浅埋暗挖隧道施工中沉降变形原因分析及控制措施论文

浅埋暗挖隧道施工中沉降变形原因分析及控制措施摘要：众所周知，地下工程的施工中，不可避免会对岩体土体产生扰动，引起的变形可能会对周围建筑物或地下管线正常使用产生影响，因此施工风险大，尤其是对地面沉降变形的控制相当严格，以免出现严重工程事故。

本文结合北京地铁7号线03标珠市口站的施工方法，详细介绍浅埋暗挖工程中产生沉降原因及控制措施。

关键词：浅埋暗挖施工；地表沉降；沉降分析；沉降控制
中图分类号:tf351文献标识码：a 文章编号：
1 工程概况
1.1 工程概况
珠市口站位于珠市口大街与前门大街的交叉路口处，是北京地铁7号线工程第7座车站（含西客站），为北京地铁7号线与规划北京地铁8号线的换乘车站[1]主体结构采用8导洞的pba工法施工.
车站主体结构标准段覆土约15.7m，二衬结构总宽度22.9m、总高度16.21m，小导洞标准段除柱下两个净跨度4m外，其余6个导洞净跨度3.5m，净高4.5m，主体初支扣拱厚度0.35m，边桩直径
1m，二衬顶拱厚度0.6m～1.12m，边墙厚度0.7m，中板厚度0.4m，底板厚度1.1m，结构跨度7.25-7-7.25m，钢管柱直径0.8m，柱距6m（局部7m）。

车站主体8导洞“pba”工法施工，上、下层各4导洞，分别为a、b、c、d四轴；共8个断面。

1.2 工程水文地质概况
根据《珠市口站岩土工程勘察报告》，本段地形由西向东逐渐下降，自然地面标高在42～43 m之间，本段基岩埋置深度相对较大，一般大于50m。

表层以厚度不均的人工堆积的杂填土、素填土为主，人工堆积层以下为新近沉积地层，再往下为第四纪沉积层，据勘察报告，本站场区内赋存三层地下水，分别为潜水（二）、层间潜水（三）、承压水（四）潜水（二）；含水层岩性粉细砂⑤2层，水位标高26.7m(借用ⅶ-c4#孔水位)。

层间潜水（三）：含水层岩性卵石⑦层，水位标高21.56m(借用c57#孔水位)。

承压水（四）：含水层岩性卵石⑨层，水位标高13.26m(借用c57#孔水位)。

标准段结构顶板位于中粗砂5-1层，底板位于卵石9层，车站中部局部有2m厚粉细砂层，在结构范围内有两层地下水，第一层为潜水（三），水位标高为21.56m，位于顶拱以下5m位置左右，埋深约为21m，位于卵石7层；第二层为承压水（四），水位标高13.26m，埋深25.20～29.00m，水头2~3m，位于卵石9层 [2] 。

2 地表管线沉降监测及分析
2.1 地表管线沉降监测
车站主体施工由于开挖扰动土体次数较多，主体上方管线复杂，沉降受小导洞、扣拱开挖施工多次影响，导致地表管线累计沉降偏大。

因数据太多只选用典型沉降点做分析
表1.珠市口站典型测点数据表
2.2典型测点历时沉降曲线图
(a) 珠市口站2#~3#之间典型测点曲线图
(b) 珠市口站1#~2#之间典型测点曲线图
(c) 珠市口站4号通道向西典型测点曲线图
图1典型测点历时沉降曲线图
2.2.沉降原因分析
2.2.1沉降变化阶段
从图1中可以看出，地表管线沉降的变化过程可分为以下几个阶段：
（1）小变形阶段。

小导洞开挖时，对地表产生约-7mm的影响，沉降值约占总沉降值的5～10%左右。

主要是由于导洞开挖引起上方地层应力发生变化，以及降水导致地下水的流失而引起的微小沉降。

（2）急剧变形阶段。

急剧变形从图表中分为两个阶段，1、上层导洞x2、x3开挖时，地表开始急剧下层，主要原因是开挖导致上方土体松散，加之上方管线较多，在1号导洞开挖前打设小导管及大管棚施工带水钻进时，管内流水带粉细砂较多，上方地层严重流失，地表沉降速率加速增长，沉降值急剧增大，此阶段沉降值约占总沉降值的40～50%左右。

该阶段沉降主要是由于导洞的开挖及
大管棚的施工而造成边界条件发生改变，对覆盖土体产生扰动、脱落，引起地层应力的重分布，产生卸载效应，加之现场导洞施工回填注浆未及时跟进，为施工过程中主要沉降阶段。

