地铁隧道影响地表沉降的关键要素及其对策.doc

地铁隧道施工中影响地层沉降的核心要素及其对策中铁二十局集团有限公司 吴应明 王学斌摘 　要:本文对都市地铁浅埋暗挖隧道施工,特别是采用新奥法施工时影响地层沉降的核心要素进行了分析和探讨，提出了控制地层变形和地表沉降应采用的对策和措施；为都市地铁在软土地层中开挖隧道时，如何有效控制地表沉降提供了借鉴核心词:地铁；浅埋暗挖；隧道;沉降控制都市地下空间的开发运用，为解决都市交通、停车、贸易、通讯、供水、供电等起到了十分积极的作用；但在地下工程的施工过程中,会带来一系列的问题，如对正常的交通和人们平常生活的影响、噪音、环保、水污染、地表下沉等；如何解决好这些问题,或者将影响减少到最低的限度,是每一种参与地下工程建设的设计及施工的工程技术人员和建设者的共同责任在地下工程的开挖过程中,不管其构造形式、几何形状如何,埋深多少,土体都会被扰动，原有的平衡状态被破坏，将进行应力重分派,地下土体和地表面或多或少的都会产生位移和变形特别是都市地铁隧道的埋深一般均较浅，在采用暗挖法施工时更容易产生地层、地表下沉及变形，严重的将危及地面建筑物、都市道路、地下管线等的安全;因此如何控制浅埋暗挖隧道施工过程中的地层、地表下沉和变形，即成为地铁工程施工中的核心环节之一。

本文着重就都市地铁浅埋暗挖隧道施工中，特别是采用新奥法施工时影响地层沉降的核心要素以及应采用的对策进行分析和探讨1　地层沉降变形特性地铁工程的浅埋暗挖隧道，其施工有盾构法和新奥法两种施工措施,由于技术和经济方面的因素,新奥法的应用更为广泛某些；而新奥法施工的浅埋隧道，特别是处在松散地层的浅埋隧道在施工过程中更容易发生地层沉降，并且其沉降量一般均较大笔者先后参与了青岛地铁实验段、广州地铁、深圳地铁一期工程等项目的施工，通过对部分松散地层浅埋暗挖隧道在施工中的地层沉降监测资料的汇总分析,可知在上述条件下地层沉降变形具有如下特性1.1 地表沉降值不小于拱顶下沉值由拱顶至地表方向，地层的沉降量随处层距隧道拱顶的距离的增大而变大,地表的沉降值最大,而拱顶的下沉量相对较小如深圳地铁一期工程，地铁沿线隧道段的地表沉降量普遍较大，一般均在100mｍ,个别点累积最大沉降量达４00ｍm；而洞内拱顶沉降值相对较小,一般在100mｍ左右;洞内其他周边的收敛值普遍很小，累积不超过10mm从以上的结论同步也阐明，拱顶下沉量的变化对地表的沉降值的变化影响较大1.2 开挖引起地表沉降的范畴最大 　 在隧道开挖的过程中,地表发生沉降的范畴达到最大。

一般在开挖边线以外４０~5０m的范畴内，均有不同限度的沉降和开裂；个别地层，如砂层地段的影响范畴还更大1.3 开挖引起地层变形的时间较早 　 地层变形从隧道开挖至该截面线路前方的某一截面时即开始产生,按可比的下沉值比较,开挖对前方地层变形影响的范畴，其距离一般约在30m左右1.4 沉降趋于稳定的时间较长地层变形及地表沉降趋于稳定的时间较长,在隧道初期支护闭合成环且完毕后，拱顶和地层仍然继续变形，一般要在４0天左右变形及沉降才基本趋于稳定;待隧道二次衬砌施作完毕后，变形和沉降才干完全稳定２　 影响地层沉降变形的要素引起地层沉降变形的因素较多，也很复杂；通过对青岛地铁实验段、广州地铁、深圳地铁一期工程等项目的部分浅埋暗挖隧道在施工中地层沉降的因素分析,笔者觉得对浅埋暗挖隧道在施工中产生地层沉降影响较大的要素有如下几种2.１　地层土体特性力学研究表白,隧道开挖后上覆土层形成自然拱的最小土层厚度与土体自身的力学特性密切有关；隧道开挖后能否形成自然拱不仅对隧道支护构造影响大,对地层和地表的变形沉降影响也很大;能形成自然拱的，对地表沉降量的影响就小某些，反之即大某些同步土体的特性也会随着某些条件的变化而变化，特性变化之后对地表沉降量的影响也随之变化。

