上海三维工程建设咨询有限公司长沙分公司 湖南长沙 410000
摘要：随着我国各大城市的发展，地铁开始大量投入建设，在地铁隧道施工中，矿山法无疑是一项良好的施工方法，因为地铁建设都是在人口密集的城市地下施工，而地下障碍物和周围环境限制，采用矿山法施工能很好的解决这一问题。但在实际施工中由于地下土质的因素，会出现不同程度的地面沉降。本文探讨地铁隧道矿山法施工与地面沉降控制方法，为更好的控制地面沉降做借鉴指导。
关键词：地铁隧道；矿山法；施工；地面沉降；控制方法
引言：
城市地铁隧道一般浅埋，大多处于砂层、粘土、粉砂层等渗水环境，而且周围地下管线及建筑物较多，因此对地铁隧道开挖引起的地表沉降要严格控制，防止因隧道开挖引起管线破裂、建筑物开裂等事故发生。
1.地铁隧道矿山法施工的概述
目前地铁流行的矿山法基本上遵循“新奥法”原理。“新奥法”通过利用围岩变形生成的自然拱调动地层自身承载。其初期支护按柔性结构设计允许围岩变形并主动调动围岩变形，因此“新奥法”原理运用反而将变形引向地面，导致地面沉降，影响邻近建筑设施安全。厦门地铁某区间竖井横通道目前地表监测点多个累计值超过100mm，最大值达110mm；根据实践经验，笔者认为在地铁工程中“新奥法”这种调动地层自身承载的原理不宜再延续使用。
1.1沉降机理
沉降可从两方面分析：客观：地质及水文地质条件；主观：人为施工活动。地面沉降是在不良地质及水文地质条件下，采用不适当方法进行施工活动的结果。其中客观条件占主导地位。在比较好的地质及水文地质条件下，即使施工方法不妥，还不至于酿成大祸。反之在不良地质及水文地质条件下，施工方法稍有疏忽，就可能造成灾难性事件。
1.2防沉降对策
注浆堵塞泥砂进入隧道的通路，阻止开挖面以外周边泥砂随地下水流动而进入隧道；锚固掌子面，增强掌子面前方土体抗剪能力；尽快封闭临时支护体系，缩短开挖自由面暴露时间，减小围岩变形机会；增强钢拱架刚度，并在安装时使其主动受力，减小围岩变形量。
2.地铁隧道矿山法施工技术
2.1小导管注浆技术
一般矿山法施工，地下水极易把泥砂带入隧道。原地层让出泥砂原占有空间，形成的地下空洞势必导致地面沉降。当前流行的“浅埋暗挖法”多用小导管超前注浆（通过注浆堵塞泥砂进入隧道的通路）。这对隧道顶部减小水量有一定作用；但是对细粒径泥砂来说，掌子面和墙部仍处在开放状态，不足以制止地下水和泥砂流入隧道。
2.2锚固掌子面技术
传统矿山法是使用钢拱架或钢筋网支护开挖面周边，正面则依靠留核心或台阶来稳定掌子面。如无须掌子面注浆时，建议用锚固掌子面的方法，主动防止掌子面沿土体剪切面滑动。
2.3浅埋暗挖法技术
尽快封闭临时支护体系，缩短开挖自由面暴露时间，减少了地下水和泥砂流入隧道的机会。缩短开挖自由面暴露时间即减少了临时支护和围岩沉降的机会。“浅埋暗挖法”从上台阶到仰拱封闭，共4道～5道工序，开挖面暴露长度如约15m，暴露面积就近130m2。这样长距离、大面积将开挖面自由暴露，无疑给地下水、砂、泥进入隧道提供便利。视掌子面稳定性采用不同的方法开挖，如地质及水文地质条件复杂地段建议采用半断面法；一般地段建议采用全断面法。这样，开挖自由面暴露时间缩短，每循环进尺限制在24h之内完成，暴露面积减少到40m2以内，减少了泥砂流入隧道的机会，以控制地面沉降。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
3.地表沉降分析
地表沉降在砂层地段比非砂层地段要大；开挖面未通过测点时，测点位置已发生初始地表沉降，该点到开挖面的提前距离，在砂层地段比其他地段要长；地表某点发生最大沉降时，开挖面已通过该点，该点到开挖面的滞后距离，在砂层地段比其他地段要长；地表某点发生初始沉降至发生最大沉降的持续时间，即隧道开挖对地表沉降的影响，在砂层地段约需6一7个月，非砂层地段则约需3一4个月。
4.地面沉降控制方法
4.1隧道内注浆
4.1.1超前注浆
