摘要：本文以在建的淺埋暗挖法施工的北京地鐵五號線某標段的雙線隧道為例，通過現(xiàn)場各實驗斷面實測數(shù)據(jù)的分析研究，得到在第四紀覆蓋層，主要為粉質粘土的地質條件下隧道開挖過程中地表沉降、速率和拱頂沉降變化趨勢。并指出在掌子面0.5D～0.75D范圍內，地表沉降速率增長較大，施工中應在該范圍內及時進行初期襯砌的支護。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，地表累計沉降主要發(fā)生在掌子面2D范圍內，在此區(qū)域內地表變形速率較大，超出3D后，地表變形速率趨于平緩；沿隧道縱向地表沉降最大值超前發(fā)生于主斷面。其影響最大的范圍是在4D～4.5D的范圍內。在施工中適時用小導管注漿法加固土體效果顯著。分析結果對北京地鐵后期建設和同類地層地鐵施工環(huán)境控制具有重要借鑒和參考價值。

關鍵詞：淺埋暗挖；地表沉降；拱頂沉降

      目前國內許多大城市都在發(fā)展以地鐵為主要干線的快速軌道運輸系統(tǒng)，地鐵對解決城市交通堵塞，改變城市布局，實現(xiàn)城市環(huán)境和交通綜合治理，起到很大的作用。地鐵所到之處樓宇興旺、土地增值，推動了周邊地區(qū)的經濟發(fā)展，因此地鐵有著越來越廣闊的發(fā)展空間。隨著地鐵在城區(qū)松散土介質圍巖條件下的大量修建，淺埋暗挖法[1]隨之發(fā)展起來。該法借鑒了新奧法的某些理論，用于隧道埋深接近于隧道直徑的各種尺寸與斷面形式的隧道洞室修筑，施工起來不影響城市交通，無污染、無噪聲。在地鐵隧道施工中，淺埋暗挖法具有越來越廣闊的發(fā)展前景。

      地鐵建設中，人們越來越關心地鐵隧道施工對城市環(huán)境的影響，已有一些關于地鐵施工引起既有臨近城市地下管線、房屋基礎及道路交通等不能正常使用的報道，因此，準確預測及現(xiàn)場量測反饋施工引起的地層變形及其影響范圍對指導安全施工和設計十分重要[2]。

      國內外對隧道開挖引起地層變形的研究有以Peck公式為代表的經驗公式、工程類比法和數(shù)值分析法，目前國內同濟大學對軟土地層中的盾構施工引起的地層變形有一些研究[3]，隨著淺埋暗挖施工方法的興起，其施工中地層變形和周邊建（構）筑物的沉降也日益引起重視。地鐵隧道施工中對現(xiàn)場環(huán)境的監(jiān)測可以適當?shù)卣{整施工工藝和設計參數(shù)，有效地指導地下工程施工，并且可以反分析隧道結構受力情況和地層變形規(guī)律。

      本文通過北京地鐵淺埋暗挖法施工所引起的地表沉降進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和分析，試圖建立起評價地層變形對隧道結構穩(wěn)定性影響的方法，為淺埋暗挖施工的環(huán)境控制提供相應的技術支持。

      北京地鐵五號線某標段淺埋暗挖法區(qū)間標準段穿越地壇南門廣場，從既有道路下方穿過，道路交通流量較大。隧道埋深9~15 m，地質勘察報告表明，本區(qū)間處于第四紀覆蓋層，隧道穿越粉質粘土，車站場區(qū)地層中賦存上層滯水、潛水和承壓水。淺埋暗挖法區(qū)間標準段隧道單洞為馬蹄形斷面，復合式襯砌，覆土深度15 m，采用臺階法施工，上臺階施工時環(huán)形開挖留核心土，如圖1。

      結構仰拱主要埋置于粉質粘土層，局部穿越粉土層，底板埋置較穩(wěn)定，與承壓水含水層頂板的距離均大于2 m，局部飽和粉土影響較大。結構頂拱主要埋置于粉質粘土層，結構較為穩(wěn)定。側墻以粘性土和粉土為主，穩(wěn)定性較好，但受地下水的影響，可能會發(fā)生流砂、坍塌等。

