地鐵隧道埋暗挖法施工工藝對地層變形的影響

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　淺埋暗挖法的應(yīng)用1987年北京地鐵首次采用暗挖法建成了復(fù)興門車站折返線工程，由于其靈活多變、適用復(fù)雜多變的地層及隧道斷面結(jié)構(gòu)、設(shè)備簡單、不干擾交通及周邊環(huán)境等眾多優(yōu)點(diǎn)，“隧道及地鐵淺埋暗挖工法”在全國廣泛推廣應(yīng)用。目前已成功應(yīng)用于北京、廣州、南京和深圳等已建成或在建地鐵工程，同時(shí)也廣泛適用過街道、污水處理管道及鐵路、公路淺埋隧道工程。實(shí)踐表明，與明挖法、盾構(gòu)法相比，淺埋暗挖法有明顯的優(yōu)點(diǎn)，基于該工法的可適用性，劉施工工藝即預(yù)注漿加固、開挖時(shí)空順序、臺階長度等方面提出了更高的要求。

　　1.本文針對淺埋暗挖工法在深圳特殊地層單洞雙線隧道中的成功運(yùn)用，分析超前勵D固、開挖時(shí)空順序、臺階長度等工藝在保證施工安全、質(zhì)量和控制地層沉降中發(fā)揮的作用，確定同類地層中的工藝參數(shù)，完善淺埋暗挖的理論體系，更好地應(yīng)用工程實(shí)踐。

　　2.暗挖施工引起地層變形的影響因素分析淺埋暗挖法最初應(yīng)用北京地鐵是在第四紀(jì)地層、無水、地表無建筑物的條件下，采用了管超前、嚴(yán)注漿、短開挖、強(qiáng)支護(hù)、早封閉、勤量測、速反饋的施工原則成功應(yīng)用的。在超前小導(dǎo)管注漿加固等輔助措施的配合下，不斷完善得到一系列輔助施工措施，目前運(yùn)用的廣州、深圳地鐵都是非第四紀(jì)地層，且富含地下水，伴有砂層，地表密集民房、埋深最小達(dá)0.8m、暗挖車站跨度達(dá)26m等復(fù)雜條件，因此，對暗挖法的施工工藝和輔助工法提出了更高的要求，以此保證地鐵施工對周邊環(huán)境的環(huán)保和安全要求。

　　選取深圳地鐵I期工程6標(biāo)段為例剖析不同施工工藝對地表沉降的影響程度，確定合理的工藝參數(shù)。

　　2.1  工程概況6標(biāo)為雙線單洞隧道，馬蹄形斷面（6.2mx6.7m），正臺階法開挖，區(qū)間隧道范圍內(nèi)上覆第四系全新統(tǒng)人工堆積層，海積沖積層及第四系中統(tǒng)殘積層，下伏燕山期花崗巖，地下水豐富；隧道埋深較淺，部分位置上覆砂層，開挖面土質(zhì)強(qiáng)度較低，上覆砂層地段條件極差。

　　2.2超前預(yù)加固輔助工法從最初的超前小導(dǎo)管注漿預(yù)加固到現(xiàn)在應(yīng)用廣泛的各種淺埋暗挖輔助工法都以適用不同的地層條件及隧道周邊環(huán)境要求為標(biāo)準(zhǔn)。從6標(biāo)的工程實(shí)踐來看，針對不同的地層條件，特別是在地下水豐富地區(qū)施工地鐵隧道（大部分標(biāo)段不能采取前期降水處理），在不同的地質(zhì)條件下，超前預(yù)加固方法和參數(shù)的選擇相當(dāng)重要。

