浅埋暗挖大跨度车站施工地表沉降分析
摘 要：以青岛地铁一期工程（3号线）中山公园站暗挖工程为实例，对施工过程中地表沉降实测数据进行统计分析，总结浅埋暗挖工法施工大跨度地铁车站过程中地表沉降产生的原因及沉降规律，以期对类似工程施工具有一定指导意义。
关键词：地铁；浅埋暗挖；地表沉降；分析
0 引言
浅埋暗挖法地铁隧道施工引起的地表沉降问题，是地铁隧道建设中人们尤为关注的问题，也是最难控制且亟待解决的关键性问题之一。地铁隧道开挖扰动和破坏周围土体，使原本稳定的地层产生不同程度的变形，变形达到一定程度时，将会对地面建（构）筑物和周边环境造成破坏，甚至会危及人民财产及生命安全。
浅埋暗挖隧道覆土较浅，工作面距离地表较近，在施工过程中地表会产生不同程度的变形，其变形量和变形速率的大小和范围直接影响到地上建（构）筑物、市政管线和道路的安全使用。各地地质结构和水文条件不同，沉降变化规律各不相同。
青岛地铁地层具有“上软下硬”且富含地下水的特性，本文通过对全线较为典型的浅埋暗挖站（土建02标中山公园站）施工过程中的地表沉降进行深入研究分析，探讨地表沉降变化的基本特性和规律，论证地层变形的机理，进而提出合理可靠的预测方法和控制措施。
1 工程概况
中山公园站起点里程为K3+ 584.178（右线），终点里程为K3+760.878（右线），全长176.7 m，位于天泰体育场西北侧，香港西路正上方，车站范围内有荣成路、韶关路与香港西路交汇，交通流量大。
本暗挖车站经过的岩层主要为强—微风化花岗岩、花岗斑岩，部分地段经过青岛山派生断裂带，断裂带内主要为砂土状碎裂岩、块状碎裂岩，其隧道围岩分级为VI级，其余段的强—微风化隧道围岩分级为III～V级。
本站埋置深度为10～12 m，围岩级别为III～V级，采用单拱直墙暗挖断面，大拱脚拱盖法施工、钻爆法开挖，结构采用全包防水，全长均为减震断面。车站上台阶采用双侧壁导坑法开挖，在车站上台阶开挖完成后，先施工拱脚托梁，其次施工大拱盖衬砌，然后进行下台阶开挖，最后施工下台阶衬砌。
车站所处场地地貌类型为剥蚀斜坡，第11层粉质粘土、第12层含沙粘性土，富水性一般，透水性较差，场地地下水位埋深4.80～13.60 m。
中山公园车站目前在进行上台阶暗挖施工，采用双侧壁导坑法，左导洞先行开挖，右导洞和中导洞错开一定距离平行施工，上台阶及整个车站的总体施工工况见图1、2。
2 监控量测分析
2.1 监测点的布置
中山公园站车站主体地表沉降监测点布设，纵向间距为10 m，编号DC11-01～DC11-31、DC12-01～DC12-21、DC13-01～DC13-21共3组73个点。根据施工进度，已监测的点为DC11-01～DC11-23、DC12-01～DC12-08、DC13-01～DC13-17，见图3。
2.2 沉降变化分析
选取典型沉降监测断面的监测点DC11-06～DC11-11、DC12-03～DC12-06、DC13-02～DC13-06的监测数据作为分析对象，分析施工工况与地表沉降的关系，见图4、5、6、7、8。
监测点DC11-06～DC11-11位于横通道和车站右导洞衔接处，从图4中可以看出，右导洞地表沉降监测点沉降速率变化较快的有3个时间段，分别是2011年5月20日～2011年7月10日、2011年7月10日～2011年8月8日和2011年10月23日～2011年11月12日。这3段分别是横通道、右导洞、中导洞各部工作面通过该断面较集中的时间。
监测点DC13-02～D C13-06位于车站左导洞，从图5中可以看出，左导洞地表沉降监测点沉降速率变化较快的有2个时间段，分别是2011年6月24日～2011年9月15日和2011年10月23日～2011年11月24日。这2段分别是左导洞、中导洞各部工作面通过该断面较集中的时间。
监测点DC12-03～DC12-06位于车站中导洞，从图6中可以看出，中导洞地表沉降监测点沉降速率变化较快的有1个时间段，是2011年10月23日～2011年11月26日。该阶段是中导洞各部工作面通过该断面较集中的时间。
通过对地表沉降监测数据曲线和对应的工况进行分析，沉降和车站各导洞施工存在如下关系。
(1）左导洞和右导洞单独施工时(中导洞未施工的这段时间)，2个导洞之间相距的较远，沉降叠加不明显，施工过程中沉降速率较大是由于开挖导致。
