软土地区地铁永久性结构变形影响因素的研究

何雪松,王毅明,王庆(1．南京地铁建设有限责任公司,江苏南京 10000; ．南京市测绘勘察研究院有限公司,江苏南京 10019)

软土地区地铁永久性结构变形影响因素的研究

何雪松1∗,王毅明2,王庆2
(1．南京地铁建设有限责任公司,江苏南京 210000; 2．南京市测绘勘察研究院有限公司,江苏南京 210019)

摘 要:基于软土地区长期监测的地铁永久性结构的变形数据,对累积沉降量、差异沉降量、沉降发展趋势及沉降因素等进行研究,根据沉降现状与规律关联性,综合工程地质条件等变形影响因素,初步分析软土地区地铁永久性结构变形的主要原因,为地铁规划建设和运营管理提供参考依据。

关键词:软土;沉降;影响因素;变形特征

1 引 言

地铁轨道交通工程大多建设在地下,其中有部分建设在地质条件较差的软土层中,由于土质松软,外部承压不足,无法为地下隧道提供强有力的支撑,致使地铁结构出现永久性的、不同程度的变形。对地铁的营运安全和乘客的舒适度产生一定影响。因此,研究软土地区地铁结构变形影响因素是地铁运营管理的重要课题之一。本文结合某城市软土地区长期监测的地铁结构的变形数据、地质数据以及施工情况,分别对累积沉降量、差异沉降量、沉降发展趋势与沉降因素进行深入研究,找出影响软土地区地铁永久性结构变形的主要因素,为地铁规划建设和运营管理提供参考依据。

2 软土地区地铁永久性结构变形特征

本文针对某市软土地区地铁隧道十年沉降监测数据的整理,通过累计沉降、沉降槽和差异沉降的分析,对沉降成因进行分析。

为研究沿线结构沉降随时间的变化规律及发展趋势,特绘制非沉降槽区间和沉降槽区间隧道的典型断面结构累计沉降(相对运营期初值)历时曲线,如图1和图2所示。

图2　0+970～1+305段结构累计沉降历时曲线

从图中不难看出,无论是沉降槽区间还是非沉降槽区段,营运后第1年～第2年和第6年～第9年结构沉降相对较快,第3年～第5年沉降相对较缓,营运后第6年～第9年沉降持续发展,截止2014年6月沉降尚无收敛趋势。

为进一步分析线路结构的不同在软土地区的沉降情况,项目选取8站8区间的数据绘制纵断面沉降变化曲线图,如图3所示。

从图中不难看出,地铁隧道结构呈现较大变形且差异较大,但8个车站均相对稳定。其中结构相对轨后初值和营运期初值最大累计沉降分别为292．5 mm 和232．6 mm,相对运营期初始状态,沉降槽区段内最大累计沉降差达197．8 mm;区间沉降槽内共有40个测点曲率半径小于15 000 m。结合该线路施工工法分析,区间隧道均为盾构法施工的柔性隧道,无桩基基础,稳定性较差;但车站均采用明挖桩基施工,有较强有力的支撑,整体比较稳定。

通过对图3进一步分析可在选取的区间内截取出7个明显的沉降槽,通过对沉降槽周边地质条件和外部因素综合分析,在沉降槽的形成除隧道自身结构因素外,在隧道周边的基坑施工和抽取地下水是主要诱因。

图4为本项目研究范围内车站(敞口段)与区间隧道累计差异沉降统计图,运营96个月后,其中一段车站(敞口段)与区间隧道的累计差异沉降较小,最大累计差异沉降2．5 mm,车站与区间的连接处变形比较同步,处于相对稳定状态。

图3　到某线其中一段上行线累计沉降对比图

图4　某线其中一段车站(敞口段)与区间隧道累计差异沉降

典型断面结构累计沉降历时曲线如图5和图6所示,从图中可以看出,区间营运后30个月结构整体比较稳定,30个月后沉降速度有所加快,目前沉降尚未趋于收敛。有限的监测数据已经明显反映出软土地区地铁永久性结构变形的基本特征和趋势,可能还不能全面反映其特征和趋势,有待更多类似软土地区地铁永久性结构监测数据的进一步研究。

通过以上分析,总体而言上、下行线结构变形规律基本同步,且可以清晰地看出铺轨完成至通车运营期间隧道结构变形较快,在软土地区的区间隧道变形明显,车站由于有桩基础变形量较小,在车站与区间隧道之间的差异沉降量在获得数据中表现最大差异沉降量已达到31 mm。其中区间隧道共形成5个沉降槽,最大累计沉降已分别达到392．8 mm和294．7 mm,结合时间轴分析,各沉降槽在形成时间上有所差异,但沉降槽均有向两边扩展的趋势。

图6　区间结构累计沉降历时曲线2

3 河西地区地铁结构沉降原因初步分析

结合地铁结构沉降时空特征与地铁线路的工程地质条件、沿线区域沉降及地下水位变化情况、周边建筑工程活动、结构病害情况等对沉降原因进行初步的分析后,选择部分区域绘制主要沉降原因汇总如图7所示。

分析认为,影响软土地区地铁隧道结构长期沉降因素众多,且多重因素相互叠加,其中最主要的影响因素为地质条件和周边施工活动,其他影响因素诸如区域沉降和地下水位变化、地面重载交通运输、运营后结构渗漏水等对软土地区地铁结构长期沉降的影响也不容忽视。

4 结 语

本文是基于两条软土地区地铁永久性结构的近10年数据进行研究与分析,初步归纳了一些基本沉降特征和影响因素,并不能全面论述沉降特征和影响因素,由于地质结构异常复杂、千变万化,基本不可复制。因此,不同软土地区的地铁永久性结构的沉降特性必然有所差异,但沉降的影响因素基本类似,故撰写本文与大家共同探讨,希望对软土地区的地铁规划设计、建设和变形监测提供初浅的帮助。

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Studies on Influencing Factors of Metro’s Permanent Structure Deformation in Soft Soil Areas

He Xuesong1,Wang Yimin2,Wang Qing2
(1．Nanjing Metro Construction Co．,Ltd,Nanjing 210000,China; 2．Nanjing Research Institute of Surveying,Mapping&Geotechnical Investigation Co．,Ltd,Nanjing 210019,China)

Abstract:Based on data of deformation of metro’s permanent structure on long-term monitoring in soft soil areas, this article studies accumulated settlement,differential settlement,settlement’s developing tendency and factors．According to settlement situation and inner connections,combining deformation’s influencing factors of engineering geological condition,preliminary analysis has been made on the main causes of deformation of metro’s permanent structure in soft soil areas,thus providing references for metro’s planning,construction,operation and management．

Key words:soft soil;settlement;influencing factors;deformation features

文章编号:1672-8262(2015)06-170-03中图分类号:TU196

文献标识码:B

收稿日期:图10+470～0+920段结构累计沉降历时曲线∗2015—08—06

作者简介:何雪松(1974—),男,高级工程师,主要从事地铁项目建设管理等工作。