　　2.3開挖時(shí)空順序地鐵隧道開挖在土中進(jìn)行，開挖擾動使原始地層應(yīng)力重分布，而土的自穩(wěn)能力較差，暗挖法開挖不象盾構(gòu)法施工有足夠的抗力支撐擾動地層，只能以超前預(yù)加固和“短開挖、早支護(hù)”保證地層的穩(wěn)定。因此掌握開挖和支護(hù)的時(shí)空效應(yīng)對穩(wěn)定地層，保證施工安全，控制地層變形都有很大幫助，對于掌子面而言要把握開挖進(jìn)尺、分步開挖順序；對雙線隧道則要確定左右線的間距。

　　2.3.1施工進(jìn)度的基本情況分析施工進(jìn)度的快慢與開挖進(jìn)尺及每一個開挖循環(huán)所用的時(shí)間有關(guān)，因此，考慮在預(yù)加固前提下土體的自穩(wěn)時(shí)間及地層的塑性變形發(fā)展確定工序。

　　隧道通過含水砂層地段時(shí)，施工進(jìn)度慢則掌子面裸露時(shí)間長，而上臺階沒有施作臨時(shí)橫撐或臨時(shí)仰拱，且上臺階拱腳容易積水，土的強(qiáng)度又低，雖然用鋼板或木板支撐，拱部結(jié)構(gòu)仍產(chǎn)生整體下沉，隧道結(jié)構(gòu)不及時(shí)封閉成環(huán)，對沉降的發(fā)展不易控制。因此施工過程中工程技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)及時(shí)做好超前的地質(zhì)預(yù)報(bào)，隨時(shí)改變頂支護(hù)參數(shù)，保證安全、快速施工。六標(biāo)一般情況上、下臺階2～3m／d（下臺階機(jī)械施工，相對進(jìn)尺快，有時(shí)隔天開挖）砂層地段開挖進(jìn)尺小，開挖困難進(jìn)度慢，甚至不時(shí)停工，其沉降大。

　　當(dāng)然在地層條件極差位置，土體易失穩(wěn)，6標(biāo)邊墻曾出現(xiàn)噴混凝土前大面積土體滑落（片幫），相當(dāng)危險(xiǎn)，現(xiàn)場采用三臺階開挖，縮短每步開挖的時(shí)間，保證了施工的順利進(jìn)行。這也是對地層變形的有效控制。

　　2.3.2左右線錯距分析6標(biāo)段為左右并行雙線單桐隧道，左右線間距13.2m，隧道凈空寬度5.1m，隧道上覆土層厚度9.9-14.3m，屬超淺埋暗挖隧道，左右線的開挖對相鄰隧道有很大的影響，超前掘進(jìn)的隧道對另一線隧道的前方地表沉降值有影響，而滯后開挖的隧道則影響超前掘進(jìn)隧道的后方沉降值。超前開挖隧道對地表沉降的影響范圍要大于滯后開挖的隧道，相應(yīng)地其地層沉降收斂穩(wěn)定所需時(shí)間亦較長。

　　從2001年12月29日到2002年3月14日，區(qū)間隧道科學(xué)館方向的左右線間距變化明顯（見表3），2001年12月29日左線開挖滯后右線11.15m，左線施工進(jìn)度加快，2001年1月19日左線超前（幾乎并行，甲程SK4+599.8），到2002年2月8日左線超前右線最大里程為12.2m（里程SK4+584.1），此后左線減緩施工進(jìn)度，左右線間距又變小，到2002年3月4日左右線又齊頭并進(jìn)，施工方及表3  6標(biāo)4個工作面臺階長度及東向作用線錯距

　　時(shí)調(diào)整左線進(jìn)度，2002年3月14日左線開挖滯后右線13.3m.施工后期調(diào)整四個工作面的進(jìn)度后左右線間距絕大部分大于15m，最大值59.15m，最小值12.9m，一般在20m左右變化。從地表沉降縱向曲線可以看出后期地表沉降（圖2中左右兩側(cè)）較前期地表沉降（圖2棚分）小，這與后期調(diào)整施工工藝參數(shù)有直接關(guān)系，后期采用的長短結(jié)合小導(dǎo)管注漿和小管棚預(yù)加固效果及合理的左右

