浅析地铁暗挖施工中的沉降控制措施
开篇：润墨网以专业的文秘视角，为您筛选了一篇浅析地铁暗挖施工中的沉降控制措施范文，如需获取更多写作素材，在线客服老师一对一协助。欢迎您的阅读与分享！
摘 要 本为主要分析了地铁暗挖施工对地表沉降的影响，并简要介绍了控制沉降的常用施工措施，为降低地铁施工中地表沉降值和进行建筑物保护、管线保护等提供参考，对降低地铁施工对周边环境的影响具有一定的意义。
关键词 地铁施工、暗挖、沉降
中图分类号：U231文献标识码： A
1 引言
由于地铁施工场地条件的制约，暗挖法施工在地铁建设中极为常见。根据以往的施工经验来看，暗挖施工对施工范围内及周边的地层产生的沉降是不可避免的。地层的沉降可能会引起地表开裂甚至塌陷，同时地层的沉降也会使地下市政管线随地层而沉降，而不均匀的沉降会导致管线的渗漏甚至破裂；另外土层的不均匀沉降还会导致地上建筑物倾斜、开裂等。由于地铁施工的环境因素及社会因素等，上述情况一旦发生将会对社会、经济产生极大的负面影响，因此地铁施工应严格将其对周围环境的沉降影响控制在一定范围内，确保施工安全。
2 沉降原理分析
地铁施工对地层沉降影响从其机理上分析主要分为开挖对地层扰动及降水施工引起的沉降。
2.1 开挖施工影响分析
地铁开挖过程中在开挖面封闭前，地层因应力释放会引起一定量的收缩变形，从而引起地表下沉；当暗挖施工分台阶进行时上台阶支护与下台阶封闭成环前，拱顶产生的沉降会引起地表一定量下沉；开挖初支与土体之间在网喷混凝土施工后不可避免的存在空隙或孔洞，在初支背后回填注浆之前，土体的自由沉积也会引起地层沉降。
地铁车站等地下结构一般较为复杂，采用暗挖法施工一般采用分层、分步进行开挖施工。分阶段开挖施工对地层重复扰动较大，群洞效应加剧了对地表沉降的影响，尤其不同结构相交地段开挖重复影响大，不但受力情况复杂，而且影响因素多，所以累计沉降最大。
2.2 降水施工影响
为保证地铁施工无水作业，必须进行降水施工。当在饱和粘性土弱透水层上下方的含水层降水时，水压力下降，但土层的总应力基本保持不变。此时，因裂隙水压力的降低，必然引起颗粒间有效应力的增加，从而造成土层沉降。
含水砂层因有良好的透水性，其中有效应力的增加等于水压力的降低，含水层一般可作弹性体看待，有效应力的增加使其压密产生沉降。
当地铁降水施工时，抽吸地下水引起水位或水压下降，使上覆土层有效自重压力增加，所产生的附加荷载使土层固结，是产生地面沉降的主要原因。
当降水井进行降水施工时，地下水向降水井渗透补给时，除了地下水外还伴随着细小的土体颗粒（颗粒大小取决于降水井滤网的细密程度），土体的流失也会引起地层沉降，沉降值以降水井为中心向四周递减。
3 沉降控制措施
3.1 土层加固措施
地铁暗挖结构上方土体一般为受开挖沉降影响最大的区域，因此对暗挖结构拱顶的不良地质段或受力情况复杂的地段进行注浆加固，改良地层结构，可有效地减小施工沉降；另外暗挖结构开挖后，土层应力释放，支护结构侧边内外行成偏侧土压力，也会造成支护结构的侧向收缩变形致使上方地层产生不均匀沉降，致使靠近地铁结构建筑物发生沉降倾斜。通过在地表上对建筑物地下基础和地铁结构之间土体进行注浆加固也可有效地减小上述危害。
地面注浆加固通常采用袖阀注浆、抽条注浆、分段式注浆等方式进行，注浆浆液根据地层情况及施工需要采用水泥浆或水泥、水玻璃双液浆等。
