大跨度暗挖車站鄰近建筑物開挖施工技術

謝雪寧 （中國鐵建十六局集團地鐵工程有限公司，北京 100124）

0 前言

為緩解地面交通的壓力，提升城市形象，合理利用城市空間，越來越多的城市開始進行地鐵建設。在暗挖車站施工過程中，開挖會造成土層應力釋放，引起土體水平位移，產生不均勻沉降，可能引起地面建筑物的沉降和傾斜變化，嚴重時可能危及地面建筑物的安全，帶來經濟損失及不良社會影響。因此，在施工過程中如何有效的控制地表沉降，保證地面建筑物安全，是施工管理中的一個重要方面。本文從力學角度分析了城市隧道上方覆土體沉降的機理；利用平面有限元模型模擬分析了淺埋暗挖法大跨度隧道沉降；采用隨機介質理論法對大斷面淺埋暗挖隧道施工地表沉降進行了預測分析；對城市隧道淺埋暗挖地表沉降規律及控制方法進行了研究。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。

本文工程開挖施工過程中發現車站上方附近建筑物沉降接近預警值，分析原因后制定專項措施，確保地面建筑物安全，為以后類似地鐵工程建設提供參考。

1 工程概況

萬年泉路站位于萬年泉路與華樓山路交口處，沿萬年泉路南北方向布置。車站總長199.60m，主體結構開挖總寬度20.658m，總高度18.06m，車站主體采用暗挖“雙側壁導坑法”施工。車站東側毗鄰建安小區、建安小區沿街商鋪，其中建安小區沿街商鋪距離車站主體結構水平4.25m～4.75m、垂直4.85m。沿街商鋪均為兩層磚砌結構，預制板樓板結構，建于1995年，基礎埋深較淺，為毛石漿砌基礎，基礎埋深2m，商鋪現狀較破舊。車站結構采用單拱大跨暗挖斷面，由于結構斷面尺寸大，尤其是中導洞開挖跨度超過11m，高度9.5m，且結構埋深淺處僅6.85m，且此處拱部以土層為主，導致結構穩定較差，結構施工風險高、難度大。

1.1 工程地質、水文地質情況

車站施工范圍內基巖以燕山晚期花崗巖為主，其間穿插有煌斑巖、花崗斑巖并伴隨有構造巖，地下水主要是構造裂隙水。煌斑巖及細粒花崗巖等脈巖穿插分布于場區，脈巖及構造巖的發育造成場區基巖巖體破碎，完整性較差。由于巖體的各向異性，加之局部巖體破碎、節理裂隙發育，地下水相對富集，透水性也相對較好。地下水主要依靠大氣降水入滲和地表水體入滲補給，季節性影響較大。

依據地勘報告，車站暗挖施工范圍內次生斷裂構造發育，脈巖、碎裂巖及糜棱巖的發育造成巖體破碎，軟硬不均。開挖后圍巖為強、中、微風化巖和各種巖脈及構造巖，涌水量受季節以及節理發育程度影響，局部構造發育地段開挖過程中可能有涌水現象發生。

2 施工中出現的問題與分析

2.1 施工中出現的問題

開挖過程中受雨季影響，暗挖車站上部土層壓力增大，地面沉降接近預警值，車站上部東側建筑物產生沉降，建筑物有承重墻開裂、地板開裂、吊頂脫落、店面玻璃門開關不靈活、地面臺階下部基礎沉降產生裂縫等現象。

2.2 原因分析

分析了土體產生沉降的內在機理，認為沉降的產生受地質及水文條件和人為施工活動影響，地面沉降是在不良地質條件下，采用不適當的方法進行施工活動的結果。研究表明：暗挖施工擾動土體引起的地面土體沉降、地下水降水效果好壞、建筑物自身穩定性及抵抗變形能力、施工工序因素是造成臨近建筑物沉降的原因。

通過理論分析結合現象實際情況，綜合分析后認為上述問題的產生由如下因素造成：①此里程段圍巖裂隙發育、節理多，巖層之間主要靠泥狀膠結物膠結，在水的作用下容易產生局部掉塊。②2#導洞爆破震動對上部1#導洞造成一定影響。③由于連續降雨，受雨季積水影響，導致房屋下部回填壓縮密實，造成房屋基礎下部空洞。

