地铁隧道施工地表沉降特性及其控制技术

王 春

（中铁十九局集团第二工程有限公司，辽宁辽阳 111000）

1 工程概况

此地铁隧道的施工位置在某市新港中路沿自东向西的方向进行，其中地面段是城市的主干道路，交通相对较为繁忙，平均日车流量在20万辆左右。12条城市地下线管纵横分布在地铁隧道的上方，顺向线路中包含1条直径600 mm供水管、1条直径1200 mm供水管、1条600 mm排水管以及2条60 mm电缆。在这些线管当中，直径1200 mm供水管的使用年限最长，埋设深度最深，与地铁隧道拱顶间的距离5.87 m，探明现状的难度最大。根据预测，如果在地铁隧道挖掘的过程中，某一点的沉降量超过了设计值的允许范围，造成直径1200 mm供水管断裂的可能性非常大，如此一来，不但会让地面交通中断，还会让赤岗城区的供水线管受损，造成城区无法供水，会带来比较严重的社会影响和经济损失。

2 工程地质

工程中地铁隧道需要穿过的含有水砂层的地层，从下至上依次如下。

最底层：冲积-洪积土层。呈浅橙黄色，细砂、中砂以及含约15%的载粒是主要组成物质，层厚在（1～1.5）m，整层砂石分布比较饱和、密实。

次底层：含水砂层。本层在隧道拱顶范围内的分布最为广泛，层厚通常在（2～3）m，其稳定性较其他部分都差，而且在地下水的影响下容易产生流沙。

次上层：淤泥质载土层。呈灰黑色，流塑状，层厚在3 m以内，整体非常潮湿，具有较强的载性，密实程度较好，属于相对不透水层。

最顶层：人工填土层。层厚在4 m以内，整体较为潮湿、松散。

3 沉降特性

（1）缩水沉降。在地铁隧道开挖之后，因为存在一定的静水压力，各土层和土体会以自身给水的程度为基础释放出一定量的水分，但这些水量都会在隧道里被消耗；当隧道内部的初期支护完成封闭之后，因为受到喷射混凝土和钢架法兰盘的影响，渗水仍然会在初期支护的表面和法兰盘的位置等多地出现，严重时水流还会呈现股状[1]。当施工区域进入到流砂地段之后，出水量会比之前有明显的加大，而且会出现细微的砂粒，洞内每天的抽水量也会增加至20 m3，因为自身重力的原因，上方的土体会产生自然的下沉，下沉的土体会填充到原来空隙水所占据的空间内，并让土层固结压缩，从而引起地表的下沉。

（2）超前沉降。当地铁隧道的施工进入到正洞施工的阶段后，通过监测点能明显的看出其他地方的沉降值都要比挖掘面上方的测点位置处的沉降值大很多，同时，开挖面前方位于砂漏斗上方的ZDK4 km+993.5 m，ZDK4 km+987.5 m两处观测点却有着最大的沉降值。在地铁隧道施工进入流砂段后，这两点的沉降速率分别达到了1.9 mm/d和2 mm/d，整个施工过程中累计的沉降值均已超过工程设计规定的30 mm。出现这种现象的原因主要有2个：淤因为土壤开挖之后地下水的流失；于在地铁隧道开始挖掘之后，挖掘处的围岩因为没有约束而失衡，从而在掌子面的方向上沿着砂层出现一定的位移。

4 控制沉降的措施

4.1 布设监测点

基准点选择横通道的中线，然后沿着线路中线的位置在线路东西两侧各布置3个监测点，间隔距离最少为5 m。在行车道的位置使用冲击钻打好眼，然后将直径16 mm钢筋插入其中，再使用砂浆进行保护，但需要在最后完工时确保钢筋露出地面约（3～5）mm；在人行道位置的沥青混凝土路面中打入长度为（50～80）cm的直径16 mm钢筋，也使用砂浆进行保护。使用红色油漆笔在测点的位置进行标记，最后再统一进行编号。洞内每挖掘5 m就需要立即进行监测点的埋设，利用B20水准仪配测微器、QJ-85坑道收敛计和已经埋设好的监测点对隧道拱顶的水平收敛和下沉指数进行观测，监测频率为每天2次。当地铁隧道施工的区段进入流砂段以后，需要将监测的频率提升到每天3次，而且要及时对监测得到的各项数据进行分析、汇总、上报，如果有必要，还要按照相关的反馈信息和实际情况对施工方案、施工方法等进行及时的调整，在最大程度上适应现场施工的需求。

