淺埋暗挖雙側壁導坑法地鐵隧道地表沉降分析

閆 康

(北京市軌道交通建設管理有限公司，北京 100068)

0 引言

地鐵作為緩解城市地面交通壓力的重要手段之一，近年來在國內眾多城市中得到了大規模發展。雙側壁導坑法是以新奧法基本原理為依據，將大斷面劃分為多導洞開挖，在城市地鐵淺埋暗挖大斷面隧道施工中應用較為廣泛。

1 工程概況

1)烏魯木齊地鐵1號線三屯碑站—新疆大學站區間右線隧道長738.411 m，左線設置一短鏈4.246 m，采用礦山法施工，區間出三屯碑站線間距為5.0 m，經過平曲線后，線間距逐漸增大，以15.2 m線間距進入新疆大學站。

2)小線間距長約224.751 m，平面圖如圖1所示，分為A,B,C,D四種單洞雙線斷面，本文以A斷面作為研究對象，該斷面總長約92.481 m，雙側壁導坑法施工，開挖高度9.2 m，寬度12.78 m，覆土厚度5.23 m～8.22 m。

2 工程地質與水文地質情況

1)根據勘察揭露本工程場地內地層主要為人工填土層、第四系全新統沖、洪積卵石層和粉質粘土層、第四系上更新統坡、洪積角礫層及下伏的三疊系泥巖、砂巖、礫巖構成。小線間距A斷面隧道地質剖面圖如圖2所示，各巖土層主要物理力學性質指標見表1。

表1 巖土物理力學參數指標

2)場地內存在兩層地下水，分別為第四系孔隙潛水和基巖裂隙水，潛水水位埋深3.98 m～11.30 m，基巖裂隙水表現出強烈的不均勻性和各向異性。

3 雙側壁導坑法隧道超前預加固及初期支護設計參數

3.1 超前預加固

掌子面全斷面深孔注漿；φ108大管棚結合φ42,L=2.5 m、環向間距0.3 m、縱向間距1 m的超前小導管進行超前預支護和預加固。

3.2 初期支護

鋼格柵縱向間距0.5 m；φ22縱向連接筋，雙層布置，環向間距0.5 m；φ6@200×200雙層鋼筋網；350 mm厚的C25噴射混凝土。

3.3 臨時支護

中隔壁和中隔墻采用Ⅰ20a工字鋼，φ22縱向連接筋，間距0.5 m。φ6@200×200單層鋼筋網，250 mm厚的C25噴射混凝土。

4 雙側壁導坑法隧道施工工序

1)小線間距A斷面采用雙側壁導坑法施工，分為6個步驟：a.兩側導洞上臺階開挖；b.兩側導洞下臺階開挖，架設臨時支撐；c.中導洞上臺階開挖；d.中導洞下臺階開挖，架設臨時支撐；e.拆除臨時支撐，鋪設防水層，澆筑仰拱；f.鋪設防水層，模筑二襯混凝土。

2)左導洞超前右導洞15 m～20 m，右導洞超前中導洞20 m～30 m，開挖臺階長度3 m～5 m，臨時支撐隨下臺階跟進。

3)由于地質性狀的變化和施工條件的限制，隧道穿越中風化砂巖地段未按照設計進尺開挖，洞內初支結構監測穩定，巡視未發現異常情況。

5 地表沉降監測數據分析

1)三屯碑站—新疆大學站區間沿隧道中線上方及中線兩側道路布設地表沉降監測點，每20 m設置橫向主監測斷面。本次分析選取DB-90橫向主監測斷面中具有代表性的DB-90-02,DB-90-03,DB-90-04和DB-90-05監測點作為分析對象，如圖3所示。各監測點歷時沉降曲線如圖4所示，各施工階段的沉降量如表2所示。

