地铁暗挖车站施工对地表沉降的影响分析

杨斌，石俊成

（中航勘察设计研究院有限公司，北京 100098）

0 前 言

随着社会的进步和经济的发展，地铁工程建设如雨后春笋般在我国展开。据不完全统计，目前已建成或在建地铁的城市有30 多个，而随之带来的则是地铁建设过程中的安全问题。近年来，地铁施工引起的地面沉陷事件时有发生，可能危及地下管线和周边建构筑物的安全，并可能造成重大的经济损失和不良的社会影响。因而，在施工过程中如何有效的控制地表沉降，确保施工安全、避免经济损失，成为目前地铁建设行业研究的一项重要课题。

在地铁隧道开挖的过程中地层应力场的变化、施工扰动、隧道跨度及埋深、 开挖方法等都是造成地表沉降的主要原因[1-2]。但是由于各个地区的水文地质条件、施工工艺方法等各不相同，造成地表沉降的原因也需具体问题具体分析。本文通过分析北京地铁某暗挖车站的地表沉降监测数据，讨论影响地表沉降的因素，为以后类似地铁工程建设提供参考。

1 工程概况

北京地铁某暗挖车站位于城市干道相交的十字路口，呈南北向布置，路口交通非常繁忙。车站所属地区属商务核心区范围，车站周边用地功能以商业和居住为主。

车站为双线双洞单层侧式站台车站，有效站台宽4.7m，车站总长180m，两单洞净宽10.85m，轨顶埋深约18.7m。 车站的左、右线双洞分离设置，间隔约4m，车站结构型式为直墙曲拱双洞型式。 车站由其南侧区间隧道扩挖进洞， 自南向北采用CRD 法施作。

车站覆土约10.6m，主要为杂填土①1层、粉土③层、粉质粘土③1层，车站穿越地层主要为粉细土④3层、中粗砂④4层、圆砾卵石⑤层、粉土⑥层、粉质粘土⑥2层。观测到上层滞水、潜水、承压水3 层地下水，其中潜水、承压水对暗挖施工的影响较大。

受地下水的影响，隧道首先开挖右线、左线的1～4 号洞室（见图2），其封端后再施做左线、右线5、6 号洞室，最后施做迂回风道。

2 监测的实施

在车站左右线隧道的拱顶及两侧每隔20m 布设一排地表沉降监测点，每个监测断面11 个点，按图2 所示的距离布设。

按照设计要求，根据开挖面到监测断面前后的距离确定监测频率：开挖面距离监测断面前后小于2B（注：B 为隧道直径）时为1 次/d；开挖面距离监测断面前后大于2B 小于5B（注：B为隧道直径）时为1 次/2d，开挖面距离监测断面前后大于5B时为1 次/周；基本稳定后为1 次/月。监测频率详见表1。

监测频率 表1

根据设计资料的要求，本车站的地表沉降控制指标见表2。

沉降控制指标 表2

3 监测结果统计与分析

3.1 监测结果统计

监测结束后， 对所有地表监测点的累计沉降量进行了统计，超过控制值的监测点达到91.18%。超过6 成的监测点累计沉降量在60mm～120mm 之间，其中累计沉降量在60mm～80mm之间的监测点最多，约占总数的24.51%，累计沉降量分段统计见表3。累计沉降量最大的点位于车站迂回风道侧上方，其累计沉降量为-135.19mm。

从分布位置上看，车站隧道拱顶上方及左右线之间的监测点，累计沉降量均超过了60mm。其中，沉降量在80mm～100mm之间的监测点主要位于隧道拱顶上方，超过100mm 的监测点主要分布在左线临近右线的侧壁上方、右线临近左线的侧壁上方及左右线之间的位置。

累计沉降量分段统计表 表3

3.2 隧道掘进方向变形分析

经过对数据的分析发现，隧道掘进方向监测点的整体变形趋势相似。在隧道左右线上方各选取一个典型监测点，绘制时间-沉降量曲线如图3 所示。

由图3 曲线可以看出，监测点出现3 次沉降速度加大的过程,对应施工的3 个阶段,分别隧道右线1 号洞室最先施工至测点处，此时测点随着施工的进行发生了第1 阶段的沉降变化。当左线1 号洞室到达测点附近时，测点再次发生了明显的沉降变化，此时右线的1、2 号洞室已通过测点位置，右线3、4 号洞室、左线1～4 号洞室施工的多次交叉扰动，致使测点第2 阶段的累计沉降量和沉降速率均明显大于第1 阶段，直到左线3 号洞室离开测点约20m，4 号洞室经过测点附近后， 沉降逐渐趋于平稳。第3 阶段的沉降变化发生在左右线5、6 号洞室开挖过程中，隧道的二次施工对地表沉降产生了影响。此时测点的平均沉降速率相比于第2 阶段已经减小， 但累计沉降量仍然较大，说明下层导洞的开挖对地表沉降仍有较明显的影响，这主要是因为前期隧道降水的效果不明显，导致下层导洞开挖过程中受地下水的影响较大，对土体造成一定的扰动。

