曹磊
中铁七局集团西安铁路工程公司 陕西西安 710000
关键词：城市地铁隧道；浅埋暗挖技术；地表沉降地控制
随着我们国家科学技术的不断发展，城市有关于地铁的建设项目也变得越来越多，作为地铁隧道在施工过程中所要应用的主要方法，浅埋暗挖技术由于其自身具有埋置深度小等优势，被广泛应用于城市的地铁建设中。然而，在地铁隧道的浅埋暗挖过程中，由于地层的物质被大面积地挖出，导致地表与地层深处间的原有应力场出现一定程度的变化，为了确保地铁建设的正常进行，地铁隧道的浅埋暗挖过程中的地表沉降问题是设计以及施工人员需要考虑的重点。
一、浅埋暗挖施工导致地表沉降原理
利用浅埋暗挖技术实施地铁隧道的建设，由于其埋深的程度比较浅，导致了因为地层的损失而产生的地表沉降现象发生率增大。我们知道，地表沉降范围的大小同地铁隧道的埋深程度以及挖掘的地层条件等因素有着密切的关系，所以说，当地铁的隧道设计埋深的程度较浅时，由于浅埋段所使用的拱顶土层比较薄，使得地铁隧道的围岩土体在开挖过程中的自稳性以及成拱效应都比较差，隧道开挖以后，会因为地层受到损失引起地表的沉降。由于采用浅埋暗挖技术导致的地表沉降发生的现象，在地铁隧道施工中最容易遇见，因此需要受到技术人员的高度重视，制定合理的控制方法避免由于该现象而引起施工事故。
二、浅埋暗挖施工过程中对于地表沉降的控制方法
在对地铁隧道进行浅埋暗挖施工时，需要遵循科学的政策方针，从而实现零事故风险，为了达到这一目的，施工管理人员需要从施工技术以及施工管理两方面进行综合控制，有效减少地表地沉降。
1、施工技术的控制。在软弱的地质环境中利用浅埋暗挖技术实施地铁隧道建设，为了控制住地表的变形，技术人员通常对围岩土层进行自稳性以及成拱能力的加固，具体措施有：在环形的挖掘过程中留一些核心的土壤、在较超前的小导管注浆过程中进行支护设置、在地表的注浆过程中适当加固地层以及设置一些具有临时作用的仰拱等。对于这些控制措施的实际使用来说，需要工程的施工管理人员根据工程的实际情况、工程建设环境以及工程实施效果等情况进行合理地选择。
2、施工管理的控制。对地铁隧道实施严格的施工管理，是确保工程安全、顺利运行的关键。在地铁的施工管理方面，需要我们做到的有：严格控制施工的进尺范围，使得隧道上台阶与下台阶之间的步距不超过1 倍的洞径之外，并且提高初衬封闭成环的速度，减少掌子面在外的暴露时间，及时地实施初衬背后注浆施工；对于地铁的双洞隧道来说，左线与右线的掌子面需要错开超过2 倍的洞径，从而减少了2条隧道在施工过程中有可能发生的干扰以及同时坍塌的危险；对于地铁隧道的施工要进行全程无间断监测，尤其是在超浅埋实施地段，为了实现信息化的施工效果，要增加对其的监测频率。
三、案例分析某地铁线浅埋暗挖技术
某地铁线标段浅埋暗挖法区间标准段穿越，从既有道路下方穿过，道路交通流量较大。本区间处于第四纪覆盖层，隧道穿越粉质粘土，车站场区地层中赋存上层滞水、潜水和承压水，地表沉降的统计分析如下：
图表示的是开挖上台阶掌子面距离监测主断面0.5 m 开始，直至掌子面通过监测主断面7.5m为止，隧道收敛、拱顶下沉及拱顶对应地表点沉降的对比情况。从监测结果看，这期间的拱顶下沉、隧道收敛值都不大。拱顶最大沉降值为2.2 mm，隧道收敛最大值为7.1 mm，从上台阶掌子面通过监测断面约为0.75D 时开始，隧道收敛和拱顶下沉两者的变形速率已经趋于平缓，基本进入了稳定阶段。这与进行初期支护，以及上半台阶的周边小导管注浆的作用有关。隧道周围土体向隧道内的变形很小，可以在较短的时间内趋于稳定，对减小地表会有所帮助。
隧道收敛、拱顶及地表D1-4 沉降变化曲线图
