對地鐵隧道暗挖段礦山法施工的地表沉降分析

白光宇

（石家莊市軌道交通有限責任公司，河北 石家莊 050000）

我國地鐵交通的發展水平正處于上水階段，地鐵隧道多位于城市中經濟繁華地帶，周邊建筑物較多，且地下管線較為密集，隧道的施工會導致地表面的沉降或隆起，若地面沉降量達到一定程度時，會危害到周邊地面建筑、地下相關設施以及隧道本身的安全。本文根據石家莊市1號線某區間暗挖段礦山法施工的實測資料進行分析，對地鐵隧道暗挖段礦山法技術施工引起的地表沉降總結規律以及其影響范圍進行研究，目的對以后類似工程提高參考。

1 工程概況

石家莊市城市軌道交通1號線一期北宋站～談固站區間以北宋站為起點，由西向東沿中山東路敷設，至談固站為終點，區間沿線建筑物較多。區間右線的起始里程為K14+835.190，終止里程為K16+44.180，總長1 208.99 m。線路縱向坡度呈“V”字形坡，區間覆土厚度約9.755～17.943 m。區間采用雙洞雙線盾構法+局部礦山法施工。盾構始發井西側采用盾構法施工，東側采用礦山法施工。礦山法區間起點里程K15+789.8，終點里程K16+44.180，區間長為254.38 m。

本段線路位于滹沱河沖洪積扇中部。沿線逐漸向城市郊區和新區延伸，上部也普遍分布有人工填土層，但厚度較小。新近沉積土層下部普遍分布有黃土狀粉質黏土或粉土，厚度為5～8 m，該層土具輕微濕陷性。黃土狀土層下部為巨厚層的砂土，局部夾黏性土薄層，其中下部砂層中含有卵石，卵石含量約占10%。隧道結構主要在中粗砂④2層、中粗砂⑥2層、細中砂⑥1層中，巖土施工工程分級為Ⅰ～Ⅱ類，隧道圍巖分級為VI類。

本區間地下水位埋深38～40 m，均位于結構底板以下超過10 m，故不考慮潛水的影響。

標準單線單洞隧道頂覆土約13 m，主要穿越砂層。該段地下管線距離隧道頂最近約8 m，隧道開挖影響較小。鑒于上述外部條件，隧道施工措施主要考慮解決砂層的問題，加強注漿加固地層。

2 監測數據分析

根據實測數據，對隧道的不同里程5個斷面的地表沉降監測點，根據其不同地層的填實度，分別進行了測點時程曲線圖的描繪和分析。

2.1 第一斷面地表沉降數據分析

第一斷面K15+790對4個地表監測點進行監測，該隧道在進行礦山法施工過程中地表沉降時程曲線如圖1所示。

圖1 第一斷面K15+790在2014.4.8～2014.6.23周期內監測時程曲線圖

該斷面隧道施工主要在中粗砂這一地質環境中施工，隧道上方主要是黃土狀粉質黏土層和粉細砂層，下方主要是中粗砂和粉質黏土。根據該斷面時程曲線圖，可以看出，隨著隧道的不斷開挖，地表沉降的累計值逐漸增大，通過結合現場施工進度分析數據，可以將整個地表沉降過程劃分為前期沉降、開挖過程中沉降、開挖過程后沉降、隧道加固支撐注漿隆起、后期沉降5個階段。由于該地層的黃土狀粉土屬于非自重濕陷性黃土場地，地基的濕陷等級為Ⅰ級，具有輕微濕陷性；再加上開挖后該斷面的地層缺失，還有在施工過程中對周邊地層的擾動，導致隧道開挖過程中，該斷面地表監測點一直處于下沉趨勢，DB15790-6下沉量最大，達到了7.56 mm。最終隨著隧道內支護結構的完善，監測點的累計變化量趨于穩定，不再有大的波動，該斷面地表監測點速率穩定在±0.03 mm左右，處于安全可控狀態。