地表注浆前应通过地质报告及地质雷达探测等方法对暗挖上方及周边地层的松散地层区域、渗水区域、水囊、空洞、管线位置等进行了解定位，同时对开挖影响范围内管线的类型、管材、埋深以及周边建筑物结构形式、基础结构等进行调查，对可能影响暗挖结构、地面建筑物、地下管线安全的区域进行有针对性的注浆加固。
3.2 洞内地层加固措施
当暗挖通道出现土体松散、掌子面失水等现象，开挖面难以自稳，往往会产生塌方从而引起地表出现较大沉降。地铁施工中常常采取超前注浆预加固的方法解决此类问题。超前加固可根据需加固的范围及超前钻孔的能力确定一次加固范围，或选择在开挖顶部打设超前管注浆加固，或整个开挖区域打设超前管棚注浆加固。超前注浆加固有超前小导管、管棚、前进式分段注浆等方式，具体采用何种工艺应根据现场施工条件及工程具体情况而定。以下为某地铁暗挖隧道进洞前土体加固示例图：
地铁暗挖隧内道土体预加固示例图
为了降低暗挖通道结构的侧向压力，减小边墙应力收敛变形，除了通过地面上对暗挖结构侧土体进行注浆加固外，还可以采取在开挖后的通道侧壁对土体采用径向注浆方法加固土体。上述加固措施不但能改善土层，减少沉降，同时也可以通过注浆锚杆的拉结作用提高初支结构边墙的承载能力。（如上图中注浆锚管）
径向注浆加固示意图
另外为确保地表建筑物的安全，控制建筑物的不均匀沉降，在开挖后形成地层沉降前在开挖结构内进行径向注浆，对建筑物地基下方土体进行加固。加固改良后的土体，能具备更好的承载能力，从而减小建筑物的沉降量。（如右图）
3.3 开挖施工控制措施
开挖施工中的过程控制是减少施工沉降的关键因素。地铁暗挖施工中应严格遵循“管超前、严注浆、短进尺、强支护、快封闭、勤量测”十八字方针，切实落实施工工艺的各个环节，严格控制各道工序的施工质量。只要施工措施落实的到位，就能将暗挖施工引起的沉降控制在最小值。
减少坍塌对减小沉降有着至关重要的影响，超前支护是防止坍塌的必要措施，施工中除严格按照设计的支护参数进行超前导管的打设外，地质状况较差的地段可以根据具体情况采取增设小导管数量、加长导管长度、全掌子面打设小导管注浆等措施来加固土体，确保开挖安全。小导管注浆根据施工需要及地质情况采取水泥浆或水泥、水玻璃双液浆。
暗挖施工应严格控制每环开挖进尺，随挖随支，尽量缩短每环开挖支护的施工时间，做到尽早封闭；严格控制初支结构钢架加工及连接质量控制，保证网喷混凝土质量，确保初支结构的稳定性。当开挖分台阶进行时，上台阶支护与下台阶封闭成环前，上台阶底脚应垫设木板并打设锁脚锚杆，以减小沉降量；初支结构临时支撑施工要规范及时，拆除时应严格控制分段拆除长度，并加强监控量测。
开挖支护施工时在初支背后埋设普通焊接钢管作为回填注浆管，管长约为0.6m。注浆管沿拱顶布置，每断面不少于3根，纵向间距3m，回填注浆在开挖面后3m处进行，并随开挖面的延伸及时跟上。背后注浆常采用水泥浆，其配比为：水灰比=0.8～1.0，注浆压力控制在0.2～0.6MPa。
4应用实例
4.1 工况简介
沈阳地铁一号线中街站为洞桩法暗挖施工车站，车站位于沈阳繁华步行街中街下，地面上人流密集，街道两侧商铺林立，且均为高层建筑，施工风险大，施工难度高。
车站位于第四纪地层中，地质情况由上而下依次为:杂填土、粉质沾土、中粗砂、砾砂、圆砾、粉质沾土、砾砂、圆砾层，车站顶板位于中粗砂、砾砂土层中，局部地段有少量上层滞水而易失稳。
当中街站导洞开挖完成时，监测数据显示，中街地表及建筑物出现较大沉降，其中地表最大沉降达53.69mm，建筑物最大沉降达17.77mm，部分建筑物的台阶下沉现象明显，安全状况十分堪忧。