如深圳地铁隧道上覆土的成因是海冲击层，空隙比较大，若保持最优含水量时，为极硬土性质,引起的沉降要小某些,而失水后易导致超固结,会引起较大沉降；地层内部在隧道开挖扰动后,引起开挖周边土体松弛变形，浮现潜在坍滑区,特别在砂层地段，坍滑现象会更严重土的特性决定了地表影响范畴的大小，决定隧道拱顶下沉值对地表下沉值影响的大小，这种影响特别在砂层、砾砂层段体现更为突出2.2 地下水地铁隧道处在地下水位线如下的居多,隧道开挖排水后易导致地下水因压力差的存在不断渗出，形成多条渗水通道，使地层持续失水,土层空隙及节理裂隙固结收缩，引起地层、地表超前、超大范畴浮现变形、沉降从对广州地铁、深圳地铁施工监测状况看，地层的持续失水是导致地层变形、地表沉降最主线、最重要的因素之一２.3 地层应力释放由地层的收敛约束特性可知,随处层位移的增大,其上覆地层施加到隧道构造上的荷载将减小最佳支护概念就是在容许地层产生稳定的位移条件下，使支护构造所受的力最小，但新奥法的观点一般是针对具有稳定的围岩隧道而言,而对都市地铁隧道，特别是浅埋暗挖隧道,为保证地表的变形得到控制，原则上不容许地表浮现超越规定值的下沉，只能采用地层预加固和及时支护、迅速封闭成环等技术措施。

对多孔介质土且具潜在坍滑面的地层,随处表下沉，地层应力的释放,坍滑面会渐次产生,随着着的就是地表的大范畴下沉,此循环会累积产生，从而导致随处层应力释放,坍滑区增多或增大，沉降槽宽度及下沉量均较大与此同步,由于垂直应力释放，虽然拱顶下沉变形亦渐增长,但较之地表下沉要小控制地层应力释放度可以减少下沉量及波及的范畴 　 ２.4 隧道互相作用的叠加国内外实践表白，对未衬砌隧道，当两隧道的中心线距为5D(D为隧道宽度）时,可不考虑互相作用，但中心线距不不小于等于３D时,则必须考虑其互相作用很明显，若两平行隧道间距小,两隧道同步开挖对地层的扰动要不小于单一隧道的开挖其成果会导致地层的忽然松弛，浮现大的和持续不断的变形对地表沉降而言，两隧道的互相作用会使地表沉降有叠加作用2．5　施工措施对都市地铁隧道常用的施工措施而言，台阶法是对地表下沉影响最为严重的一种施工措施（其较CRD法引起的地表沉降量增大一倍），但因其操作简朴，造价低，只要措施得当，一般可满足地表沉降的规定因此国内外对区间单线隧道，采用台阶法的较多但台阶法也多种多样，需根据不同的断面形式及地层条件谨慎选用应用台阶法的核心是要保证开挖工作面的稳定性。

一般而言，它取决于两个条件：一种是台阶长度,另一种是台阶形状对软弱地层特别是渗水较大的地层,台阶长度不可过短此外，尚需采用环形开挖留核心土,并施加辅助工法等措施国内外对台阶法的理论研究与工程实践表白,对软弱地层，台阶长度不适宜不不小于5-6m，如若涌水严重,山岭隧道普遍采用的2ｍ－4ｍ超短台阶应杜绝应用一般而言,台阶长度愈长，工作面前方土体对工作面的挤压流动会愈小，工作面愈稳定另一方面，在软弱地层采用台阶法时,应充足领悟“浅埋暗挖”的精神实质即早封闭理念,一般多在上台阶底部增设临时仰拱，使上下台阶及早各自闭合成环2.6 开挖进尺开挖进尺的大小实质上是工作面无支护空间的大小，其值不仅决定着地表下沉及拱顶沉降,并且也影响开挖面的稳定性,两者互相作用并以工作面的稳定性为基本对软土隧道,工作面难以自稳，因而必须支撑研究和施工实践表白,开挖时工作面需支撑的压力并不大,仅10Mpa就足以使工作面短期内自稳，使开挖顺利进行；此外这个稳定开挖工作面的支撑力与上覆土层的厚度以及土体的密度几乎没什么关系,与隧道的直径呈线性关系法国的研究表白，如果工作面无支护距离不不小于0.２D，对稳定工作面开挖的支撑力无特别规定，但若超过此值，则无支护空间规定的稳定工作面开挖的支撑力就要变大，否则工作面就会失稳。

