地鐵隧道施工地表沉降特性及其控制技術

王 春

（中鐵十九局集團第二工程有限公司，遼寧遼陽 111000）

1 工程概況

此地鐵隧道的施工位置在某市新港中路沿自東向西的方向進行，其中地面段是城市的主干道路，交通相對較為繁忙，平均日車流量在20萬輛左右。12條城市地下線管縱橫分布在地鐵隧道的上方，順向線路中包含1條直徑600 mm供水管、1條直徑1200 mm供水管、1條600 mm排水管以及2條60 mm電纜。在這些線管當中，直徑1200 mm供水管的使用年限最長，埋設深度最深，與地鐵隧道拱頂間的距離5.87 m，探明現狀的難度最大。根據預測，如果在地鐵隧道挖掘的過程中，某一點的沉降量超過了設計值的允許范圍，造成直徑1200 mm供水管斷裂的可能性非常大，如此一來，不但會讓地面交通中斷，還會讓赤崗城區的供水線管受損，造成城區無法供水，會帶來比較嚴重的社會影響和經濟損失。

2 工程地質

工程中地鐵隧道需要穿過的含有水砂層的地層，從下至上依次如下。

最底層：沖積-洪積土層。呈淺橙黃色，細砂、中砂以及含約15%的載粒是主要組成物質，層厚在（1～1.5）m，整層砂石分布比較飽和、密實。

次底層：含水砂層。本層在隧道拱頂范圍內的分布最為廣泛，層厚通常在（2～3）m，其穩定性較其他部分都差，而且在地下水的影響下容易產生流沙。

次上層：淤泥質載土層。呈灰黑色，流塑狀，層厚在3 m以內，整體非常潮濕，具有較強的載性，密實程度較好，屬于相對不透水層。

最頂層：人工填土層。層厚在4 m以內，整體較為潮濕、松散。

3 沉降特性

（1）縮水沉降。在地鐵隧道開挖之后，因為存在一定的靜水壓力，各土層和土體會以自身給水的程度為基礎釋放出一定量的水分，但這些水量都會在隧道里被消耗；當隧道內部的初期支護完成封閉之后，因為受到噴射混凝土和鋼架法蘭盤的影響，滲水仍然會在初期支護的表面和法蘭盤的位置等多地出現，嚴重時水流還會呈現股狀[1]。當施工區域進入到流砂地段之后，出水量會比之前有明顯的加大，而且會出現細微的砂粒，洞內每天的抽水量也會增加至20 m3，因為自身重力的原因，上方的土體會產生自然的下沉，下沉的土體會填充到原來空隙水所占據的空間內，并讓土層固結壓縮，從而引起地表的下沉。

（2）超前沉降。當地鐵隧道的施工進入到正洞施工的階段后，通過監測點能明顯的看出其他地方的沉降值都要比挖掘面上方的測點位置處的沉降值大很多，同時，開挖面前方位于砂漏斗上方的ZDK4 km+993.5 m，ZDK4 km+987.5 m兩處觀測點卻有著最大的沉降值。在地鐵隧道施工進入流砂段后，這兩點的沉降速率分別達到了1.9 mm/d和2 mm/d，整個施工過程中累計的沉降值均已超過工程設計規定的30 mm。出現這種現象的原因主要有2個：淤因為土壤開挖之后地下水的流失；于在地鐵隧道開始挖掘之后，挖掘處的圍巖因為沒有約束而失衡，從而在掌子面的方向上沿著砂層出現一定的位移。

4 控制沉降的措施

4.1 布設監測點

基準點選擇橫通道的中線，然后沿著線路中線的位置在線路東西兩側各布置3個監測點，間隔距離最少為5 m。在行車道的位置使用沖擊鉆打好眼，然后將直徑16 mm鋼筋插入其中，再使用砂漿進行保護，但需要在最后完工時確保鋼筋露出地面約（3～5）mm；在人行道位置的瀝青混凝土路面中打入長度為（50～80）cm的直徑16 mm鋼筋，也使用砂漿進行保護。使用紅色油漆筆在測點的位置進行標記，最后再統一進行編號。洞內每挖掘5 m就需要立即進行監測點的埋設，利用B20水準儀配測微器、QJ-85坑道收斂計和已經埋設好的監測點對隧道拱頂的水平收斂和下沉指數進行觀測，監測頻率為每天2次。當地鐵隧道施工的區段進入流砂段以后，需要將監測的頻率提升到每天3次，而且要及時對監測得到的各項數據進行分析、匯總、上報，如果有必要，還要按照相關的反饋信息和實際情況對施工方案、施工方法等進行及時的調整，在最大程度上適應現場施工的需求。