由图3 还可看出，左右线测点的曲线变化趋势基本相似。这是因为两个隧道单洞净宽10.85m， 而两个隧道的间距只有4m，因而需要将先期开挖的左右线1～4 号洞室看成一个整体，即一个8 洞室的CRD 法施工隧道，并在施工时充分考虑左右线的相互扰动影响。

各阶段沉降量统计见表4。

分阶段沉降量统计表 表4

从表4 中可以发现， 隧道上层中层开挖过程中的地表沉降，即第1、2 阶段的累计沉降量不到总沉降量的50%，而第3阶段隧道下层施工过程中的累计沉降量与第1、2 阶段的累计沉降量基本相当。

受地下水的影响，隧道下层施工设计方案进行过多次的变更，但在实际施工过程中，其仍对地表产生了明显的扰动。这也表明，在不考虑地质条件和施工质量的情况下，带水作业相对于无水作业对地表沉降的影响还是很大的。

3.3 监测断面变形分析

各监测断面的整体变形趋势相类似，选取一个典型监测断面绘制其从监测开始至沉降稳定期间的历时沉降曲线，见图4。

由图4 曲线可以看出，地表监测点的累计沉降量随监测点到隧道拱顶中心的距离增大而减小， 沉降曲线基本呈漏斗形状。虽然左右线分离设置，但由于其间距较小，0m 位置监测点的历时沉降量与-7m 和7m 处左右线拱顶位置监测点的历时沉降量基本相当，这也证明了在上层、中层施工过程中应将左右线看做一个8 洞室的CRD 法施工隧道，综合考虑各洞室施工相互扰动对地表沉降的影响。 沉降量最大的点在-2m 位置左线的拱顶右侧和2m 位置右线的拱顶左侧，这是左右线施工相互扰动造成的，这也是车站整个沉降影响范围内累计沉降量最大的两个位置。此外，从图4 中也能体现图3 所反映的3 个阶段地表沉降变化。

4 沉降原因分析

本暗挖车站地表监测点的累计沉降量整体是较大的，累计沉降量超过控制值的监测点占到总数的91.18%， 将影响地表沉降的因素归纳为以下几点。

4.1 工程地质、地层条件

勘察资料显示，地表以下存在2m 左右的杂填土层，该土层回填不密实、土质松散；隧道拱顶为砂层，中间夹杂砾石，这种地质条件较易引起地表沉降。此外，该区域位于永定河冲洪积扇中上部，属于大地沉陷区，地质条件极为复杂，并存在地下土体空洞及岩土不良区域，由于开挖过程中对土体造成扰动，土体空洞及岩土不良区域可能发生塌陷，造成地表沉降。

4.2 工程水文条件

隧道施工范围内存在潜水和承压水，特别是承压水对隧道下层施工的影响非常大。由于前期降水的效果不是很明显，导致在施工过程中地层失水，土层缝隙收缩，造成地表发生沉降。

4.3 施工工法和工序

车站两隧道间距只有4m，CRD 法施工导致两隧道相互扰动，而下层洞室二次施工又对隧道造成了二次扰动，对地表沉降产生一定影响。

4.4 施工操作不规范

各洞室施工过程中纵向步距过小，超前支护小导管长度不够，核心土留设不规范，开挖速度过快，结构初期支护不及时等情况，均不利于地表沉降的控制。

5 结 论

综上所述，影响地表产生沉降的因素是多种多样的，各种因素相互叠加加剧了地表的沉降变化。施工单位在施工过程中应当重视并及时掌握监测数据，发现异常时，立即分析查找原因，调整施工工序，采取有效措施，确保洞内施工的安全和周边环境的安全。

[1]王霆，刘维宁，罗富荣，李兴高.地铁区间浅埋暗挖施工的地表沉降特征[J].都市快轨交通,2009(6).

[2]孙飞,李金奎.人工素填土下浅埋暗挖横通道CRD法施工的地表沉降监测分析[J].现代隧道技术,2012(1).

[3]骆建军,张顶立,王梦恕,张成平.地铁施工沉降监测分析与控制[J].隧道建设,2006(1).

[4]齐震明，李鹏飞.地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降的控制标准[J].北京交通大学学报，2010(3).