地下工程浅埋暗挖法施工地层沉降分析

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[摘 要]地下工程浅埋暗挖法引起地表沉降较大，其引起的土体变形主要由第1和第2阶段引起。浅埋暗挖施工不同工法对地表沉降的影响不同。应通过把住超前支护关、及时施工初期支护等措施进行地层沉降控制。

[关键词]浅埋暗挖　地层沉降　土体变形控制

前言

在城市地下工程施工方法中，浅埋暗挖法占有很大的比重，用浅埋暗挖法施工可以将对地面交通的干扰减少到最低。浅埋暗挖法的工艺流程和技术要求主要是针对埋深较浅、松散不稳定的地层和软弱破碎岩层的施工提出来的。

浅埋暗挖法对地层有较强的适应性和高度灵活性。但缺点主要是施工引起的地表沉降较大甚至危及周边建(构)筑物的安全。对于城市地铁，施工区间隧道一般都会穿越城市中心地带，因建筑物密集、施工场地狭小、地质情况复杂、施工条件受到限制等，而对环境的控制要求更为严格，因此，预测可能发生的地表变形，对工程的顺利实施极为重要。

1　浅埋暗挖法施工引起的土体变形机理

根据浅埋暗挖隧道施工工艺、施工机械以及隧道施工引起的土体扰动机理可以看出，对于暗挖法隧道，施工可大致分为3个阶段：

第1阶段，首先进行土体开挖，然后施作柔性初期支护，例如锚喷支护等。在土体开挖后，支护结构达到强度要求前的时间段内，隧道处于一种临空状态。由于开挖时土体产生应力释放，隧道在支撑力较小的情况下，周围一定范围内的土体会向隧道内部移动而引起地层整体变形，产生土体损失。这一阶段中土体移动可假定为向内均匀收敛。

第2阶段，是初期支护强度达到要求以后至二次衬砌达到要求强度前这一段时间，由于初期支护强度不高，在周围土、水压力作用下，初期支护会由圆形变为椭圆形，在竖向产生收敛变形成椭圆的短轴)，水平向初期支护推挤周围土体形成椭圆长轴)。由于初期支护水平向向外的推挤，一部分土体的位移有向上的分量，因此在地面的沉陷区两侧，会产生隆起区。相对于隧道周边土体来说，隧道衬砌法向可产生较大变形。而切向dQ向)的压缩和拉伸则基本可以忽略。这种变形一般较断面收缩变形要滞后，并且会引起断面面积的减小，即土体损失。但这种土体损失一般要远小于由于断面收缩变形引起的土体损失，所以可忽略不计。

第3阶段，是围岩与初期支护变形基本稳定的条件下修筑二次衬砌，在二次衬砌达到要求强度以后的时间段。在周围土、水压力作用下，二次衬砌也会由圆形变为椭圆形，土体变形基本趋于稳定。但是，一方面由于前期应力释放，此时作用的土、水压力已大幅减小；另一方面，二次衬砌强度较高，因此二次衬砌产生的椭圆化变形较小，可忽略。

因此，暗挖隧道施工阶段引起的土体变形主要由第1和第2阶段引起，即土体损失引起的均匀收敛和隧道椭圆化变形。

2　浅埋暗挖施工不同工法对地表沉降的影响

2.1　软弱围岩下大断面浅埋暗挖地铁隧道不同工法对地表沉降影响显著，不同的施工方法引起的地表沉降量从大到小依次为：co法、CRD法、双侧壁导坑法。在围岩条件较好情况下，CD法施工引起的地表沉降也能控制在30cm范围内。因此，建议地铁隧道设计与施工过程中应根据地面沉降控制标准和地层条件选择合适的施工方法，特别是在围岩条件变化时应合理的变换施工方法来满足地表沉降要求，同时又节约工程造价。

2.2　在围岩条件较差时，先开挖一侧土体对后开挖一侧土体的地表沉降有一定影响，表现在地表最终沉降曲线中心稍偏向后开挖一侧土体，并且在地表距隧道中线相同距离处，后开挖一侧沉降稍大于先开挖一侧；随着围岩条件变好，这种现象减弱。因此，建议围岩较差时先开挖对地表沉降要求严格的一侧土体。

2.3　数值模拟中发现：大管棚注浆对围岩进行预支护能很好地控制围岩变形；软弱围岩下浅埋暗挖地铁隧道施工土体变形较快，尤其是拱底隆起较严重，因此必须及时施作初期支护封闭成环，并且要及时仰拱回填，以防止围岩产生大变形。

3　浅埋暗挖法施工控制地层沉降的主要措施

3.1　把住超前支护关

在开挖之前，一般采用大管棚和超前小导管注浆联合加固地层，根据多个车站暗挖法的施工经验，大管棚主要起控制地层塌陷的作用，而小导管注浆起到加固地层的作用，为了增加大管棚的刚度，一般在大管棚内注水泥砂浆。另外，由于车站开挖断面大，埋深浅，控制地层沉降难度大‘因此要重视超前小导管注浆加固地层的作用，在管棚施工比较困难的地段及地质条件差的地段，采取密排小导管注浆加固地层。

3.2　及时施工初期支护

工作面暴露后，及时施工初期支护，这是控制地层沉降的关键环节之一，一般在工作面暴露后喷射混凝土，然后架设刚格栅，再喷射混凝土至设计厚度。如果地质条件差，拱顶离地表距离近或者地层沉降控制标准高，必要时先架设格栅，再喷射混凝土。最重要的是要及时、快速封闭，以形成合理的受力结构。防止初期整体下沉。

3.3　加强初支拱北回填注浆和二衬背后压浆

在初支背后，设立注浆管，对于暗挖区间隧道，一般每个断面设置3―4根注浆管，纵向间距为6m。注水泥砂浆。

二衬背后压浆，注浆管纵向间距为4m，注水泥砂浆。

结束语

地层移动与地表沉降是施工环境影响的根本原因，地表沉降是地层移动传递到地表的体现，城市浅埋暗挖地下工程多是未固结的土砂、粘性土、粉细砂等。自稳能力差、承载力小、变形快。为减少浅埋暗挖施工对周围环境的不良影响，必须对地表沉降进行分析及控制。