原來的一天一次增加到一天兩次，加強現場巡視頻次，由原來的一天一次增加到一天兩次；（3）加強降水管理，每日監測水位情況，確保水位保持在隧道底板以下，檢查降水井的降水情況，如遇跳閘、不抽水等情況及時檢修并恢復降水，保證降水效果；（4）積極與沉降較大區域內管線產權單位聯系，獲取管線安全狀態的第一手資料，并邀請產權單位加強該區域的管線巡視力度；（5）組織召開沉降分析會，邀請業主、設計、咨詢、監理、管線產權單位等各單位專家研究討論控制沉降的措施，認真落實各項措施，確保施工安全。

5 沉降控制效果分析

通過落實沉降控制措施，嚴格按設計要求及規范施工，加強超前小導管、初支背后注漿施工質量，每日開挖進尺不超過0.5m（1榀），及時封閉成環，加大左右線隧道之間開挖步距，減少開挖對土層的干擾，土體加固等措施后，地表沉降得到了控制，沉降控制情況（以ZDK19+354為例），隧道右線大里程YDK19+354處監測點每日變化速率對比見表2所示。

從以上的沉降數據顯示，監測點位沉降速率變緩，日變化速率在監測報警控制值（2mm/d）范圍內，大部分監測點位的日沉降速率在1mm/d以內，地面沉降得到了有效控制。

6 結束語

通過科學，高效的項目管理，地面沉降得到了有效控制，市政管線運行安全，隧道施工掌子面安全通過f2地裂縫，二襯施工已接近尾聲。在本案例中，地面沉降原因復雜，為多種因素的綜合作用。監控量測是施工安全的前提，動態優化施工參數是控制沉降的科學依據，定期、不定期邀請專家及管線產權單位組織沉降專題會是分析、解決問題的重要方式，合理組織、規范施工是控制沉降的有力保障。

參考文獻

[1]姚曉紅.城市地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降分析與控制[J].鐵道建筑技術，2006.

[2]吳應明.地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降因素及控制對策[J].城市軌道交通研究，2013.