　　根據(jù)6標(biāo)現(xiàn)場調(diào)研及對施工方資料的統(tǒng)計(jì)（見表3）可以發(fā)現(xiàn)，施工單位在施工前期（4月中旬前）對臺階長度的把握不到位，臺階時(shí)小時(shí)大，最大值為14.5m，最小值為2.75m，而且變化比較頻繁，波動幅度較大；施工后期臺階長度最大值為13.5m，最小值為5m，但長度控制得比較均勻，一般都在7-9m（1B～1.5B）。前期地表沉降明顯比后期大。

　　結(jié)合沉降資料分析，臺階長度對沉降有較大的影響。臺階長度過短則不能保證楊b土穩(wěn)定留設(shè)，對掌子面的穩(wěn)定性起不到很好的支撐作用，掌子面向已開挖隧道內(nèi)移動變形，從而掌子面前方地層變位加劇，導(dǎo)致超前影響范圍增大，地表沉降變大，施工安全存在隱患，對地下水豐富或含砂、淤泥地層則易出現(xiàn)涌砂、涌泥等小面積坍塌現(xiàn)象，危險(xiǎn)更大；臺階長度過長也不合理，施工過程中搬運(yùn)鋼格柵、噴混凝土很不方便，而且上下臺階鋼格柵的封閉成環(huán)時(shí)間受臺階長度影響，顯然臺階長度越長鋼格柵封閉成環(huán)時(shí)間越長，更嚴(yán)重的是上臺階鋼格柵拱腳處地層較弱，拱部容易下陷，特別是拱腳積水時(shí)位移更大，因而臺階過長地層沉降加劇。

　　由施工后期開挖進(jìn)度知，封閉成環(huán)時(shí)間控制在6～8d，臺階長度7-9m，當(dāng)施工中遇不良地層（如砂層、軟土層等）或出現(xiàn)其它特殊情況時(shí)，施工速度減慢，拱頂下沉及地表（道路）沉降明顯加大。

　　3．小結(jié)

  在深圳富水含砂特殊地層中采用暗挖法施工，工程的施工安全、工程質(zhì)量及施工進(jìn)度都與現(xiàn)場的施工工藝密不可分，在對隧道所處地層條件準(zhǔn)確認(rèn)識和理解暗挖法的實(shí)質(zhì)基礎(chǔ)上，施工技術(shù)人員合理安排工序，因地制宜調(diào)整施工工藝參數(shù)，確保工程順利竣工。通過上文的分析，得到以下幾點(diǎn)認(rèn)識：（1）超前預(yù)支護(hù)在—般地層、過渡地層和富水含砂地層其支護(hù)形式和支護(hù)參數(shù)不同，小導(dǎo)管粗細(xì)，長度及是否采用小管棚施工都與掌子面及前方土體性質(zhì)及對地層塑性變形的要求有關(guān)，做到經(jīng)濟(jì)和環(huán)境控制的統(tǒng)一。

　?。?）根據(jù)超前預(yù)報(bào)、預(yù)支護(hù)效果及開挖掌子面情況適當(dāng)調(diào)整開挖進(jìn)尺，有效縮短無支護(hù)時(shí)間，既保證開挖進(jìn)度又能有效控制地層變形。

　?。?）正臺階法施工中左右線間距不宜過小，嚴(yán)禁齊頭并進(jìn)，左右線間距宜控制在3D（D為隧道開挖跨度）左右。   

　?。?）正臺階法開挖中由于沒有施作臨日刊中拱，臺階長度以控制在1D～1.5D（D為隧道開挖跨度）為宜。

　?。?）富水砂層的存在對開挖進(jìn)度和開挖步驟有不同要求，進(jìn)度由一般的1m/循環(huán)減為0.75或0.61m／循環(huán)，為防止隧道邊墻片幫，下臺階改為兩步開挖。