4.2 超前预支护

（1）在进行图1中1，2，7号导坑的挖掘之前，需要将1排直径50 mm、长45 m、开花孔的无缝钢管以10°～15°角打入设计的轮廓线中，钢管纵向的间距需要保持在3 m，环向间距则需要保持在40 cm，且要保证前后两循环搭接的长度为1.5 m。同时，为了使掌子面达到最大程度上的稳定，需要在垂直于掌子面的位置按照80 cm的间距将一排同样的小导管打入其中。小导管的布置图如图2所示，在进行作业时，要借助YT7655凿岩机将小导管直接顶入预定的位置。使用BW150型号的注浆泵进行注浆作业，以下是注浆作业期间的各项参数：使用的水泥为42.5的普通硅酸水泥；水泥浆的浓度要控制在1颐08～1颐1.75；CS浆的配合比要控制在1颐1～1颐0.5；水玻璃的浓度为35 Be；注浆压力为（0.5～1）MPa；浆液初凝时间为1 min；每孔注浆量保持在（0.3～0.5）m3；整个注浆的过程都需要遵照各项参数进行，直到完成预期计划的注浆量[2]。

图1 双侧壁导坑优化后挖掘顺序

图2 注浆管的布置（单位：cm）

（2）在注浆施工开始之前，需要在开挖面喷射厚度为20 cm的混凝土以形成用于防止浆液流出的墙壁，然后再在小导管尾部位置50 cm的范围之内用CS麻丝胶泥对管口位置的间隙进行堵塞，避免管口位置出现漏浆问题。当开始进行注浆作业之后，就需要使用注浆泵在加压的情况下保证浆液以50 cm的扩散半径通过小导管，并在挖掘面前方周围地层的孔隙中渗透。采用间歇性和隔孔注浆相结合的方式进行，以此来增强注浆的整体效果。

（3）为了在最大程度上减少在下导坑施工过程中对上导坑的初期支护产生不必要的影响，需要将2根直径42 mm，长25 m的锁脚锚管增打在上导坑钢架根部两侧的位置，目的是增加初期支护自稳的时间，并促进其自稳能力的有效提升，同时尽量缩减因为开挖下导造成的上导初期支护悬空出现的沉降。

4.3 缩减开挖断面

一般情况下，地铁隧道在施工过程中，基本上所有的开挖面都是处于相对无支撑的状态，因此，掌子面围岩的自稳性在一定程度上和开挖面以及地层的条件有着非常密切的联系，结合相关的施工经验可以发现，自稳时间和无支撑开挖面成反比。同时，在对砂层段进行施工时，一般会使用优化之后的双侧壁导坑法来进行施工，这样做的目的是对因挖掘方法不当而产生的地表沉降进行预防和减少。按照既定的步骤和顺序开展施工，既能在一定程度上促进不稳定的砂层开挖面缩减，还能对暴露的整体时间起到封闭和减少的作用，从而在最大程度上增加其稳定性[3]。

5 结论

（1）在进行城市地铁的施工时，经常会受到地面构筑物、建筑物和地下线管等多重因素的影响和制约，所以需要对沉降进行严格的控制。在工程开始之前，需要对工程周围的地质构造、环境、构筑物和建筑物基础埋深等勘察清楚，还需要调查清楚本区域地线线管的材料、规格、埋设深度、使用年限、用途、与施工点之间的距离等。

（2）在施工开展期间，需要严格遵照新奥法的原则来进行施工，即“弱爆破、短开挖、强支护、勤测量、快封闭、速反馈”。

（3）如果在地铁隧道施工的过程中出现较大的下沉，则可以根据现场施工的实际情况进行注浆加固抬高。

（4）因为地铁隧道通常都建设在地下，难免会碰到多且布置复杂的地下线管，所以在整个施工的过程中，要根据可能发生的紧急状况事先做好相关的防范措施，尽量避免人员和器械的损伤。