城市地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降分析與控制

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1、城市地鐵淺埋暗挖隧道地層沉降分析與控制摘　要　結(jié)合深圳地鐵一期工程第六標(biāo)段科華區(qū)間暗挖隧道工程實(shí)例,分析了軟弱富水地層的沉降特性和引起地層沉降的原因,根據(jù)沉降原因提出了嚴(yán)格執(zhí)行“十八字方針”、適度排放地下水、講究開挖施工方法等控制對(duì)策,為軟土地層進(jìn)行城市地鐵暗挖隧道有效控制沉降提供借鑒。關(guān)鍵詞　地鐵　淺埋隧道　暗挖隧道　沉降控制1引言隨著城市建設(shè)的迅猛發(fā)展,地面空間壓力越來越大,為解決城市交通、停車、貿(mào)易、通訊、供水、供電等工程項(xiàng)目占地的重大難題,城市隧道及地下空間將被大力開發(fā)與利用。任何地下工程的開挖施工,無

2、論其埋深大小,均將擾動(dòng)地下土體,地表面必將發(fā)生或大或小的沉降。而城市地鐵隧道其埋深均較淺,如不根據(jù)地表環(huán)境保護(hù)要求,分析引起沉降的主要因素,并采取適當(dāng)措施加以控制,則將危及地面建筑物的安全,危及城市道路、管線的安全?，F(xiàn)根據(jù)深圳地鐵一期工程施工情況,分析城市淺埋暗挖隧道沉降的主要特性、引起沉降的主要因素,提出采取的控制措施,供類似地質(zhì)暗挖隧道參考。2地層沉降的特性深圳地鐵一期工程全長(zhǎng)19.47雙正線km,共設(shè)車站17座,除4個(gè)區(qū)間采取盾構(gòu)施工外,其余區(qū)間均為暗挖施工,根據(jù)監(jiān)測(cè)資料匯總分析,區(qū)間隧道開挖對(duì)地層沉降的

3、影響具有以下特性。(1)地表沉降值大于隧道拱頂下沉值在深圳地鐵一期工程施工中,沿線地表沉降值普遍較大,特別是洞頂有砂層的地段,沉降值一般為100～200mm,個(gè)別點(diǎn)達(dá)250mm以上;而洞內(nèi)拱頂沉降值相對(duì)較小,最大100mm左右,洞內(nèi)周邊收斂值不超過10mm。(2)開挖對(duì)地表影響范圍大隧道開挖引起地表沉降范圍大。從監(jiān)控量測(cè)資料看,開挖引起地表沉降縱向、橫向范圍較大,一般超過開挖兩側(cè)邊緣約30～40m的地面出現(xiàn)沉降裂縫,在砂層地段甚至更遠(yuǎn)。(3)支護(hù)成環(huán)后土體達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間較長(zhǎng)從深圳地鐵施工情況看,隧道初期支護(hù)

4、閉合成環(huán)后,其拱頂及地表仍有一定下沉,一般持續(xù)40d左右沉降基本結(jié)束。待結(jié)構(gòu)二次襯砌施作完成后,才完全穩(wěn)定。(4)隧道開挖超前影響范圍小于其滯后影響范圍按可比下沉值比較,開挖超前影響范圍一般約在30m左右;而對(duì)后方影響范圍較大,唯有二次襯砌完成后,隧道結(jié)構(gòu)才趨于穩(wěn)定。3地層沉降的原因分析(1)地層土體特性的影響隧道力學(xué)理論認(rèn)為,淺埋暗挖隧道上覆地層已無自承載能力,荷載應(yīng)全部由隧道結(jié)構(gòu)來承擔(dān)。但實(shí)踐表明,不僅土層,即使是干砂,地層仍能形成自然載拱。深圳地鐵隧道上覆土是海沖擊層,空隙比較大,若保持最優(yōu)含水量時(shí),為極

5、硬土性質(zhì),失水后易造成超固結(jié),引起較大沉降;隧道開挖擾動(dòng)后,引起開挖周邊土體松弛變形,出現(xiàn)潛在坍滑區(qū),尤其在砂層地段,坍滑現(xiàn)象會(huì)更嚴(yán)重。土的特性決定了地表影響范圍大,地表下沉值大于隧道拱頂下沉值,特別在砂層、礫砂層段表現(xiàn)更為突出。(2)地下水的影響地鐵隧道一般處在地下水位以下,開挖排水后地下水不斷滲出,形成多道滲水通道,使地層持續(xù)失水,土層空隙及節(jié)理裂隙固結(jié)收縮,引起地表超前、超大范圍沉降。從深圳地鐵施工監(jiān)測(cè)情況看,地層持續(xù)失水是引起地表沉降最根本、最主要的原因。(3)地層應(yīng)力釋放由地層的收斂約束特性可知,隨地

6、層位移的增大,上覆地層施加到隧道結(jié)構(gòu)上的荷載將減小。最佳支護(hù)概念就是在允許地層產(chǎn)生穩(wěn)定的位移條件下,使支護(hù)結(jié)構(gòu)所受的力最小。城市地鐵隧道,尤其是淺埋暗挖隧道,為保證地表的變形得到控制,原則上不允許地表出現(xiàn)超越規(guī)定值的下沉而換取最佳支護(hù),地層預(yù)加固與及時(shí)支護(hù)且封閉成環(huán)是超淺埋暗挖隧道的關(guān)鍵。多孔介質(zhì)土且具潛在坍滑面的地層,隨地表下沉、地層應(yīng)力的釋放,坍滑面會(huì)漸次產(chǎn)生,伴隨著地表大范圍下沉,沉降槽寬度及下沉量均較大?？梢?控制地層應(yīng)力釋放度是解決下沉及波及范圍的關(guān)鍵。(4)隧道作用的疊加影響實(shí)踐表明,已襯砌的隧道,

7、當(dāng)兩隧道的中心線距>2.5D(D為隧道寬度)時(shí),兩隧道之間的相互作用減弱,但若中心線距≤2D時(shí),則其相互作用明顯。對(duì)未襯砌隧道,當(dāng)兩隧道中心線距為5D時(shí),可不考慮相互作用,但中心線距≤3D時(shí),則必須考慮其相互作用影響。很明顯,若兩平行隧道間距小,兩隧道同時(shí)開挖對(duì)地層的擾動(dòng)要大于單一隧道的開挖,會(huì)造成地層的突然松弛,出現(xiàn)大的和持續(xù)不斷的沉降。兩隧道的相互作用會(huì)使地表沉降有疊加效應(yīng),因此在左右線間距一定的情況下,增大兩隧道的相對(duì)開挖距離是減少其疊加作用影響的關(guān)鍵。(5)施工方法城市地鐵隧道開挖常用的工法中,臺(tái)

8、階法是引起地表下沉最為嚴(yán)重的一種施工方法,但因其操作簡(jiǎn)單,成本低,只要措施得當(dāng),一般可滿足地表沉降要求。國(guó)內(nèi)外區(qū)間單線隧道施工多采用臺(tái)階法。但臺(tái)階法也多種多樣,需根據(jù)不同的斷面形式及地層條件謹(jǐn)慎選取。應(yīng)用臺(tái)階法的關(guān)鍵是要保證開挖工作面的穩(wěn)定。軟弱地層尤其是滲水較大的地層,臺(tái)階長(zhǎng)度不可過短。此外,尚需采取環(huán)形開挖留核心土,并施加輔助工法等措施。臺(tái)階法的理論與實(shí)踐表明,軟弱地層臺(tái)階長(zhǎng)度不宜