長江漫灘地區某地鐵隧道沉降原因分析及治理建議

夏 勝 全

(南京地鐵運營有限責任公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

國內地鐵建設的經驗表明，軟土地區的地鐵隧道在建設期和運營期都會產生較大的沉降。隧道長期沉降和差異沉降，會對結構的安全性、耐久性和防水性能等構成嚴重威脅。

某地鐵隧道位于南京河西地區，長江漫灘地貌單元，地質條件差，工后沉降較大，并且受周邊工程活動影響十分明顯，導致產生沉降變形的原因變得十分復雜。因此，研究該地區隧道沉降具有重要的意義。

本文在研究了南京河西地區長江漫灘相軟土的工程地質特性，和調查了該地區工程活動和隧道結構病害的基礎上，對南京長江漫灘地區地鐵隧道沉降的原因進行了分析，提出了治理建議，為地鐵行業隧道沉降分析和治理提供借鑒和參考。

1 工程概況

1.1 地質條件

該地鐵隧道位于南京河西軟土地區，屬于長江漫灘地貌單元。場區地表普遍分布人工填土，以雜填土為主，往下依次為飽和軟土和軟弱土(淤泥質粉質粘土、軟塑粉質粘土)，飽和砂性土(包括粉土、砂土、粉質粘土與砂土夾層)，下伏基巖為白堊系浦口組K2p泥巖，埋深很深，巖面起伏不大。河西地區場地地勢基本平坦，地面高程在6.0 m～7.7 m之間。

南京河西地區位于秦淮河以西，長江以東，地下水主要受長江和秦淮河影響，地表水系發育。河西地區地下水分為潛水和承壓水。地下水埋深0.5 m～1.0 m，受季節性控制，年變幅在0.5 m～1.0 m。

1.2 設計及建設概況

該地鐵隧道在工程建設期間，沿線周邊為空曠的農田，場地條件較好，采用明挖順作法施工。如圖1所示，主體結構尺寸為：頂板、側墻500 mm，中隔墻300 mm，底板600 mm，隧道下臥土層絕大部分為②-2b4淤泥質粉質粘土(流塑)。基坑圍護結構采用φ800@1 050鉆孔灌注樁+φ650樁間止水，部分地段采用放坡開挖。地基采用φ500攪拌樁加固，縱、橫間距0.75 m，深度5 m～8 m不等。

在建設后期施工工期緊張，可能對地層的加固質量有一定影響；另外，施工期間突降暴雨導致局部基坑失穩，部分鋼支撐變形脫落，圍護結構發生“踢腳”，對地層產生了一定程度的擾動。

1.3 沿線物業開發情況

該地鐵隧道沿線周邊物業開發活動較多，工程活動較為密集，開發規模較大，基坑工程以面積1萬m2～5萬m2的居多，且大多為商業項目，地下室層數為1層～5層，基坑開挖深度5 m～25 m不等。地鐵沿線分布有較多高層建筑，都是在地鐵運營之后修建。

2 隧道沉降變形

該地鐵隧道相對運營初期車站沉降量較小，區間沉降量較大；區間最大累計沉降量約300 mm。區間范圍內共形成了5個明顯的沉降槽，沉降槽在形成時間上有所差異，沉降槽有向兩邊擴展的趨勢，且各個區間上下行沉降槽形狀基本一致。沉降槽均處于②-2b4淤泥質粉質粘土(流塑)地層中，沉降量較大。

車站與隧道連接處均位于②-2b4淤泥質粉質粘土(流塑)地層中，存在較大的差異沉降。而車站與區間結構剛度差異大，也是造成較大差異沉降的一個重要原因。

3 隧道結構病害

3.1 結構裂縫

自運營以來，隧道襯砌表面一直存在著較多裂縫，且仍有緩慢增長的趨勢，裂縫如圖2所示。裂縫主要形式為垂直于隧道軸線的橫向裂縫(局部已發展成貫通性裂縫)，少量斜裂縫、無明顯縱向裂縫。裂縫總體發展方向是由下部向頂部發展，往上裂縫寬度逐漸變小。裂縫分布于整個隧道區間，間距0.3 m～0.8 m不等，寬度普遍在0.1 mm～0.3 mm之間，最大達到約5 mm。

3.2 滲漏水

由于存在大量裂縫，隧道內一直有比較多的滲漏水病害。產生滲漏水的部位也包含了所有裂縫能涉及到的部位，如拱頂、邊墻、道床以及水溝，如圖3所示。從現場情況來看，滲漏主要為裂縫處的慢滲，局部有快滲現象。