4.2 超前預支護

（1）在進行圖1中1，2，7號導坑的挖掘之前，需要將1排直徑50 mm、長45 m、開花孔的無縫鋼管以10°～15°角打入設計的輪廓線中，鋼管縱向的間距需要保持在3 m，環向間距則需要保持在40 cm，且要保證前后兩循環搭接的長度為1.5 m。同時，為了使掌子面達到最大程度上的穩定，需要在垂直于掌子面的位置按照80 cm的間距將一排同樣的小導管打入其中。小導管的布置圖如圖2所示，在進行作業時，要借助YT7655鑿巖機將小導管直接頂入預定的位置。使用BW150型號的注漿泵進行注漿作業，以下是注漿作業期間的各項參數：使用的水泥為42.5的普通硅酸水泥；水泥漿的濃度要控制在1頤08～1頤1.75；CS漿的配合比要控制在1頤1～1頤0.5；水玻璃的濃度為35 Be；注漿壓力為（0.5～1）MPa；漿液初凝時間為1 min；每孔注漿量保持在（0.3～0.5）m3；整個注漿的過程都需要遵照各項參數進行，直到完成預期計劃的注漿量[2]。

圖1 雙側壁導坑優化后挖掘順序

圖2 注漿管的布置（單位：cm）

（2）在注漿施工開始之前，需要在開挖面噴射厚度為20 cm的混凝土以形成用于防止漿液流出的墻壁，然后再在小導管尾部位置50 cm的范圍之內用CS麻絲膠泥對管口位置的間隙進行堵塞，避免管口位置出現漏漿問題。當開始進行注漿作業之后，就需要使用注漿泵在加壓的情況下保證漿液以50 cm的擴散半徑通過小導管，并在挖掘面前方周圍地層的孔隙中滲透。采用間歇性和隔孔注漿相結合的方式進行，以此來增強注漿的整體效果。

（3）為了在最大程度上減少在下導坑施工過程中對上導坑的初期支護產生不必要的影響，需要將2根直徑42 mm，長25 m的鎖腳錨管增打在上導坑鋼架根部兩側的位置，目的是增加初期支護自穩的時間，并促進其自穩能力的有效提升，同時盡量縮減因為開挖下導造成的上導初期支護懸空出現的沉降。

4.3 縮減開挖斷面

一般情況下，地鐵隧道在施工過程中，基本上所有的開挖面都是處于相對無支撐的狀態，因此，掌子面圍巖的自穩性在一定程度上和開挖面以及地層的條件有著非常密切的聯系，結合相關的施工經驗可以發現，自穩時間和無支撐開挖面成反比。同時，在對砂層段進行施工時，一般會使用優化之后的雙側壁導坑法來進行施工，這樣做的目的是對因挖掘方法不當而產生的地表沉降進行預防和減少。按照既定的步驟和順序開展施工，既能在一定程度上促進不穩定的砂層開挖面縮減，還能對暴露的整體時間起到封閉和減少的作用，從而在最大程度上增加其穩定性[3]。

5 結論

（1）在進行城市地鐵的施工時，經常會受到地面構筑物、建筑物和地下線管等多重因素的影響和制約，所以需要對沉降進行嚴格的控制。在工程開始之前，需要對工程周圍的地質構造、環境、構筑物和建筑物基礎埋深等勘察清楚，還需要調查清楚本區域地線線管的材料、規格、埋設深度、使用年限、用途、與施工點之間的距離等。

（2）在施工開展期間，需要嚴格遵照新奧法的原則來進行施工，即“弱爆破、短開挖、強支護、勤測量、快封閉、速反饋”。

（3）如果在地鐵隧道施工的過程中出現較大的下沉，則可以根據現場施工的實際情況進行注漿加固抬高。

（4）因為地鐵隧道通常都建設在地下，難免會碰到多且布置復雜的地下線管，所以在整個施工的過程中，要根據可能發生的緊急狀況事先做好相關的防范措施，盡量避免人員和器械的損傷。