2監(jiān)測點的布置與監(jiān)測

      沿隧道前進方向設斷面D-1為監(jiān)測主斷面。監(jiān)測斷面上測點間距為5 m，隧道周圍地表沉降監(jiān)測點采用螺紋鋼（Φ=22 mm），用鉆孔法使鋼筋埋入原土層以下。馬路路面上的沉降監(jiān)測點穿透路面，將鋼筋埋設在路面凍土層以下的原狀土層中。測點布設如圖2。由于淺埋隧道與地表距離較近，施工時大都采用臺階法開挖，縱向斷面開始監(jiān)測點的超前距離為隧道距地表的深度H與上臺階高度h1之和[4]。

      整個縱向測定區(qū)間的長度為(H+h)+(2~5)D+L(L為上臺階開挖超前下臺階的距離）。隨著開挖進程進行了各點的地表沉降、土體分層沉降、土體水平位移以及隧洞內拱頂下沉、隧道收斂、洞周收斂的檢測，并注意洞底隆起值的變化。

3地表沉降的統(tǒng)計分析與研究

      圖3表示的是開挖上臺階掌子面距離監(jiān)測主斷面0.5 m開始，直至掌子面通過監(jiān)測主斷面7.5m（約為1.25D）為止，隧道收斂、拱頂下沉及拱頂對應地表點沉降的對比情況。

      從監(jiān)測結果看，這期間的拱頂下沉、隧道收斂值都不大。拱頂最大沉降值為2.2 mm，隧道收斂最大值為7.1 mm，從上臺階掌子面通過監(jiān)測斷面約為0.75D時開始，隧道收斂和拱頂下沉兩者的變形速率已經趨于平緩，基本進入了穩(wěn)定階段。這與進行初期支護，以及上半臺階的周邊小導管注漿的作用有關。隧道周圍土體向隧道內的變形很小，可以在較短的時間內趨于穩(wěn)定，對減小地表會有所幫助。但是從圖3中可以看出，在掌子面通過監(jiān)測斷面前，對應地表沉降小于拱頂沉降，在掌子面通過監(jiān)測斷面后，地表沉降加劇，不但超過了拱頂下沉值，而且在拱頂下沉趨于穩(wěn)定后，仍然以較大速率繼續(xù)發(fā)展。

      一般情況下，地表沉降往往小于拱頂沉降，但根據(jù)一些資料顯示，對淺埋軟弱地層，尤其是富水含砂地層中城市地鐵隧道施工過程中地表沉降較大。如果在隧道上方有富水砂層存在，會由于砂層松散、不穩(wěn)定而導致地表下沉[5]；如果區(qū)間內富含地下水，由于孔隙水流失也會導致土體固結下沉，出現(xiàn)這種情況。由地質資料顯示，隧道上方存在一條約2 m高的砂層，隧道上方的上層滯水非常豐富，洞內滲水非常嚴重。但在隧道開挖至監(jiān)測主斷面時，已經基本通過砂層，由此可以分析出這種情況出現(xiàn)的主要原因是由于隧道上方豐富的潛水造成的。通過后期監(jiān)測可以了解到，由于地下水流失造成的地表沉降，在隧道已經超過監(jiān)測主斷面3D時仍然繼續(xù)。因此在后期施工中，重點調查管線漏水情況，加強降水工作，采取措施控制地下水的流失，以減小地表的沉降。圖4是上臺階掌子面距離監(jiān)測主斷面0.5 m，直至掌子面通過監(jiān)測主斷面7.5 m為期6 d所監(jiān)測得到的主斷面內地表沉降數(shù)據(jù)分析，反映了隧道開挖引起的地表水平沉降規(guī)律。在掌子面上臺階面通過主監(jiān)測面初期，孔頂?shù)牡乇沓两狄暂^大的速率增加，隨著初襯的支護和小導管注漿孔頂?shù)乇沓两禍p小且趨于平緩。D1-2與D1-6分別位于隧道中心線洞頂兩側，其地表沉降趨勢近似一致，隨著掌子面的向前推進，其地表沉降略有增加，并趨近平緩。D1-3與D1-5也分別位于D1-4的兩側，但接近隧道側墻，從監(jiān)測得到的數(shù)值可以發(fā)現(xiàn)這兩條曲線在上臺階開挖初期，走向一致，沉降值略有增加，當掌子面通過檢測主斷面0.5D時D1-5處得沉降值以很大的速率發(fā)展，且沒有收斂跡象。