开挖时要边探、边挖，尤其在含水砂层地段，在拱顶150范围内打4.5m的小导管超前探明前方水土情况，若遭遇成股水流，立即利用该小导管注浆止水加固，然后继续开挖，以防地层水土流失、土层固结压缩造成地面塌陷、管线下沉。
4.1.2初期支护背后回填注浆
在拱顶沿纵向每隔2m布置回填注浆孔，初期支护完成3天后立即回填注浆，防止空顶造成地面塌陷。
4.1.3初期支护背后跟踪注浆抬管
往沉降报警的混凝土水管下方补打6m长的钢管、注CS双液浆填充土体空隙，防止管线悬空并抬高水管。采用一次性压浆，水泥浆与35Be水玻璃体积比为1：0.8，注浆压力0.5一1.0MPa，每次注浆平均抬高水管6mm，最大一次注浆将水管抬高17mm。
4.1.4二次衬砌背后回填注浆
在拱顶沿纵向每隔2m布置回填注浆孔，在完成二次衬砌30天后及时回填注浆，填充二次衬砌与初期支护之间的空隙，加强复合式衬砌的整体性，防止地面塌陷。
4.2控制开挖轮廓线和开挖面的暴露时间
在地表沉降或水管沉降报警地段，严格开挖一棍封闭成环一棍格栅，有时甚至超短进尺开抢，及时在掌子面初喷50mm厚的混凝土。在非沉降报警地段，则可开挖二棍封闭成环二棍；双侧壁导坑的侧导坑设计为上、下各2个小导洞开挖。考虑到是浅埋隧道，在施工时为了降低对土体的扰动，将每个侧导坑细分成上、中、下各3个更小的断面，及时施工仰拱和临时型钢支撑，安设拱脚锚杆，加强对拱脚注浆和排水处理。
4.3及时封闭成环
合理布置开挖顺序，确保临时支撑传力路径顺畅，开挖面不出现偏载，并及时封闭成环，以减少对土体的扰动。
4.4合理调整沉降的监测控制值
隧道穿越砂层地段时非常难以保证限值，在保证安全的同时，为节约施工成本，合理调整地表沉降的报警控制值是必要的。调整地表沉降报警控制值的前提：①必须定时检查马路有无开裂、空洞等情况。②必须采取前面所述的各项控制地表沉降、管线沉降的施工措施，而且不可将报警值一次放大到位。地铁隧道施工可根据地面交通繁忙、布置在管线上的监测点不宜施作、管线与隧道呈平行走向关系等特点，可以地表沉降（间接点）代表管线沉降进行预测。由于地面的安全影响涉及面较广，因此各类地下管线及构筑物的报警值不可调，应严格按设计及有关规定执行。
5.结合地铁隧道矿山法施工与地面沉降控制的建议
地铁隧道采用矿山法施工时，为控制地表和管线沉降，在地下隧道内采取措施应技术可靠、确保工程安全、成本经济。但同时必须采取多项措施综合治理，如超短进尺、小断面开挖、超前注浆、控制爆破，有条件时提前施工二次衬砌等，综合使用方可达到控制效果。如果在隧道通过的地层有砂层存在，则砂层地段与非砂层地段相比，前者的地表沉降值比后者要大，而且前者地表沉降的持续时间比后者要长。对跨度/埋深<2的浅埋地铁隧道，建议：①砂层地段，距离开挖面20m时就应提前进行初始地表沉降的数据采集，而且监测持续时间应不少于6个月。②非砂层地段，距离开挖面10m时就应提前进行初始地表沉降的数据采集，而且监测持续时间应不少于3个月。
结束语：地面沉降引起的各式各样事故常常影响邻近房屋、地面交通、市政管线等设施，一直是矿山法面对的难题。本文对矿山法施工技术的探讨；对矿山法施工中如何加强地面沉降控制的分析；结合地铁隧道矿山法施工，提出地面沉降控制的建议。以此来提高地铁隧道矿山法施工质量，强化地面沉降控制措施。
参考文献：
[1]《地下铁道、轻轨交通工程测量规范》GB50308一2010
[2]《建筑基坑支护技术规定》GJB02一98
[3]赵锡宏等.高层建筑深基坑围护工程实践与分析.上海：同济大学出版社，2012
[4]赵细平.新奥法在高速公路隧道施工中的应用[ J] .山西建筑，2008，34（23）：325 -326
论文作者:冯彦
论文发表刊物:《基层建设》2016年8期
论文发表时间:2016/7/12
标签：隧道论文; 地表论文; 地段论文; 地面论文; 矿山论文; 地铁论文; 注浆论文; 《基层建设》2016年8期论文;