表2 監測點階段監測數據統計分析 mm

a.左側導洞開挖通過監測斷面期間，因拱部以上地層為非密實粉質粘土，受隧道開挖擾動影響，產生明顯沉降，約占累計沉降總量的19%；

b.右側導洞開挖過程中，未見地下水，但期間測點DB-90-03臨近位置DN700市政水管損壞大量滲漏水，使得上覆粉質粘土地層處于飽和狀態并在初支表面形成股狀涌水，引起局部地表急劇沉降，累計沉降量達到監測預警值，該階段沉降量約占累計沉降總量的62%。發現管線滲漏水情況后，所屬產權單位對該管線立即展開搶修工作；

c.監測預警發布后，施工單位立即封閉各導洞掌子面，對預警沉降過大區域進行地質雷達空洞探測，探測結果并未發現該區域地下存在空洞和疏松的情況。針對此種情況，最終采取自兩側先行導洞拱頂部位向未開挖的中導洞上臺階拱頂地層注漿，此法既可對初支背后進行回填注漿，也可對中導洞上方地層進行預加固，注漿采用φ42注漿導管，長度1.5 m，縱向間距50 cm，角度10°～15°，單漿液；中導洞采用φ42注漿管，長度4 m，縱向間距50 cm，角度10°～15°，掌子面拱頂上方環形布置，單液漿注漿，加強對掌子面前方土體的加固措施。通過兩次注漿地層加固，地表沉降逐漸趨于平穩；

d.中導洞掘進通過監測斷面期間，因拱頂地層被加固結合中導洞超前加固措施，該階段地表微沉降；

e.各導洞掌子面掘進至監測斷面處地層擾動影響范圍外及冬休停工期間，監測數據平穩；

f.拆撐階段：每次拆除長度為2 m，在拱頂位置中隔壁工字鋼處預留50 cm割除10 cm工字鋼，進行監控測量；若監測數據穩定，在側導洞臨時橫支撐一側端頭預留50 cm割除10 cm工字鋼，進行監控測量；若監測數據穩定，繼續向前拆除2 m，以此類推，每段共計拆除12 m，若監測數據均無異常，拆除該段剩余臨時橫撐，如圖5所示。拆撐期間地表沉降約占累計沉降總量的10%；

g.二襯施作完成后，監測數據平穩。

2)對A斷面地表沉降監測點累積沉降值分布情況進行統計，結果如圖6所示。81%的監測點累計沉降值可控制在-30 mm(閾值)以內，部分監測點由于DN700市政水管滲漏水導致累計沉降值超過閾值。累計沉降值在-20 mm～-30 mm范圍內的監測點數量最多，約占總監測點數量的38%。

6 結論與建議

通過對三屯碑站—新疆大學站區間A型大斷面雙側壁導坑法隧道施工地表沉降監測數據的分析，結合施工工序，提出如下結論和建議：

1)大斷面雙側壁導坑法隧道劃大斷面為小斷面，步步封閉，先行導洞開挖引起的地表沉降明顯大于后行導洞。管線滲漏水導致隧道上覆地層含水飽和軟化，是造成地表局部急劇沉降的主要原因，約占總沉降量的62%，因此施工前應深入開展管線排查及保護工作，預測風險并做好相應的應急準備。

2)導洞開挖階段沉降約占總沉降量的86%，為有效控制地表沉降，隧道開挖前應做好拱部一定范圍內的地層加固措施，形成有效的加固殼，開挖過程中縮短支護時間，步步成環。

3)拆撐及二襯施作階段沉降約占總沉降量的14%，臨時支撐破除時結構受力體系發生轉換，應力重新分布，此階段初支易發生失穩破壞，合理的拆撐方案既能保證施工安全又能促進工程流水施工，保障工期節點目標實現。

4)隧道上覆地層為飽和雜填土或粉質粘土地層受隧道開挖擾動易產生較大地表沉降，建議類似非飽和地層中含帶水管線時，宜提高一個風險等級并提前采取管線保護措施。

5)加強施工監測，根據監測數據實現動態施工，既保證施工安全又能快速高效完成工程建設，監測結果對指導設計有一定意義，使設計的隧道既安全可靠又經濟不浪費。