软土地层大断面浅埋暗挖地铁隧道施工隆沉控制技术

摘要:在城市地铁修建中，由于受线路设计、功能需求、周边环境等因素影响，需要在软土地层中施工大断面浅埋暗挖隧道，为了防止因施工所造成的地面隆沉而危及周边的建构物与地面道路，在施工过程中需要严格控制地面沉降。

关键词: 地铁隧道浅埋暗挖隆沉控制

ctions shallow depth excavation subway tunnel construction lung sink control technology

Wangbian―ge

(China zhongtie Engineering Company Limited, a fourth of the first Bureau, the 8# of Yuquan Road West zhongtie Building of Xianyang City, Shanxi Province Zip：712000)

Abstract: In urban subway construction, Due to suffer in line design, functional requirements, circumjacent environment and other factors in soft soil layer, need in shallow depth excavation construction large sections in the construction, in order to prevent tunnel caused endanger the ground lung sink surrounding objects and ground road construction, in construction process needs strict control land subsidence.

Keywords: Subway tunnel Shallow depth excavation Lung sink control

1 概述

郑州大学站～中原东路站区间沿中原东路自西向东布置，区间隧道右线长511.1m，区间隧道左线长511.101m，共计1022.201m。隧道顶覆土厚度9.4m～10.6m。区间所在地层主要为粉土层。区间左右线间距13m～13.4m。左线共设置两组平曲线，半径均为3000m。区间隧道最大纵坡4.17‰，最小纵坡2.0‰,最小竖曲线半径3000m。本区间长度小于600m，无需设置联络通道，在区间的最低点与中原东路站之间设置反向排水沟。

工程地质条件分析：本区间杂填土厚0.5～3.8m，平均厚1.52m ；根据附近场地资料，场地为非湿陷性场地，可不考虑湿陷对工程的影响；（22）层粉土、（32）层粉土含少量钙质结核，（29）层粉土中钙核较多，（34）层含大量钙核，局部钙质胶结；（39）层钙质富集，为钙质胶结层。详见图1-1

图1-1郑中区间地质饼状图

地下水：在现有勘探深度内，地下水类型为潜水，属弱水透水、弱富水层。含水层岩性主要为粉土，有少量粉砂。富水性一般。地下水稳定水位埋深19.0m～19.8m（在隧道底2m以下）。本场地3～5年最高水位埋深16.0～16.6m（标高87.3～88.1 m）。

地面交通及建筑物：郑州大学站～中原东路站区间沿中原东路自西向东布置。中原路为郑州市东西向重要的城市主干路，交通量较大，道路红线宽60m；中间机动车道宽26m，现状道路为双向六车道，两侧有7m宽慢车道和3.5m宽的非机动车道，机动车道与慢车道之间为7m宽的绿化带，慢车道与非机动车道之间为2m宽的隔离带。地面车流量、人流量均较大。

2 断面形式及主要支护参数

隧道断面形式为马蹄形，隧道最大开挖宽度9.2m，开挖高度9.0m，断面方达67.3平方，最小覆土厚度为6.1m。远小于隧道开挖的宽度与高度，其主要支护参数见下表。

区间隧道结构主要支护参数表 表2-1

断面类型

支护参数 衬砌断面

初期支护 超前支护：φ42小导管 φ42 t=3.0mm，L=3.0m，环距0.2m仰角5～7°，间距1.5m

φ25中空锚杆 L=4.0m，间距1.0m，边墙设置

φ8@150×150 满铺

C25网喷混凝土 350mm

格栅钢架 间距0.5m

二衬：C30防水钢筋混凝土P8 450mm

3 地面沉降原因分析

我们常说的沉降，就是因隧道开挖而引起开挖面围岩的挤出，或因坍塌引起围岩松动，开挖后围岩和支护、围岩和衬砌间的空隙因地下水位下降引起固结等，使软弱围岩中支护下沉等原因，导致的地表下沉的现象。

在隧道开挖过程中导致地面沉降的原因主要有一下几个方面。

（1）、开挖方法不当而引起的沉降过大。

（2）、前方土加固效果不理想导致开挖时沉降过大。

（3）、初期支护设计不足或施工不到位导致沉降过大。

（4）、实际围岩与设计围岩不符致开挖时沉降过大。

（5）、雨季施工时地表水排放不畅下渗后导致沉降过大。

（6）、地面超载导致沉降过大。

4 地面沉降控制措施

充分结合沉降理论，分析沉降影响因素，采取合理的施工方法，制定有效的地面沉降控制措施。加强监控量测，并根据量测数据，及时调整方案。

4.1充分利用土拱效应减少地面沉降

在土力学领域，土拱是用来描述应力转移的一种现象，这种应力转移是通过土体抗剪强度的发挥而实现的。太沙基(1936)通过活动门试验证实了土拱效应的存在。土层中的拱作用的产生与拱结构物不一样，拱结构是把材料制成拱形状，在荷载作用下发挥其承受压力的作用;而土拱有其自身的形成过程:在荷载或自重的作用下，土体发生压缩和变形，从而产生不均匀沉降，致使土颗粒间产生互相“楔紧”的作用，于是在一定范围土层中产生“拱效应”。土拱效应是岩土工程中一个很普遍的现象，研究结果己被用于很多地下结构的设计中。本隧道施工时，由于跨度大，覆土浅，通过合理设计分部开挖面的大小，最大限度的形成“拱效应”。