对软弱地层、浅埋暗挖法施工的地铁隧道，开挖进尺的控制十分重要，应分析研究，有目的的控制 2.7 施工速度 　 沉降具有时间效应,时间越长，地表发生沉降的总量也越大；时间越短，地表发生沉降的总量也越小施工速度越快,表白隧道开挖面暴露的时间就会越短，产生沉降的时间也短,因而产生的沉降量也就会越小;工速度越慢，表白隧道开挖面暴露的时间就会越长,产生沉降的时间也长,因而产生的沉降量也就会越大2.8 衬砌　 　复合式衬砌在设计上考虑荷载分派时，由初期支护完全承受围岩的荷载，二次衬砌不承受荷载初期支护的刚度对地层的变形有较大的影响,刚度大，则抵御变形的能力强；但同步初期支护必须保证一定的柔性，容许有一定的变形量初期支护的中期刚度和相应的支护施作时间与地层的变形的关系十分密切，可通过对地层变形的监测数据来及时进行调节二次衬砌虽不承受荷载，但根据实际施工经验及有关监测资料均表白,初期支护后地体现到稳定的时间较长，在二衬完毕后,隧道地层、地表即趋于完全稳定，因此二次衬砌应当及时施作3 控制地表变形沉降的重要对策地表下沉是多因素的综合伙用，但在地层条件一定的状况下，合理的设计与巧妙的施工乃是控制地表下沉的最为核心的手段。

征对上述因素分析，提出如下控制对策 3.1 严格遵循“十八字”原则国内在施工实践中总结了一套浅埋暗挖法的工艺技术规定，“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”这18个字充足体现了浅埋暗挖隧道施工的精髓,是攻克浅埋暗挖隧道施工难题的法宝，我们必须认真领略、严格遵循；并结合不同地质隧道的实际状况灵活的应用运用小导管超前注浆，对围岩进行超前预注浆加固，使围岩、小钢管形成一种整体,超前形成一种能承受一定围岩压力的超前管棚注重注浆的效果,必要时可采用小导管注浆和深孔注浆联合进行；对于注浆量、时间（时机)、顺序、材料及配合比等都要结合实际状况严格控制要控制循环进尺,少扰动地层,保证开挖的范畴尽量小,必要时留核心土初期支护要及时，要保证足够的刚度与强度，并且与围岩变形的速度相适应，掌握好支护施作时间、施作限度的“火候”初期支护尽量尽快的封闭成环，不仅是全断面及早封闭,还在于分部开挖中，没一种分开挖面也要尽快封闭地层变形位移量测的密度尽量大,以便及时掌握变形状况，采用措施控制变形量3.2 改善土体特性通过对隧道开挖周边外土体进行局部改善，一方面可以增进隧道开挖后自然拱的形成，另一方面可以改善土体的特性,促使往好的方面转化。

深层注浆和超前注浆既可以加固土体，也可以改善土体的性质；可以根据土体的性质压注纯水泥浆或双液浆，必要时也可以压注化学浆液;同步也可以采用其他的改善特性的措施3．3 适度排放地下水　 地下水的排放无疑会使上覆地层特别是隧道工作面附近地层的强度增长,刚度变大,但对于砂层、砾砂等特殊地层,过度抽排地下水，会使上覆多孔介质土层超固结,从而引起地表大范畴沉降因此，在能保证工作面稳定正常开挖的条件下，应尽量减少或限制地下水的抽排可根据状况采用止水帷幕或旋喷桩等阻断地下渗水通道,地表或洞内注浆措施封堵部分地下水;采用地表或洞内降排水时,尽量缩短抽排时间,在掌子面开挖过后及时采用开挖周边和掌子面注浆、喷砼等措施稳定工作面，然后及时停止排水;根据具体地层条件,及时调节小导管、格栅支护参数以及注浆参数，保证注浆效果 　 　3.4 根据地层条件选择施工措施为有效控制地表沉降,对台阶法应预留成型的核心土,台阶长度应根据地层条件拟定，地层愈软,台阶长度愈长,但具体长度要根据现场实际状况,分析研究拟定；为使开挖各分部早闭合，上台阶一般应增设临时仰拱，在特殊地段处,上台阶拱脚处应架设钢支撑喷砼作为托梁,实践表白,采用该措施施工，拱顶及地表下沉明显减缓。

3．5 拉开左右线隧道的开挖距离　　 当两隧道的中心线距等于或不不小于3D时,两隧道的开挖会有叠加影响；间距一定的状况下,增大两隧道开挖面的相对距离可以减少其互相作用的叠加；软弱围岩其沉降影响范畴大，建议两开挖工作面的距离控制在30m以上3.６ 合理拟定开挖进尺 　 为控。