李广洲
身份证号：41082319871116****
摘要：
地铁隧道浅埋暗挖施工伴有较强的扰动性，易导致地层表面受损，地表与地层深处的应力明显偏离正常状态，地面沉降概率较大，轻则阻碍施工进程，重则引发工程事故。鉴于此，文章以城市地铁隧道区间浅埋暗挖施工为背景，先分析地表沉降的原因，再探讨相适应的控制施工技术，以供参考。
关键词：地铁隧道;区间浅埋暗挖;地表沉降;
前言：
在城市地铁隧道浅埋暗挖施工中容易发生地表变形过大的情况,施工中除了应遵守一般的技术规范外,还应该根据围岩的实际情况,在施工过程中采取一些针对性强的辅助施工技术,以满足施工安全和工程质量要求。本文针对城市地铁浅埋暗挖施工常见地表变形过大的原因进行分析,研究控制地表变形的方法,分析施工处理技术及效果,为控制浅埋暗挖施工地表变形提供借鉴。
1.浅埋隧道施工引起地表沉降原因
1.1土层结构与力学性质原因
浅埋隧道施工作业时往往会对第四纪沉积表土层造成影响，而天然第四纪沉积表土层一般由矿物颗粒构成骨架体、孔隙水和气体填充骨架体而组成三相体系。土层受到外界荷载的压力作用，会形成孔隙水压力以及土体的有效应力。其中，孔隙水压力包括静水压力和超孔隙水压力两种。在外部荷载的作用下空隙流体不断流动，气体体积逐渐减小导致颗粒重新排列，而颗粒间的距离也随之变化，进而骨架体液出现一定程度的错动，最终造成了第四纪表土层的变形。孔隙水压力具有变动性，此现象的出现与土质的渗透能力具有紧密关联。黏土的渗透性逐步下降时，固结所需时间随之延长。外力作用于土体后将导致土粒和孔隙内的流体发生变形，在此条件下组织浅埋暗挖隧道施工时将使压力传递至上部土层，于该处形成应力变形现象，最终引发地表沉降。
1.2岩层性质与地质构造原因
岩层所发生的沉降与岩层的特点、地质构造等有着密切的关系，岩层在地质结构不断演变的过程中会出现褶皱、裂隙、断层等特点。其中，褶皱是岩石在受力后所产生的连续弯曲变形；断裂面在没有位移的情况下称为裂隙；断层是两盘岩石沿断裂面出现了较明显的位移，同时伴有几米到几十米不等的岩石破碎带。
为防止浅埋隧道施工时地面发生沉降，使用较多的施工技术有：环形开挖留核心土、超前小导管注浆支护、地表注浆加固地层、设置临时仰拱、水平旋喷超前支护、高压旋喷加固地层等，在实际施工时可以根据地质特点、施工成本控制等因素合理选择。
2.地铁隧道浅埋暗挖施工地表沉降及控制
2.1浅埋暗挖施工地表沉降及影响
采用浅埋暗挖施工的城市地铁隧道通常埋深较浅,开挖过程中由于地层损失而引起地表沉降大,并且地表沉降量大小与隧道埋深、地层条件等有密切关系,由于隧道埋深很浅,一般浅埋段拱顶黏土层较薄,且与杂填土、淤泥等结合为软弱结构面,隧道开挖后围岩土体自稳性及成拱效应较差,开挖后由于地层损失引起的地表沉降明显,易发生冒顶事故,严重时可能造成地面塌陷,对周边建(构)筑物及地下管线产生严重威胁。
2.2浅埋暗挖施工地表沉降控制措施
浅埋暗挖隧道施工一般应遵循18字方针,即“管超前,严注浆,短进尺,强支护,早封闭,勤量测”。在浅埋暗挖隧道施工中为把地表沉降带来的风险控制在合理的范围内,应该从施工技术措施和管理措施等方面进行综合控制来有效降低风险。
2.2.1采取合理的施工技术措施
在浅埋软弱地质条件下进行地铁隧道施工,开挖扰动使原始地层应力重分布,控制地层变形主要把握2个主要方面:加强围岩的自稳能力和及时施作衬砌支护。其中,对不良地层的改良措施是加强围岩自稳能力的重要措施,在很大程度上决定了地层变形的大小。
对浅埋隧道施工地面沉降采用的施工技术措施一般有:环形开挖留核心土、超前小导管注浆支护、地表注浆加固地层、设置临时仰拱、水平旋喷超前支护、高压旋喷加固地层等方法,应根据工程具体情况、实施效果和成本等情况合理选用。
浅埋暗挖地铁隧道施工,由于隧道开挖后围岩土体自稳性及成拱效应较差,而围岩自稳时间与围岩本身强度和施工前期的超前预加固措施有关,一般先采用超前小导管对掌子面前方围岩进行注浆预加固,减少开挖后掌子面上方围岩过大变形而引起的地面沉降,再在隧道开挖过程中采用环形开挖留核心土法,对控制地面沉降有不错的效果。对于地质条件特别差,采取超前小导管注浆和环形开挖留核心土法仍无法控制地面沉降的地段,一般考虑对局部地段采用地表注浆加固。
