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城市地铁浅埋暗挖隧道地层沉降分析与控制论文城市地铁浅埋暗挖隧道地层沉降分析与控制论文摘要结合深圳地铁一期工程第六标段科华区间暗挖隧道工程实例,分析了软弱富水地层的沉降特性和引起地层沉降的原因,根据沉降原因提出了严格执行“十八字方针”、适度排放地下水、讲究开挖施工方法等控制对策,为软土地层进行城市地铁暗挖隧道有效控制沉降提供借鉴。关键词地铁浅埋隧道暗挖隧道沉降控制1引言随着城市建设的迅猛发展,地面空间压力越来越大,为解决城市交通、停车、贸易、通讯、供水、供电等工程项目占地的重大难题,城市隧道及地下空间将被大力开发与利用。任何地下工程的开挖施工,无论其埋深大小,均将扰动地下土体,地表面必将发生或大或小的沉降。而城市地铁隧道其埋深均较浅,如不根据地表环境保护要求,分析引起沉降的主要因素,并采取适当措施加以控制,则将危及地面建筑物的安全,危及城市道路、管线的安全。现根据深圳地铁一期工程施工情况,分析城市浅埋暗挖隧道沉降的主要特性、引起沉降的主要因素,提出采取的控制措施,供类似地质暗挖隧道参考。2地层沉降的特性深圳地铁一期工程全长19.47双正线km,共设车站17座,除4个区间采取盾构施工外,其余区间均为暗挖施工,根据监测资料汇总分析,区间隧道开挖对地层沉降的影响具有以下特性。(1)地表沉降值大于隧道拱顶下沉值在深圳地铁一期工程施工中,沿线地表沉降值普遍较大,特别是洞顶有砂层的地段,沉降值一般为100～200mm,个别点达250mm以上;而洞内拱顶沉降值相对较小,最大100mm左右,洞内周边收敛值不超过10mm。(2)开挖对地表影响范围大隧道开挖引起地表沉降范围大。从监控量测资料看,开挖引起地表沉降纵向、横向范围较大,一般超过开挖两侧边缘约30～40m的地面出现沉降裂缝,在砂层地段甚至更远。(3)支护成环后土体达到稳定所需的时间较长从深圳地铁施工情况看,隧道初期支护闭合成环后,其拱顶及地表仍有一定下沉,一般持续40d左右沉降基本结束。待结构二次衬砌施作完成后,才完全稳定。(4)隧道开挖超前影响范围小于其滞后影响范围按可比下沉值比较,开挖超前影响范围一般约在30m左右;而对后方影响范围较大,唯有二次衬砌完成后,隧道结构才趋于稳定。3地层沉降的原因分析(1)地层土体特性的影响隧道力学理论认为,浅埋暗挖隧道上覆地层已无自承载能力,荷载应全部由隧道结构来承担。但实践表明,不仅土层,即使是干砂,地层仍能形成自然载拱。深圳地铁隧道上覆土是海冲击层,空隙比较大,若保持最优含水量时,为极硬土性质,失水后易造成超固结,引起较大沉降;隧道开挖扰动后,引起开挖周边土体松弛变形,出现潜在坍滑区,尤其在砂层地段,坍滑现象会更严重。土的特性决定了地表影响范围大,地表下沉值大于隧道拱顶下沉值,特别在砂层、砾砂层段表现更为突出。(2)地下水的影响地铁隧道一般处在地下水位以下,开挖排水后地下水不断渗出,形成多道渗水通道,使地层持续失水,土层空隙及节理裂隙固结收缩,引起地表超前、超大范围沉降。从深圳地铁施工监测情况看,地层持续失水是引起地表沉降最根本、最主要的原因。(3)地层应力释放由地层的收敛约束特性可知,随地层位移的增大,上覆地层施加到隧道结构上的荷载将减小。最佳支护概念就是在允许地层产生稳定的位移条件下,使支护结构所受的力最小。城市地铁隧道,尤其是浅埋暗挖隧道,为保证地表的变形得到控制,原则上不允许地表出现超越规定值的下沉而换取最佳支护,地层预加固与及时支护且封闭成环是超浅埋暗挖隧道的关键。多孔介质土且具潜在坍滑面的地层,随地表下沉、地层应力的释放,坍滑面会渐次产生,伴随着地表大范围下沉,沉降槽宽度及下沉量均较大。可见,控制地层应力释放度是解决下沉及波及范围的`关键。(4)隧道作用的叠加影响实践表明,已衬砌的隧道,当两隧道的中心线距>2.5D(D为隧道宽度)时,两隧道之间的相互作用减弱,但若中心线距≤2D时,则其相互作用明显。对未衬砌隧道,当两隧道中心线距为5D时,可不考虑相互作用,但中心线距≤3D时,则必须考虑其相互作用影响。很明显,若两平行隧道间距小,两隧道同时开挖对地层的扰动要大于单一隧道的开挖,会造成地层的突然松弛,出现大的和持续不断的沉降。两隧道的相互作用会使地表沉降有叠加效应,因此在左右线间距一定的情况下,增大两隧道的相对开挖距离是减少其叠加作用影响的关键。(5)施工方法城市地铁隧道开挖常用的工法中,台阶法是引起地表下沉最为严重的一种施工方法,但因其操作简单,成本低,只要措施得当,一般可满足地表沉降要求。国内外区间单线隧道施工多采用台阶法。但台阶法也多种多样,需根据不同的断面形式及地层条件谨慎选取。应用台阶法的关键是要保证开挖工作面的稳定。软弱地层尤其是渗水较大的地层,台阶长度不可过短。此外,尚需采取环形开挖留核心土,并施加辅助工法等措施。台阶法的