(2）对左导洞和右导洞来说，中导洞施工后加快了沉降发展，从而导致沉降速率变大。
(3）从图7、8纵断面沉降曲线来看，在开挖掌子面距地表沉降点10 m时，测点开始下沉，开挖掌子面移过地表沉降点10 m后沉降速率明显减小，1周后沉降基本稳定。开挖施工影响半径为10 m。
2.3 影响地表沉降因素的分析
(1）管线渗漏因素。中山公园站主体上方有与车站主体结构平行、埋深1.5 m的20世纪50年代埋设的Φ200 mm铸铁给水管线。由于市政管线大多长期渗漏，周围地层的水处于饱和状态，造成地层土体软化。在管线下部开挖过程中，饱和水流失，造成土体固结下沉。
(2）地质因素。中山公园站拱顶埋深10～12 m。目前正在开挖的上台阶导洞以强风化花岗岩为主，围岩自稳能力较差，较易受到扰动，从而产生沉降。
(3）开挖支护结构因素。车站主体为双层暗挖结构，上台阶采用双侧壁导洞法，每个导洞开挖支护施工过程中均发生不同程度的沉降，且土体受扰动的次数较多，产生沉降叠加效应，发生沉降的累计值增大。
(4）地下水因素。根据水文地质条件，车站结构施工范围内主要为潜水，施工过程中，土体失水固结产生沉降。同样在开挖排水后，造成地下水因压力差的存在而不断渗出，使地层失水，土层空隙及节理裂隙固结收缩，引起地层、地表的沉降。根据施工经验，地层持续失水是引起地层变形、地表沉降的重要原因之一。
(5）施工中各开挖导洞的施工步距影响。施工中，各分部掌子面间的开挖步距是影响沉降的重要因素，步距拉开太大造成整体初支不容易及时封闭；步距没有拉开或同步施工，造成开挖跨度大，导洞间的开挖相互影响大，都不利于沉降控制。只有开挖步距保持在导洞开挖宽度的1倍左右长时，才是比较合适的施工步距。
(6）市政道路车辆动载影响。中山公园站主体范围内上方为香港西路，车流量较大，属交通繁忙路段，大型公交车来往频繁，对地下施工产生不均匀动荷载，引起地表沉降。
地下工程施工引起地表沉降的因素是多方面的，施工中各种影响因素的相互叠加和因素之间的相互影响加剧了地表沉降的变化。
3 地表沉降控制措施
(1）进一步完善施工工艺，减少沉降发生。认真做好施工准备和施工组织，细化施工工艺，做好开挖初期支护施工中的“快”和“紧”。“快”就是快速施工，快速封闭，“紧”则是初期支护和土体间顶紧，不留空隙，加强回填注浆，及时填充初期支护和土体间空隙。
(2）在地表对车站结构施工区域进行注浆加固，提高地层密实性。
(3）对管线周围在洞内进行超前注浆加固，在导洞内斜上方打设Φ42 mm注浆钢花管，对管线下方及周围软化土体加固，提高地层抗变形能力。
(4）施工中加强监测，及时进行数据分析，指导施工。
4 结论
(1）右导洞沉降曲线的沉降持续时间明显较左导洞沉降持续时间长，这与实际施工情况相符合。因横通道施工进入中山公园站主体，右导洞与横通道同时开挖，工序之间相互干扰，施工进度较慢，沉降持续时间较长。
(2）右导洞沉降曲线坡度明显较左导洞沉降曲线坡度陡，这主要是因为右导洞与横通道同时施工时掌子面间距不大，造成群洞效应明显，沉降速率较大；当左导洞与右导洞掌子面间拉开距离相对较大，且施工进度较快，对地表的影响较小，沉降速率较小。
(3）由左导洞和右导洞地表沉降点最终沉降量基本相等可知，地表沉降点最终沉降量与施工先后顺序、施工时间、施工进度无直接联系，监测点最终沉降量由地质条件、施工工法、周边环境共同决定。
(4）开挖面通过监测断面10 m后，地表沉降值趋于稳定，这说明影响地表沉降的主要因素为洞室的开挖，影响半径为10 m。支护完成，洞室成为闭合的稳定结构后，对地表沉降的影响将明显减小。因此，在施工过程中，控制重点应为每一循环开挖的进尺和洞室闭合成环的时间。
(5）车站主体在各个导洞开挖过程中，地表沉降均有明显的分界，这与设计理论计算给出的各分步工序开挖地表沉降及累计沉降基本吻合，由此可以推断，在后续的中隔壁拆除施工中，地表将出现另一次明显的沉降。
参考文献
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[2] DB11/490-2007 地铁工程监控量测技术规程[S]. 2007
[3] GB50308-2008 城市轨道交通工程测量规范[S]. 2008.
京公网安备 11010202007575号