（3）缓慢变形阶段。

随着导洞、扣拱开挖掌子面通过2d洞径后，沉降速率开始减小，沉降值缓慢增加，沉降曲线开始收敛，一直延续到5d，此阶段沉降值约占总沉降值的5～10%左右。

（4）基本稳定阶段：导洞及扣拱初期支护封闭后，现场已回填注浆，通过测点5.0倍洞径之后时的变形阶段。

该阶段地表变形量增长缓慢，地层逐渐趋向稳定状态，此阶段变形量约占总变形量的5%。

从上述分析可以看出，历时沉降曲线图规律为开挖掌子面正通过测点时沉降明显下沉，主要分布在小导洞和扣拱初支开挖时，因此施工中应重点控制导洞开挖第二阶段的地层沉降量及扣拱开挖第二阶段沉降量，通常在浅埋地层可采用对前方地层进行超前支护和加固，开挖过程中及时实施强支护、及时封闭成环等措施控制地层的沉降。

2.2.2横向地表管线沉降规律
从图5中可以看出，横向沉降曲线槽变化规律分以下几个阶段（1）根据车站横向沉降曲线槽得知小导洞开挖时引起上方地表沉陷，形成沉陷槽，最大沉降量发生在隧道中线左侧（施工现场北侧）。

（2）在开挖工作面通过横断面之前，测点发生了少量的沉降，
开挖工作面通过横断面时，测点的变形值和变形速率增大明显。

珠市口站2#~3#之间沉降曲线槽
(b) 珠市口站1#~2#之间沉降曲线槽
图2横向沉降曲线槽
（3）隧道掌子面通过横断面后约2倍洞径范围内的区段是地表急剧下沉阶段。

较大的变形速率发生在初期支护施工阶段。

开挖过程中回填注浆不及时，大管棚施工引起地表沉降较大.故在浅埋地层中进行地层超前支护、背后回填注浆和工序安排是非常必要的。

及时实施强支护对控制围岩变形和改善围岩受力状态有利，开挖面通过量测断面2倍洞径后，各测点沉降速率减缓，开挖面通过量测断面5倍洞径后，各测点基本处于稳定状态。

（4）从2#~3#之间横向沉降曲线槽可以看出，小导管开挖时对断面沉降影响较大，累计达到-58mm左右，而扣拱开挖对断面沉降相对较小，累计值-23mm左右，从1#~2#之间横向沉降曲线槽可以看出，小导洞开挖时对沉降影响较大，累计达到-39mm左右，扣拱开挖对断面沉降相对较小，累计-22mm，从2个横向沉降曲线槽可以得知，2#~3#之间断面比1#~2#之间断面累计沉降大-20mm，分析原因主要由于：1、开挖3号小导洞时洞内出现塌方。

2、施工大管棚导致地层严重失稳及脱。

3、开挖过程中多次扰动上方地层，现场回填注浆不及时，导致沉降的直接原因，得知大管棚施工带水钻
进严重影响地层松散，小导洞开挖时需加强控制超前支护、回填注浆及时封闭成型。

（5）2个沉降曲线槽左线半横断面沉降明显比右线半横断面里程沉降大，主要是由于大管棚施工影响，上方管线较大的荷载，开挖超前支护效果较差，回填注浆不及时，扣拱开挖时超前支护打设不规范，导洞开挖塌方在该断面处。

而右线半横断面沉降相对较小，主要是由于上方有热力管线，管线材质混凝土结构，起到承受上方地层荷载作用，有利于沉降变形及隧道变形。

4 结论与讨论
浅埋暗挖工程中，控制沉降措施，施工中必须严格遵循“管超前，严注浆，短开挖，强支护，早封闭，勤量测”的原则.才能有效控制沉降，保证施工的质量安全。

1. 通过超前小导管、大管棚注浆加固地层技术，沿隧道开挖轮廓线外纵向注浆液，达到超前加固围岩、止水及预支护作用的目的。

2. 开挖过程中必须加强监控量测，当发现拱顶、拱脚位移速率值超过设计允许值或出现突变时，应及时施工临时支撑或仰拱，形成封闭环，控制位移和变形。

3．初支背后回填注浆，初支回填注浆采用砂浆泵，回填注浆压力不宜过高，压力过高易引起初期支护变形。

背后回填注浆的目的是充填初期支护背后的空隙和加固因施工而被扰动的土体，从而减少地层和地表沉降，控制初期支护的变形。

4.二衬背后回填注浆，填充初支与二衬混凝土之间的空隙、空
洞等。

参考文献：
[1] 中铁工程设计咨询集团有限公司.北京地铁7号线工程施工设计.北京,2010年10月
[2] 珠市口站岩土工程勘察报告
[3] 王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论.安徽教育出版
社,2004年12月
[4]关宝树.隧道工程施工要点集.北京：人民交通出版社, 2003年1月
[5]地下铁道工程施工及验收规范.(2003年版)。