地铁暗挖隧道穿越西安地裂缝期间的施工监测分析

■龚勤波

（四川省煤田地质工程勘察设计研究院四川成都610000）

地铁暗挖隧道穿越西安地裂缝期间的施工监测分析

■龚勤波

（四川省煤田地质工程勘察设计研究院四川成都610000）

地铁暗挖隧道穿越西安地裂缝时，处于特殊的工程地质条件下，极有可能引起工程地质灾害，对工程施工、建成后的运营、周边建筑、管道及居民人生财产的安全等造成严重威胁。因此，需根据地裂缝成因及工程实际情况，制定施工监测方案，加强施工过程中的监测和数据分析，及时提供可靠的信息和预报，以便采取有效措施，避免事故的发生。

地铁 地裂缝 施工监测

西安市地处黄土地区并位于渭河断陷盆地中段南部，西安凹陷的东南隅。西安凹陷是渭河断陷盆地中的沉积中心之一，周边为四条深大断裂带所切围，其东边界为长安—临潼断裂，西为哑柏断裂，南为秦岭山前断裂，北为渭河断裂。对地铁线路有影响的为长安—临潼断裂及上盘的西安正断层组，其地面反映为西安地裂缝。西安地裂缝的成因机理多样、复杂，其主要是构造活动和过量抽汲深层承压水的主要因素；以及地貌界限、地层岩性条件(不均匀、黄土湿陷等)、降水及地表水入渗、建筑荷载及动荷载等其它因素。

本文结合工程实例，介绍地铁在施工期间穿越西安地裂缝时的监测情况，并对监测数据结果进行分析。

1 工程简介

本次列举的某地铁暗挖隧道为左右并行的单线单洞隧道，采用马蹄形断面，单洞净空宽度为8.3m，左右线中线间距为13-15m，全长185.903m。地裂缝位于道路南侧某小区北侧围墙下，与隧道右线51°相交，与隧道左线54°相交，地裂缝处隧道顶覆土厚23m。地裂缝上盘有一居民小区，小区院内地坪比道路人行道高3.4m，北侧围墙兼有挡土墙之用；小区中的A718-1和A718-2号楼（筏型基础，楼高约20米）紧邻围墙，A718-1号楼平面位置紧挨隧道边缘和地裂缝。

2 工程地质条件

根据工程地质详勘和地质补勘资料，地层自上向下分别为：素填土、新黄土（湿陷性新黄土）、古土壤、粉质粘土，隧道位于粉质粘土层中。其中新黄土、古土壤均具有湿陷性，新黄土湿陷系数为0.000～0.087，古土壤湿陷系数为0.000～0.087。

3 工程水文地质条件

施工期间，场地地下水埋深介于23～31m，地下水高程介于392～403.29m之间，地裂缝上盘水位403.29m，下盘水位396.3m。地下水位与季节、气候、地下水赋存、补给及排泄有密切的关系。

地下水为潜水，在4-4粉质黏土层上连续分布有弱含水层，其下为含水层无明显承压性。补给源主要为地下迳流、大气降水及局部水管渗漏等，排泄方式主要为径流排泄、人工开采、潜水越流排泄及蒸发消耗等。

4 暗挖隧道穿越地裂缝期间施工监测情况及分析

在隧道施工期间，根据隧道主体的埋置深度、工程地质条件、设计规范要求及现场实际情况等布设监测点位，并进行地质及支护、地下水位、净空位移、拱顶下沉、地下管线沉降、地表沉降及建筑物沉降的变形监测。

4.1 地质及支护观察

在隧道挖设过程中，随时观察地质及支护，情况为：①隧道挖设接近地裂缝时，处于粉质粘土层，土体稳定，连续性好，掌子面超前探孔内出水，水量较小。②随著隧道继续挖设，掌子面土体逐渐破碎，含水量逐渐增大，隧道进入地裂缝下盘。③隧道再继续挖设临近地裂缝时，掌子面土体更加破碎并有少量土体坍塌，土体含水量大，呈软塑状，有散状清水出现，每天出水约100方，主要集中在右线Ⅰ部，右线Ⅲ部和左线Ⅰ部也有出渗。④在随后的隧道挖设中，采取全断面超前注浆加固土体后，掌子面出水量减少，土体逐渐稳定、连续性逐渐变好，呈硬塑状态，隧道已进入地裂缝上盘，将穿出地裂缝影响区域。结合测量资料，本工程地裂缝影响区域沿隧道走向约有31m，其中：地裂缝1m、上盘20m、下盘10m。

4.2 洞内监测情况及分析

隧道穿越地裂缝时，初期支护后洞内拱顶沉降及水平收敛变化速率均在允许范围内，最大拱顶沉降为19mm，最大水平收敛17mm。表明隧道初期支护后，洞内受土体压力形变小，地表沉降与隧道初支变形无较大关联。

4.3 地下水位监测情况及分析

地下水位监测采用在降水井内观测，记录抽水量，在地裂缝附近有4口降水井，分别在上下盘左右线各一口。经监测，地裂缝下盘降水井内水量少，未进行抽水，水位保持在隧道底部以下2-3m；上盘有两口井不间断抽水，水位保持在隧道底部高程以下，隧道穿越地裂缝前抽水量约220m3/d，右线穿越过程中抽水量约150m3/d，左线通过穿越过程中抽水量增加到约240m3/d，隧道穿越地裂缝后约120m3/d。监测情况与水文地质资料描述基本吻合，且存在有地下水补给源。