      根據(jù)線形走勢，可以預測當掌子面通過主監(jiān)測斷面1D后，隧洞側墻兩側的地表沉降將大于洞頂?shù)牡乇沓两�，隨著掌子面遠離該斷面，其沉降值將趨于平緩。

      圖5是為期6 d的施工中沿隧道中心線方向地表沉降的規(guī)律。掌子面通過監(jiān)測主斷面前后0.5D范圍內，主斷面沉降速率均大于前方斷面，并且前方地表沉降最大值超前發(fā)生于主斷面的地表沉降最大值。隨著掌子面的向前推進，主斷面地表沉降速率減小，沿隧道縱向地表沉降速率很快增加，但其沉降值均小于斷面內的地表沉降值。從圖中所統(tǒng)計的數(shù)據(jù)可以推斷沿隧道縱向下一個斷面地表沉降速率變化更小，更趨于平緩，由此可以推斷出隧洞開挖對于縱向地表沉降的影響最大的范圍是在4~4.5D的范圍內。

      由圖6和圖7可以看出在上臺階通過前施工的近一個月中，地表沉降為0.08 mm，基本上接近于零，說明標準段施工對地表的超前影響非常小，由此得出在現(xiàn)有地質條件下，地表沉降主要受施工開挖影響，可以通過加強開挖時地層沉降控制達到控制地表沉降的目的。上臺階開挖后1.0D范圍內的地表累計沉降約為8 mm，而在1.0~2D范圍內，地表累計沉降約為6 mm，在2~3D范圍內，地表累計沉降約為4 mm。因此地表累計沉降主要是在2D范圍內產生。

      由圖7可知，隧道掌子面在超過監(jiān)測斷面1.0D范圍內，其地表變形速率增長呈正加速度變化，這期間，地表變形急速增加；而在達到1.0~3D的范圍內，地表變形速率開始放慢呈負加速度增長，超出3D后，加速度趨向于零，地表沉降進入緩慢變形階段。

4結論

      （1）通過對掌子面穿越主監(jiān)測面前后的監(jiān)測數(shù)據(jù)可以得出在掌子面距離監(jiān)測斷面前后0.5D拱頂下沉、隧道收斂值都較小，此后拱頂下沉、隧道收斂以及地表下沉以較大速率增長，但過監(jiān)測面0.75D后變形速率趨于平緩，進入了穩(wěn)定階段，這歸結于初期支護，以及上半臺階的周邊小導管注漿的作用。為今后施工初期支護以及導管注漿的時間提供了技術支持。

      （2）對淺埋軟弱地層，尤其是富水含砂地層中或有上層滯水存在的土層中，砂層松散和孔隙水流失都會造成地表沉降加劇，拱頂下沉增加，在施工中應引起足夠的重視，及時支護并控制地下水的流失以減小地表的沉降。在這種條件下，管線漏水情況也要高度重視。

      （3）在掌子面通過監(jiān)測主斷面前后0.5D范圍內，沿隧道開挖方向地表沉降最大值超前發(fā)生于主斷面，但數(shù)值小于主斷面。隧洞開挖對于縱向地表沉降的影響最大的范圍在4~4.5D范圍內。

      （4）在現(xiàn)有地質條件下，地表沉降主要受施工開挖的影響，地表累計沉降主要發(fā)生在掌子面2D范圍內。地表變形速率較大，施工中要予以重視，超出3D后，地表變形速率趨于平緩。

 

參考文獻

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[2]鐘有信,羅草原.淺埋暗挖地鐵施工地層沉降監(jiān)測與控制[J].西部探礦工程,2003,(4):91-93.

[3]張頂立,黃俊.地鐵隧道施工拱頂下沉值的分析與預測[J].巖石力學與工程學報,2005,24(10):

1703-1707.

[4]方克軍.北京地鐵暗挖車站施工地表沉降統(tǒng)計及分析[J].山西建筑,2005,31(13):91-92.

[5]翁漢民.地下工程量測與試驗[M].成都:西南交通大學出版社,1989.