地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降因素及控制對策

王縉博

摘要：地鐵隧道的埋深一般均較淺，在采用暗挖法施工時更容易產(chǎn)生地層、地表下沉及變形，嚴重的將危及地面建筑物、城市道路、地下管線等的安全。本文分析了深圳地鐵淺埋暗挖隧道施工中影響地層沉降的關鍵要素，提出控制地層變形和地表沉降采取的對策和措施。

關鍵詞：地鐵；淺埋暗挖；隧道地層；沉降因素；控制對策

地層沉降控制是淺埋暗挖法施工技術水平和管理能力的綜合體現(xiàn)，更是工程投資大小的體現(xiàn)。在隧道開挖過程中有時地表的沉降控制能夠滿足規(guī)范要求，然而此時埋在地下的管道卻可能面臨破壞的危險。究其原因就是我國目前還沒有相對統(tǒng)一的管線控制標準，這也充分印證了在某些特殊區(qū)段加強隧道施工地層沉降控制的必要性。

1影響地層沉降變形的主要因素

（l）地層土體特征。隧道開挖后上覆土層形成自然拱的最小土層厚度與土體本身力學特性密切相關。隧道開挖后能否形成自然拱不僅對隧道支護結構影響大，對地層和地表的變形沉降影響也很大。能形成自然拱的對地表沉降量的影響就小一些，反之即大一些。同時，土體特性也會隨一些條件的改變而改變，特性改變之后對地表沉降量的影響也隨之改變。（2）地下水。地鐵隧道處于地下水位線以下的居多。隧道開挖排水后，易造成地下水因壓力差的存在不斷滲出，形成多條滲水通道，使地層持續(xù)失水，土層空隙及節(jié)理裂隙固結收縮，引起地層、地表出現(xiàn)超前、超大范圍的變形及沉降。從對深圳地鐵施工監(jiān)測情況看，地層的持續(xù)失水是造成地層變形、地表沉降的最根本、最主要原因之一。（3）地層應力釋放。由地層的收斂約束特性可知，隨地層位移的增大，上覆地層施加到隧道結構上的荷載將減小。最佳支護概念就是在允許地層產(chǎn)生穩(wěn)定的位移條件下，使支護結構所受的力最小。城市地鐵隧道，尤其是淺埋暗挖隧道，為保證地表的變形得到控制，原則上不允許地表出現(xiàn)超越規(guī)定值的下沉而換取最佳支護，地層預加固與及時支護且封閉成環(huán)是超淺埋暗挖隧道的關鍵。（5）施工方法。城市地鐵隧道開挖常用的工法中，臺階法是引起地表下沉最為嚴重的一種施工方法，但因其操作簡單，成本低，只要措施得當，一般可滿足地表沉降要求。國內外區(qū)間單線隧道施工多采用臺階法。但臺階法也多種多樣，需根據(jù)不同的斷面形式及地層條件謹慎選取。（6）開挖進尺的影響。開挖進尺的大小實質上是工作面無支護空間的大小，其值不僅決定著地表下沉及拱頂沉降，而且也影響開挖面的穩(wěn)定性，二者相互作用并以工作面的穩(wěn)定性為基礎。

2地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降控制對策

2.1確定適合地層條件的施工方法

為了將地表沉降控制在一定范圍，在運用臺階法時，因因地制宜。地質越軟，則臺階長度應越長。為了使開挖各分部提早閉合，通常，上臺階應添加臨時仰拱，在特殊地段的上臺階拱腳處應架設鋼支撐噴混凝土作托梁。實踐出真知，事實證明，在運用該方法后，拱頂及地表下沉確實有所改善。

2.2領會并嚴格執(zhí)行“18字方針”