4.4 隧道纵向地表沉降监测情况及分析

根据隧道穿越地裂缝过程纵向沉降监测数据分析，沉降发展分为：①隧道接近地裂缝时，提前降排水，部分饱和土失水固结沉降；地裂缝上盘土体高度和水位均高于下盘，并有建筑物位于上盘，上盘土体荷载和失水量均较下盘大，上盘土体沉降速率1.05mm/d大于下盘，下盘土体略有隆起与沉降量相当。②右线隧道挖设进入地裂缝下盘时，在土体失水固结、隧道开挖土体应力释放及地层松动影响下，地表沉降增大明显，右线上方地表沉降速率增大至1.5mm/d，左线上方地表沉降开始发展有0.95mm/d。③右线隧道挖设通过地裂缝进入地裂缝上盘时，土体破碎，隧道开挖对地层松动影响增大，沉降速率增大为右线1.8mm/d、左线1.38mm/d。④左线隧道挖设进入地裂缝时，沉降速率迅速增加，不符合正常沉降变形发展规律，有除土体失水固结、土体应力释放及地层松动主要影响因素外的其它主要因素影响。⑤隧道通过后，土体内部应力重新平衡完成，到达稳定状态，沉降逐渐趋于稳定。

图1 纵向地表沉降曲线图

4.5 隧道横向地表沉降监测情况及分析

根据隧道穿越地裂缝过程横向沉降监测数据分析，沉降槽表现为：①隧道通过距地裂缝20m处时（正常地层），断面最大沉降46.8mm，左线监测点沉降量略大于右线。②右线隧道通过地裂缝时，断面最大沉降位于右线正洞上方，沉降量为63.2mm，左线监测点位受右线挖设影响产生沉降。③隧道通过地裂缝后，断面最大沉降119mm，远大于正常地层沉降量。④左线单独通过地裂缝时所产生沉降根据趋于稳定的总体沉降扣除右线沉降后得出，但此时右线沉降量反而大于左线沉降，不符合沉降槽变化规律，沉降异常。经槽探探明：在右线地表沉降异常处附近有管道断裂漏水，水进入地裂缝土层破碎带后引起黄土湿陷导致沉降异常。

图2 横向地表沉降曲线图

4.6 建筑物沉降监测情况及分析

根据隧道穿越地裂缝过程中A718-1号楼最靠近隧道点位沉降监测数据，沉降情况为：①隧道接近地裂缝时，提前降水，建筑物下方土体失水固结，测点沉降速率0.5mm/d；②隧道通过地裂缝时，建筑物下方土体继续失水固结，加上隧道开挖应力释放、地层松动及黄土湿陷的影响下，沉降速率增大至1.5mm/d；③隧道通过后，沉降逐渐趋于稳定，最终沉降量75.3mm。

5 结论

本文通过上述工程实例的监测方法、监测情况及分析，得出以下结论：

（1）在地铁暗挖隧道穿越地裂缝前，有必要根据隧道主体的埋置深度、工程地质条件、设计规范要求及现场实际情况等合理选择监测方法，布设监测点位。

（2）地裂缝范围内土层结构是从均匀连续到破碎再到均匀连续变化的，在地铁暗挖隧道穿越时，初期支护后洞内变形小，地表沉降和建筑物沉降受土体失水固结、开挖土体应力释放和地层松动影响大，较隧道通过正常地质情况下的沉降量大大增加。

（3）地下管线在地裂缝长期活动和隧道施工的影响下，容易发生不均匀沉降而漏水、漏电及漏气，将导致黄土湿陷、触电、爆炸等危害。

（4）由于地裂缝区域土体破碎不均匀，不能采用经验公式理论计算地表沉降槽的宽度、形状及沉降值大小，对沉降进行有效预估；只能加强施工过程中的监测，及时收集分析数据，提供及时、可靠的信息用以评定地铁隧道穿越地裂缝期间的安全性、风险及对周边环境的影响，并对可能发生的危及环境安全的隐患或事故及时、准确的预报，以便及时采取有效措施，避免事故的发生。

[1]李新生,王静,王万平,李忠生,张福忠,彭建兵.西安地铁二号线沿线地裂缝成因分析 [J].水文地质工程地质,2008,05:33-36.

[2]李攀.西安地铁暗挖隧道地表沉降的监测分析研究 [D]:[硕士学位论文].西安：西安理工大学.2012

[3]佘芳涛,韩日美,刘庚,邵生俊.西安地铁双线隧道地表沉降预测模型研究 [J].防灾减灾工程学报,2011,05:560-566.

Construction monitoring analysis of undercutting subway tunnel crossing during the period of ground fissures in Xi'an

Undercutting subway tunnel crossing ground fissures in Xi'an in special engineering geological conditions,most likely caused by engineering geological disasters,poses a serious threat to the engineering construction,after the completion of the operation,surrounding buildings and pipelines and the people life and property security.Therefore,it is necessary to construction monitoring programs are formulated according to the geneses of the ground fissures and the actual situation of the project,strengthen the construction process of monitoring and data analysis, in a timely manner to provide reliable information and forecasting,so as to take effective measures to avoid accidents.

subway；ground fissure；construction monitoring

F407.1[文献码]B

1000-405X（2016）-5-370-2