2.2 第二斷面地表沉降數據分析

第二斷面K15+850對7個地表監測點進行監測，該隧道在進行礦山法施工過程中，第二斷面K15+850的地表沉降時程曲線如圖2所示。

圖2 第二斷面K15+850在2014.6.5～2014.8.22周期內監測時程曲線圖

該斷面隧道施工主要在中粗砂和細中砂這兩種地質環境中施工，隧道上方主要是黃土狀粉質黏土層和粉細砂層，下方主要是中粗砂和粉質黏土。綜合分析，該斷面由于中粗砂的減少，而加入了細中砂，另外，隧道后方的空間逐漸增大，地層缺失嚴重，導致該斷面的地表監測點累計變化量，在開挖前期，下沉趨勢較大。隧道兩側的監測點下沉量較小，在10 mm左右，二隧道正中心以及距隧道中心10 m左右的監測點，累計變化量較大，DB15850-4下沉量達到了50.41 mm（已經達到了監測預警值，當時施工過程中已按照有關預警辦法執行，并采取措施）。此后施工過程中減慢開挖速度，及時注漿支護，后期監測數據較為穩定，測點變化速率穩定在±0.05 mm左右，處于安全可控狀態。

2.3 第三斷面地表沉降數據分析

第三斷面K15+910對4個地表監測點進行監測，該隧道在進行礦山法施工過程中，第三斷面K15+910的地表沉降時程曲線如圖3所示。

圖3 第三斷面K15+910在2014.6.26～2014.9.25周期內監測時程曲線圖

該斷面隧道施工主要在中粗砂和細中砂這兩種地質環境中施工，隧道上方主要是黃土狀粉質黏土層和粉細砂層，還有少量細中砂和中粗砂，下方主要是中粗砂和粉質黏土。該斷面地表沉降時程曲線圖顯示測點在前期監測過程中有地表隆起現象，結合地質剖面圖可知，該斷面正處于隧道的中間部位，并且少了素填土這個地層，細中砂層和中粗砂層明顯增多，地質條件發生了改變比較明顯。

綜合分析，隧道后方注漿、支護結構已完成，前方施工的土體可能受到擠壓，而是地表有微量的隆起；另外，施工方可能超量注漿，而前方土質新近沉積層具有承載力低、變形大、有濕陷性等特點，從而導致地表隆起的現象發生。在與施工單位溝通后，減緩開挖速度，停止注漿，地表又表現為回落。后期該斷面監測數據顯示，未出現地面隆起現象，呈現緩慢下沉趨勢，最終監測數據趨于穩定，測點變化速率穩定在±0.03 mm左右，處于安全可控狀態。

2.4 第四、五斷面地表沉降數據分析

結合該隧道地質環境，現場施工和監測數據，第四、五斷面整體監測情況與第一、二、三斷面相似，整體監測數據顯示，數據處于緩慢下沉趨勢，最終在注漿結束、支護結構完善后，監測數據處于穩定狀態，測點變化速率穩定在±0.03 mm左右，處于安全可控狀態。本文不再做詳細說明。

3 隧道周邊地表沉降整體分析

在對隧道周邊地表沉降的整體分析中，運用地形圖等高線的原理，依點位及各點最終沉降量繪制“等沉降曲線圖”，來分析稿隧道在礦山法施工結束后，對周邊整體環境的影響。對該隧道里程K15+820～K15+876范圍內的沉降監測點繪制等沉降曲線圖，如圖4所示。

圖4 K15+820～K15+876等沉降曲線圖

可以從等沉降曲線圖中得出，該隧道在礦山法施工過程結束后，隧道上方及周邊的地表整體都有下沉現象，但其并未對周邊環境造成危險。

4 結語

通過本文研究，隧道施工地層主要為中粗砂 （含卵石）及卵石層的情況下，該地層相對來說比較容易開挖，適合用礦山法來施工。也容易造成施工進度過快，導致地表下沉量較大。二次補漿可以有效減緩地表的沉降，穩固地層的作用。在隧道施工前，要對地質環境提前進行分析，制定開挖、注漿計劃，注漿期間要始終參照地表累計變形值和日變化速率，對施工進度與注漿參數進行調整，確保地表累計變形值在安全可控范圍內。也可以定期通過繪制等沉降曲線圖來分析隧道施工對周邊環境的影響范圍及程度，反應地表的沉降規律。