4.2 施工措施
施工单位及时对监测数据进行了分析，对地下土层及开挖导洞侧壁后土层等进行地质雷达探测，同时根据对中街地下管线和建筑物结构情况的了解，决定对车站上方及建筑物侧土体进行注浆加固，同时在已开挖的导洞内对建筑物地基下土体进行注浆加固，以控制后期沉降发展，确保市政管线及周边建筑物安全。该方案在经过专家论证后立即实施，并取得了良好的效果。
根据地质探测情况在中街路面上选取多处注浆区域，采用袖阀管注浆工法分段后退式注浆加固地层，改良拱顶上部地层深度范围为地面下3.0m处至拱顶上1.5m (改良地层厚度3.0～5.0m)及车站和建筑物之间地层。加固区域注浆孔梅花型布置，排距1.0m，计划设置注浆孔1700个，注浆量约为4500m³。
同时，在已开挖的导洞内采用径向前进式分段注浆对导洞侧壁外土层及建筑物基础下地层进行加强，以改善导洞侧壁受力情况和加强建筑物地基承载力。径向注浆采用φ70无缝钢管进行，布管间距1m*1m梅花形布置，注浆深度5m～10m，浆液扩散半径0.6m。
地表及洞内注浆均采用水泥浆液，水灰比0.8∶1～1∶1，降水井附近采用水泥、水玻璃双液浆，浆液配比W∶C=0.8∶1,C∶S=1∶1,水玻璃浓度为35Be′。袖阀管注浆每步距注浆量根据公式Q=∏r2αβ计算。式中，r―浆液扩散半径，L―注浆步距，n―地层孔隙率，α―地孔隙填充率，β―浆液消耗系数。
中街站某里程地层加固示意图
中街站在后期扣拱施工时加强了超前支护，采用双层导管注浆超前支护，内层导管长1.8m，每环打设，间距30cm，外排导管长2.5m，没两环打设，间距30cm。注浆浆液采用1:1水泥浆，注浆压力0.5~1MPa。
在开挖初支完成后，为防止喷射混凝土不密实，及时进行初支背后注浆充填，且注浆施工紧跟开挖面，始终保持在作业面3m左右，防止后期沉降发展。
4.3 措施效果
根据后期对注浆效果采取取芯检验，注浆填充密实，土层较之前对比有显著改观，洞内基本无明显渗漏水现象，后期扣拱施工塌方、溜砂、渗水现象较之导洞开挖时大幅减少。
对比注浆加固前后沉降监测数据，加固后地表、建筑物沉降得以控制，并在后期扣拱开挖、初支拆除临时支撑拆除时，沉降发展缓慢，注浆后累计发展值明显小于加固前开挖累计值。
横通道及导洞开挖结束后个别建筑物沉降监测点沉降较大，已逼近允许值。注浆加固结束后，车站经历了二部扣拱、三部扣拱开挖、导洞及临时支撑拆除等工序，土层受力体系几经转换，但累计沉降值一致在最大允许范围内，加固效果良好。
5 总结
地铁暗挖施工所引起的沉降是不可避免的，但为了地表、管线及建筑物的安全，这种沉降必须被控制在一定的范围内。虽然地铁施工环境复杂、施工难度高、施工影响大，但是目前世界地铁施工技术已趋近成熟，并且随着地铁施工的发展也出现了很多新技术、新材料的应用，对地铁暗挖施工沉降控制有着很好好的效果。尽管如此，笔者认为严格按照规范的施工工序施工，把好各个施工环节的质量关，是降低施工风险的关键。制定施工方案时尽量将引起过大沉降的风险降至最小，施工中尽量将沉降控制在最小，沉降超出控制后能及时采取有效地措施防止事态进一步恶化。
参考文献
[1] 《地下工程设计施工手册》
[2] 《岩土工程勘察规范》
[3] 张炳根 软弱地层深基坑地基加固措施对比分析研究[J]，铁道工程学报2006，3：1-4、91