淺埋暗挖法是在城市地鐵隧道施工歷經(jīng)多地區(qū)實踐基礎之上提出的具有我國特色的軟土隧道施工方法。它的精神實質及要領都融合在“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、快封閉、勤量測”18字方針里。不僅是字面上的淺顯表達，其領會程度與否決定著對工法的應用程度以及施工效果，反映著對周邊環(huán)境的影響。“管超前”不僅僅是簡單的利用小導管等進行超前預加固支護，其加固效果與小導管直徑、長度、間距、安設角度、搭接長度以及漿液等都具有極強的相關關系；“短開挖”不是指臺階長度短，而是指控制循環(huán)進尺，少擾動地層，開挖范圍小且留核心土；“快封閉”不僅僅是指全斷面及早封閉，其意義在于在分部開挖中，每一分部開挖面也能盡快封閉。

2.3改善土體特性

通過對隧道開挖周邊外土體進行局部加固處理，一方面可以促進隧道開挖后自然拱的形成，另一方面可以改進土體的特性，促使其往好的方面轉化。深層注漿和超前注漿既可以加固土體，也可以改善土體的性質。可以根據(jù)土體的性質壓注純水泥漿或雙液漿，必要時也可以壓注化學漿液，還可以采取其它的改善特性的措施。

2.4適度排放地下水

毫無疑問，地下水的排放不僅會增加上覆地層的強度，而且也增大其剛度。然而對于一些特殊的地層如砂層礫砂，若在這種土層的表層，過度抽排地下水，會導致地表大范圍沉降。所以，在保障正常開挖和工作面穩(wěn)定的情況下，應盡量少抽排地下水，應具體情況具體分析，一共有如下四種情況：（1）應開源節(jié)流，盡量縮短時間。（2）采取斷面注漿、噴混凝土等措施穩(wěn)定工作面，并按照具體條件來調整注漿參數(shù)、小導管、格柵支護參數(shù)以確保注漿效果（3）采取地表或洞內注漿措施封堵部分地下水（4）采取止水帷幕或旋噴樁等阻斷地下滲水通道。

2.5縮短開挖進尺

為控制地表下沉及拱頂下沉，工作面的穩(wěn)定十分重要，對城市地鐵尤其是軟弱地層隧道，開挖進尺應盡量減小。根據(jù)國內外實踐經(jīng)驗，建議每循環(huán)進尺取斷面開挖寬度的0.1倍。

2.6增大左右線隧道開挖面的距離

當兩隧道的中心線距等于或小于3D時，兩隧道的開挖會有疊加影響。在線間距一定的情況下，增大兩隧道開挖面的相對距離可以減少其相互作用的疊加。軟弱圍巖其沉降影響范圍大，建議兩開挖工作面的距離控制在30m以上。

2.7合理安排二次襯砌時間

孔隙水的調整所產(chǎn)生的附加應力是一個漫長的遞增過程。軟弱富水地層，隨著滲排水，地表大范圍沉降，初期支護的剛度與地層剛度的相互作用會愈來愈強，因此，軟土隧道應及時施作二次襯砌。地鐵隧道的實踐表明，二次襯砌施作后，地層變位趨于穩(wěn)定。

3結束語

總而言之，在某種程度上，一種因素的影響對于地表下沉是很微弱的，但是在多種因素的作用下，那就不一定了。因此，我們在暗挖隧道時，更需要注意一些細節(jié)，未雨綢繆，防患于未然，平常做好措施，加固地表，在暗挖隧道時應因地制宜，不應勉強，應積極響應建設環(huán)境友好型和資源節(jié)約型社會的號召。不亂挖，嚴格貫徹落實18字方針。

參考文獻：

[1]蔣雙雙.武漢地鐵淺埋暗挖隧道施工地面沉降控制研究[J].建材與裝飾.2018（04）.

[2]周沈華，宋再榮，吳海山.淺埋暗挖隧道地層沉降控制措施研究[J].土工基礎.2015（02）.

[3]沈家煌.城市地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降分析與控制[J].建筑工程技術與設計.2016（05）.

（作者單位：中鐵十九局軌道交通工程有限公司）