实践表明,在软弱地质浅埋段采用超前小导管注浆,配合环形开挖留核心土法,洞外对地质条件特别差或埋深特别浅的地段进行连续注浆,使隧道上部软弱杂填土层都被注浆处理后,对于控制地表沉降具有较好的效果。特别是对于软弱地层拱顶杂填土较厚的浅埋隧道,由于埋深浅,地表注浆易于施工,使杂填土的空隙得到充实,提高了土体的抗渗性及黏结性,加强了围岩土体成拱效应,对控制沉降效果最为明显。
2.2.2采取严格的管理措施
1)严格控制施工进尺,上、下台阶步距控制在1倍洞径内,尽早使初衬封闭成环,减少掌子面暴露时间,并及时进行初衬背后注浆。
2)双洞隧道,左、右线掌子面应错开2倍洞径以上,减少2条隧道施工的互相干扰和同时发生坍塌的风险。
3)施工中加强监测,在超浅埋地段掌子面前后1~2倍洞径范围适当加密测点并增加监测频率,做到信息化施工。
4)在距离隧道开挖掌子面前方2~3倍的洞径范围,避免前方地面上各种集中荷载垂直作用在隧道掌子面及拱顶。
3.沉降分析
3.1地表注浆仿真分析
在浅埋软弱地质的路段进行施工时，开挖作业会影地层的应力分布，为防止地层变形主要采取两种措施：一是提升围岩的自稳性，二是采取衬砌进行支护。改良地层条件较差的地段时主要采取地表注浆的方式提升围岩自稳性，从而控制地层的变形程度。
为提高注浆加固方案的可行性，应在设计阶段做好注浆仿真分析工作，具体包含如下几点：（1）连续注浆仿真，施工顺序为沿着隧道轴线方向依次推进，以隧道边线为基准，实际注浆宽度应在两侧的基础上各增加2m，注浆厚度取4m。（2）分段注浆仿真，依然沿轴线方向展开，以5m为间隔依次注浆，单次长度以15m较合适，宽度和厚度控制标准同上。（3）加大注浆厚度仿真，绝大部分工艺与连续注浆具有一致性，但注浆厚度提升到6m，该值等同于隧道的覆土厚度。
根据仿真分析得知，采用大面积连续注浆和加大厚度注浆技术时地表所发生的沉降要明显小于分段注浆技术下的沉降量，尤其是加大厚度注浆技术能够使上部较为松软的土层有效固结，控制地表沉降的效果最为明显。在沉降槽宽度方面，除分段注浆技术外其余两种技术的沉降槽宽度都较小，且地表沉降所产生的影响也相对较小。仿真分析所得出的结论与实际施工时所测试的结果基本保持一致。
3.2地表注浆试验
为了保障地表注浆的质量，施工前在左右线分别选取20m长的路段进行地表注浆试验。试验时通常设置lm×lm的孔距，且各孔之间呈梅花形布置，钻孔时应确保穿过杂填土层，将水灰比控制在0.5:1～1:1的范围内，注浆压力控制为0.3MPa。注浆作业落实到位后，在相邻两孔间取样检测，可见芯样内存在部分水泥结实体，再经过试验的方式检测芯样的抗压强度，实测值为1.10MPa，该值等于尚未注浆前的1.7倍；并组织注水试验，渗透系数取9.3×10-5cm/s，与注浆前渗透能力相比明显降低。对试验段采取开挖作业时，确保洞壁、掌子面不出现涌水、涌泥、崩塌等现象，并且对该段的地表沉降情况进行监测时保证起沉降值在设计允许的30mm范围内，表明注浆技术能够有效控制地表沉降。
3.3地表注浆前后沉降对比分析
监测数据表明：注浆前最大沉降量达65.57mm，注浆后最大沉降量为23.07mm，并且YSK5+400、YSK5+410、YSK5+450的最大沉降量远小于YSK5+360断面（未注浆）的沉降，通过地表注浆的方式可实现对地表沉降的控制。
经地表注浆作业后，杂填土空隙得到有效的填充，土体综合性能得以改善，地表沉降较小，相较于未注浆地段而言，地表沉降减少量可达到50～80%。
结语：
在浅埋段进行隧道开挖作业时极易引发地表沉降，因此通过地表注浆技术加固浅埋层，能够充实杂填土的孔隙，提高土层的抗渗透性能，增加土体的固结性，从而提升围岩土体的成拱效果，避免沉降产生的同时确保城市地铁隧道施工的质量，维护地铁的施工安全。
参考文献
[1]吴锋波，金淮，杨歧焱，等.北京地铁隧道地表横向沉降槽参数分析[J].隧道建设（中英文），2020(05):660-662.
[2]付彬彬.复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降研究[J].河南建材，2020(02):17-18.
[3]尹志清，苏明.浅埋暗挖地铁隧道引起地表沉降的数字模拟与实测分析[J].城市轨道交通研究，2019(11):37-40.
[4]虞杨，李洋溢，吴秋军.某浅埋暗挖地铁车站施工沉降控制研究[J].西部交通科技，2017(04):100-103.
[5]任正刚，蔡军，沈宇鹏.浅埋暗挖隧道穿越填石区地表沉降控制[J].铁道建筑，2019(06):85-88.