4.2采取合理的开挖方法减少地面沉降

由于隧道施工过程和开挖顺序的不同都会引起各自不同的应力和应变的非线性历程，最终导致不同的力学效应。地铁隧道的施工中，由于需要分部开挖，那么开挖顺序的不同，导致的“群洞效应”作用的大小也不一样，本隧道选用CRD进行开挖，开挖进尺0.5m，每个断面逐层进行人工挖土，减少对土体的扰动，每开挖出一段及时进行初期支护。同时使左上、右上、左下、右下四部分开挖面拉开距离不小于10m，避免出现“群洞效应”，以保证地铁隧道施工安全。

4.3超前地质探测、及时变更支护参数减少地面沉降

地壳是一个极其复杂的研究对象，不但具有复杂的物质成分，不同的化学性质、物理性质和各式各样的结构方式，而且在漫长的时间和广大的空间内，又都受到了一系列物理作用、化学作用甚至生物作用等综合的地质作用影响，不断地发生着错综复杂的物理和化学变化。导致了在隧道施工时，围岩的工程地质特性始终处于变化状态，为了减少地面沉降，需要采取合适的手段对前方未开挖的围岩进行超前探测。

（1）、考虑本隧道覆土浅，围岩为软土地层，主要探测前方是否会出现砂层或高富水淤泥等。

（2）、选择最直观的探测手段，在开挖面前方打设5m深的取样探孔，将土样和设计地质资料进行对比。

4.4加强监控量测及时调整方案减少地面沉降

通过对测量数据的分析、处理掌握隧道和围岩稳定性的变化规律、修改或确认设计及施工参数。以信息化施工、动态管理为目的，通过监控量测了解施工方法和施工手段的科学性和合理性，以便及时调整施工方法，保证地面建筑物及地下管线的安全。

现场量测数据处理，即及时绘制位移―时间曲线散点图，位移（u）―时间(t)关系曲线的时间横坐标下应注明掘进工作面距离量测断面的距离。将现场量测数据绘制成u―t时态曲线散点图和空间关系曲线。

（1）当位移―时间关系趋于平缓时，进行数据处理和回归分析，以推算最终位移和掌握位移变化规律；

（2）当位移―时间关系曲线出现反弯点时，则表明地层和支护的作用力和反作用力已呈临界状态，采取停工加固并进行支护处理的措施。

（3）根据位移―时间曲线的形态来判断地层稳定性的标准岩体变形曲线分三个区段,围岩岩体蠕变曲线见图4-1

图4-1围岩岩体蠕变曲线图

①基本稳定区段：主要标志是变形速率不断下降，即d2u/d2t＜0，为一次蠕变区，表示地层趋于稳定，其支护结构是安全的；

②过渡区段：变形速率较长时间保持不变，即d2u/d2t=0，为二次蠕变区，应发出警告，及时调整施工程序，加强支护系统的刚度和强度；

③破坏区段：变形速率逐渐增加，即d2u/d2t＞0，为三次蠕变区，曲线出现反弯点，表示地层已达到危险状态，必须立即停工加固。

地层稳定性判别标准比较复杂，在评定地层稳定程度时根据工程的具体情况，采用上述三种标准综合分析法，反馈于设计与施工应用。

4.5 其他地面沉降控制措施

（1）建立严格的隧道隆、沉监测控制网，及时定期的进行监测，掌握隧道施工时和建成后对周围环境及对隧道本身的影响。注意对开挖面前方监测点监测数据的分析。如果开挖前方监测点地面变形控制在（-5mm～+5mm），则地面变形可控制在（-30mm～+10mm）否则应调整开挖方法与支护参数来控制地面沉降。

（2）地面变形接近-20mm～+5mm时，尽快找出原因并采取相应措施。

（3）在砂层较厚且局部钙质胶结的地段，采用大直径自进式中空锚杆代替小导管，可以有效的防止因导管成孔时引起的塌孔而带来地面沉降。

（4）遇到高富水淤泥淤泥地层时，采取水平旋喷的措施及时对前方土体进行加固，可以有效的减少地面沉降。

（5）隧道开挖期间严格控制地面通行荷载，设置限速与限重装置，并安排专人看管。

（6）加强二次注浆管理来控制地层的隆、沉。

为了减少和防止地面隆、沉，在发现初期支护变形过大，或地面日沉降速率超标时，要尽快在初衬背面环形孔隙中充填足量的浆液材料。根据地质条件，确定浆液配比，注浆压力、注浆量。

（7）雨季施工时，应充分检查好雨污水管的渗漏情况，同时做好地面排水工作，防止雨水渗漏，影响围岩工程地址特性，而导致沉降超标。

5 结束语

隧道施工过程，由于开挖顺序不一样引起的地表沉降和沉降槽的宽度也不一样，在施工过程中应选择合适的施工方案，通过对本项目大断面软土地层浅埋暗挖施工技术的研究，及时总结施工参数，郑~中暗挖区间隧道地面隆沉的各项指标均处于受控范围内。地面最大沉降值为16mm，最大隆起值为1.4mm，确保了地铁隧道上部建筑物、管线等的安全，同时还要采取积极的施工措施如跟踪注浆等确保隧道上方环境安全。