从图中可以看出，在掌子面通过监测断面前，对应地表沉降小于拱顶沉降，在掌子面通过监测断面后，地表沉降加剧，不但超过了拱顶下沉值，而且在拱顶下沉趋于稳定后，仍然以较大速率继续发展。一般情况下，地表沉降往往小于拱顶沉降，但根据一些资料显示，对浅埋软弱地层，尤其是富水含砂地层中城市地铁隧道施工过程中地表沉降较大。如果在隧道上方有富水砂层存在，会由于砂层松散、不稳定而导致地表下沉；如果区间内富含地下水，由于孔隙水流失也会导致土体固结下沉，出现这种情况。由地质资料显示，隧道上方存在一条约2m 高的砂层，隧道上方的上层滞水非常丰富，洞内渗水非常严重。但在隧道开挖至监测主断面时，已经基本通过砂层，由此可以分析出这种情况出现的主要原因是由于隧道上方丰富的潜水造成的。通过后期监测可以了解到，由于地下水流失造成的地表沉降，在隧道已经超过监测主断面3D 时仍然继续。因此在后期施工中，重点调查管线漏水情况，加强降水工作，采取措施控制地下水的流失，以减小地表的沉降。
上台阶掌子面距离监测主断面0.5 m，直至掌子面通过监测主断面7.5 m 为期6 d 所监测得到的主断面内地表沉降数据分析，反映了隧道开挖引起的地表沉降规律。在掌子面上台阶面通过主监测面初期，拱顶的地表沉降以较大的速率增加，随着初衬的支护和小导管注浆孔顶地表沉降减小且趋于平缓。D1-3 与D1-5 分别位于隧道中心线洞顶两侧，其地表沉降趋势近似一致，随着掌子面的向前推进，其地表沉降略有增加，并趋近平缓。D1-2 与D1-6 也分别位于D1-4 的两侧，但接近隧道侧墙，从监测得到的数值可以发现这两条曲线在上台阶开挖初期，走向一致，沉降值略有增加。
在上台阶通过前施工的近一个月中，地表沉降为0.08 mm，基本上接近于零，说明标准段施工对地表的超前影响非常小，由此得出在现有地质条件下，地表沉降主要受施工开挖影响，可以通过加强开挖时地层沉降控制达到控制地表沉降的目的。上台阶开挖后1.0D 范围内的地表累计沉降约为8mm，而在1.0-2D范围内，地表累计沉降约为6 mm，在2-3D范围内，地表累计沉降约为4 mm。因此地表累计沉降主要是在2D 范围内产生，隧道掌子面在超过监测断面1.0D 范围内，其地表变形速率增长呈正加速度变化，这期间，地表变形急速增加；而在达到1.0-3D的范围内，地表变形速率开始放慢呈负加速度增长，超出3D 后，加速度趋向于零，地表沉降进入缓慢变形阶段。
四、结论
1、通过对掌子面穿越主监测面前后的监测数据可以得出在掌子面距离监测断面前后0.5D拱顶下沉、隧道收敛值都较小，此后拱顶下沉、隧道收敛以及地表下沉以较大速率增长，但过监测面0.75D 后变形速率趋于平缓，进入了稳定阶段，这归结于初期支护，以及上半台阶的周边小导管注浆的作用。为今后施工初期支护以及导管注浆的时间提供了技术支持。
2、在现有地质条件下，地表沉降主要受施工开挖的影响，地表累计沉降主要发生在掌子面2D 范围内。地表变形速率较大，施工中要予以重视，超出3D 后，地表变形速率趋于平缓。
参考文献：
[1] 张文杰.城市地铁浅埋暗挖隧道地表沉降影响分析[D].河北石家庄:石家庄铁道大学,2015.
[2] 张成平,张顶立,王梦恕. 浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制[J]. 岩石力学与工程学报. 2007(S2).
[3] 闫茂旺.浅埋暗挖地铁隧道开挖砂土地层稳定性研究[D].山东济南:山东大学,2015.
论文作者:曹磊
论文发表刊物:《防护工程》2018年第8期
论文发表时间:2018/8/28
标签：地表论文; 隧道论文; 拱顶论文; 地铁论文; 断面论文; 地层论文; 速率论文; 《防护工程》2018年第8期论文;