2 施工專項措施

研究表明：上部導洞開挖引發的地表沉降比例達到59.3%，是暗挖車站控制地表沉降的關鍵步序。暗挖車站下穿施工中為控制既有線的變形，除了常規的施工技術措施外，從減少隧道開挖過程中地層損失，限制地層松動圈隨時間發展等方面采取了主動的控制措施，能起到良好的效果。

為有效控制地表沉降，確保地面建筑物安全，本次施工專項措施的設計基本思路為：隧道內增加補強措施，加強初支強度；地面建筑物基礎采用袖閥管進行加固。

2.1 隧道內補強措施

2.1.1 原施工方案

此段里程范圍內采用格柵鋼架、系統錨桿聯合支護形式。格柵鋼架間距為1m，格柵支護采用350mm厚C25噴射早強混凝土。臨時中隔壁與臨時仰拱采用型鋼支護，型鋼支護段采用300mm厚C25噴射早強混凝土。各導洞采用臺階法開挖，并在臺階處增加鎖腳錨桿。

2.1.2 補強措施

①對節點板以上拱部設置Ф25組合中空注漿錨桿，單根錨桿長度為4m；布設間距：1.5m（環向）×1m（縱向），梅花形布設。

②每榀格柵節點兩側各打設一排EX28N漲殼式預應力中空注漿錨桿，錨桿直徑46mm，單根長度為10m；預加力施加大小為90kN。注漿材料為水泥漿。

③架立型Ⅰ22鋼支撐，安裝鋼支撐前鑿開初支混凝土面，將鋼支撐伸入混凝土面中后重新填充鑿除部位，使鋼支撐與初支斷面形成整體受力結構。鋼支撐在中上導洞開挖前進行拆除。

2.2 地面建筑物加固

隧道內補強措施施工完成后，加強施工監測，根據監測情況待隧道變形穩定，地面沉陷基本穩定后對房屋下部基礎進行加固注漿，并對房屋西側墻體與排水溝間范圍進行隔離注漿。具體參數如下。

①注漿范圍。注漿深度：房屋基礎向下1m范圍，具體注漿深度根據地層條件現場確定。注漿平面范圍：房屋西側墻體向東側約3m，向西側約1.5m。

②注漿材料及漿液配置。注漿材料選用普通425硅酸鹽水泥。水泥漿水灰比為0.6～1.0，在碎石屑墊層中采用0.6，在地基土層中采用0.6～1.0，為防止漿液析水，摻入防析水劑纖維素，其用量約為水泥重量的（0.2～0.3）%，摻加摻量占水泥質量百分比為15%的氯化鈣速凝劑，摻量占水泥質量百分比為0.05%去垢劑流動劑，摻量占水泥質量百分比為0.02%鋁粉膨脹劑。

③孔間距。第一排注漿孔離墻體0.5m，其余孔間距0.5～0.8m，孔間距可根據實際情況進行調整。

④注漿壓力。以不超過地層壓重與強度為限，實際使用的灌漿壓力在100～300kPa之間變化。

⑤注漿方法。采用自下而上栓塞分段灌漿法，孔可稍向基礎中心傾斜，使水泥漿液能直接滲入基底下的地基中，灌漿時使用壓漿設備將漿液壓入。

2.3 輔助措施

①聯系物探單位對建筑物及隧道周圍環境進行全面探測，上報探測情況和探測情況分析報告。

②車站中導洞開挖控制爆破震速，減小爆破施工對車站結構和車站周圍環境的影響。

③施工過程中加強對隧道周圍環境監測，補充建筑物及路面的監測點，對臨測點布點位置進行討論分析并對建筑物的臨測點進行重新布點。監測內容需體現建筑物的差異沉降。

3 結束語

暗挖車站施工是一項未知因素較多、風險較大的系統工程，施工過程中總會遇到各種各樣的問題，大跨度暗挖車站施工本身風險比較大，施工中由于地質條件的復雜性和周圍環境的不確定性，更增加了施工的風險。暗挖施工引起的地面沉降與地面老舊建筑物沉降控制標準要求嚴格之間的矛盾越來越突出，施工中遇到的問題也會越來越多。所以，施工過程中，應根據現場出現的問題及時調整施工方案，本文在分析暗挖車站施工過程中遇到的問題基礎上，通過增加隧道內補強措施及對地面建筑物基礎加固，有效控制了地面建筑物沉降，安全完成了全斷面開挖施工，為后續類似情況的出現提供了一種解決問題的思路。