3.3 道床病害

隧道內混凝土整體道床不僅有橫向裂縫，還存在著較多的縱向道床與邊墻的剝離縫，并長期伴有翻漿、冒泥、滲漏水現象，部分區段水質腐臭發黑，伴有氣泡，水溝內亦有較多細砂和粉質淤泥狀物質沉淀。同時，道床局部地段存在著錯臺。道床相關病害如圖4所示。

4 沉降原因分析

影響該地鐵隧道結構長期沉降的因素較多，且多重因素相互疊加，使得沉降變得越趨嚴重。其中最主要的影響因素有：地質條件差、周邊工程活動多、河西區域地層沉降和地下水位變化、隧道結構滲漏水等。

4.1 地質條件差且分布不均勻

南京河西地區是典型的河流沖積二元結構，表層為45 m～65 m厚的第四紀軟土，沉積物主要是由上部漫灘相細粒沉積物和下部粗粒河床沉積物組成。上部漫灘相土層主要為淤泥質粉質粘土、粉質粘土和粉土層，其中淤泥質粉質粘土層分布廣泛，埋藏淺，層厚約4 m～35 m不等。下部邊灘相砂性土大體上也可分為兩層：上部為粉細砂層，厚約10 m～30 m不等；底部為砂礫層和砂性土。

該地鐵隧道主要穿越淤泥質粉質粘土、粉土層，局部穿越粉細砂層，隧道下臥土層主要為淤泥質粉質粘土和粉細砂層，其中下伏地層中較厚的②-2b4淤泥質粉質粘土層具有高壓縮性、高靈敏度、低強度等特征，地質條件差。

各區間沉降槽位置與區間地質情況均有較為明顯的對應關系。即區間穿越軟土地層越厚處，該位置區間累計沉降量越大。區間所形成較大沉降槽處均為軟土地層較厚處。所以，沿線分布的不均勻軟土是引起隧道不均勻沉降形成沉降槽的重要原因。

4.2 周邊工程活動多

河西地區地鐵沿線物業開發項目較多，工程活動較為密集，開發規模較大，基坑工程以面積1萬m2～5萬m2的居多，且大多為商業項目，地下室層數為1層～5層，基坑開挖深度5 m～25 m不等，近距離的加載、卸載對地鐵隧道的水平、豎向位移影響較大。

4.3 河西區域地層沉降和地下水位變化

隨著南京河西地區大規模工程的建設，地面荷載不斷增加，河西地區地下水位變化明顯，區域沉降有加劇趨勢。2006年—2012年間，河西地區地表最大沉降達29.9 cm。該地區地鐵隧道不可避免地受到區域沉降的影響，而由于沉降的局部性和不均勻性，其對隧道沉降的影響程度也不盡相同。

4.4 地鐵結構滲漏水

隧道結構的局部滲漏會引起地下水位下降，土體有效應力增加，隧道所受浮力減小，從而產生附加沉降。尤其隧道穿越或者下臥的淤泥質土層厚度大的區段，滲漏引起的沉降量大。

5 綜合治理原則

因沉降是引起隧道病害的主要原因，雖然周邊地塊開發已經完成，引起隧道沉降的主因可控，但區域地下水變化、列車震動、結構滲漏水等不利因素依然存在，因此，應采取措施控制后期沉降，加強保護區管理，確保隧道正常使用。

針該地鐵隧道沉降治理提出以下建議：

1)隧道內表觀病害，如滲漏水、裂縫、道床脫空、翻漿冒泥、變形縫滲漏等，應及時采取措施治理，防止其發展劣化，影響結構耐久性和形成次生病害，增加后期治理成本，具體治理措施可參照GB 50367—2013混凝土結構加固設計規范等規范執行；

2)隧道不均勻沉降應先治理沉降槽累計沉降最大、隧道相對變曲超限、結構變形縫等部位，在實施治理之前，具體參數需經試驗確定；

3)隧道日常維保應該嚴格按照相關標準和操作規程進行檢查和維修；

4)加強對地鐵沿線物業開發的監控，在確保地鐵運營安全的前提下，要求保護區范圍內的工程活動必須采取相應的地鐵保護措施。

6 結語

隧道沉降及沉降引發的結構病害，對結構安全性和耐久性構成威脅。長江漫灘地區，由于地質條件差，以及受到周邊工程活動的影響，隧道沉降更加嚴重，也更為復雜，應及時采取措施治理，控制后期沉降。

除此之外，今后在長江漫灘軟土地區，對隧道設計、施工應提出更高、更嚴格的要求，增加對隧道地基預加固以及隧道縱向受力的考慮，采取相應的措施減少施工對地基土體的擾動。