长江漫滩地区某地铁隧道沉降原因分析及治理建议

夏 胜 全

(南京地铁运营有限责任公司，江苏 南京 210000)

0 引言

国内地铁建设的经验表明，软土地区的地铁隧道在建设期和运营期都会产生较大的沉降。隧道长期沉降和差异沉降，会对结构的安全性、耐久性和防水性能等构成严重威胁。

某地铁隧道位于南京河西地区，长江漫滩地貌单元，地质条件差，工后沉降较大，并且受周边工程活动影响十分明显，导致产生沉降变形的原因变得十分复杂。因此，研究该地区隧道沉降具有重要的意义。

本文在研究了南京河西地区长江漫滩相软土的工程地质特性，和调查了该地区工程活动和隧道结构病害的基础上，对南京长江漫滩地区地铁隧道沉降的原因进行了分析，提出了治理建议，为地铁行业隧道沉降分析和治理提供借鉴和参考。

1 工程概况

1.1 地质条件

该地铁隧道位于南京河西软土地区，属于长江漫滩地貌单元。场区地表普遍分布人工填土，以杂填土为主，往下依次为饱和软土和软弱土(淤泥质粉质粘土、软塑粉质粘土)，饱和砂性土(包括粉土、砂土、粉质粘土与砂土夹层)，下伏基岩为白垩系浦口组K2p泥岩，埋深很深，岩面起伏不大。河西地区场地地势基本平坦，地面高程在6.0 m～7.7 m之间。

南京河西地区位于秦淮河以西，长江以东，地下水主要受长江和秦淮河影响，地表水系发育。河西地区地下水分为潜水和承压水。地下水埋深0.5 m～1.0 m，受季节性控制，年变幅在0.5 m～1.0 m。

1.2 设计及建设概况

该地铁隧道在工程建设期间，沿线周边为空旷的农田，场地条件较好，采用明挖顺作法施工。如图1所示，主体结构尺寸为：顶板、侧墙500 mm，中隔墙300 mm，底板600 mm，隧道下卧土层绝大部分为②-2b4淤泥质粉质粘土(流塑)。基坑围护结构采用φ800@1 050钻孔灌注桩+φ650桩间止水，部分地段采用放坡开挖。地基采用φ500搅拌桩加固，纵、横间距0.75 m，深度5 m～8 m不等。

在建设后期施工工期紧张，可能对地层的加固质量有一定影响；另外，施工期间突降暴雨导致局部基坑失稳，部分钢支撑变形脱落，围护结构发生“踢脚”，对地层产生了一定程度的扰动。

1.3 沿线物业开发情况

该地铁隧道沿线周边物业开发活动较多，工程活动较为密集，开发规模较大，基坑工程以面积1万m2～5万m2的居多，且大多为商业项目，地下室层数为1层～5层，基坑开挖深度5 m～25 m不等。地铁沿线分布有较多高层建筑，都是在地铁运营之后修建。

2 隧道沉降变形

该地铁隧道相对运营初期车站沉降量较小，区间沉降量较大；区间最大累计沉降量约300 mm。区间范围内共形成了5个明显的沉降槽，沉降槽在形成时间上有所差异，沉降槽有向两边扩展的趋势，且各个区间上下行沉降槽形状基本一致。沉降槽均处于②-2b4淤泥质粉质粘土(流塑)地层中，沉降量较大。

车站与隧道连接处均位于②-2b4淤泥质粉质粘土(流塑)地层中，存在较大的差异沉降。而车站与区间结构刚度差异大，也是造成较大差异沉降的一个重要原因。

3 隧道结构病害

3.1 结构裂缝

自运营以来，隧道衬砌表面一直存在着较多裂缝，且仍有缓慢增长的趋势，裂缝如图2所示。裂缝主要形式为垂直于隧道轴线的横向裂缝(局部已发展成贯通性裂缝)，少量斜裂缝、无明显纵向裂缝。裂缝总体发展方向是由下部向顶部发展，往上裂缝宽度逐渐变小。裂缝分布于整个隧道区间，间距0.3 m～0.8 m不等，宽度普遍在0.1 mm～0.3 mm之间，最大达到约5 mm。

3.2 渗漏水

由于存在大量裂缝，隧道内一直有比较多的渗漏水病害。产生渗漏水的部位也包含了所有裂缝能涉及到的部位，如拱顶、边墙、道床以及水沟，如图3所示。从现场情况来看，渗漏主要为裂缝处的慢渗，局部有快渗现象。

3.3 道床病害

隧道内混凝土整体道床不仅有横向裂缝，还存在着较多的纵向道床与边墙的剥离缝，并长期伴有翻浆、冒泥、渗漏水现象，部分区段水质腐臭发黑，伴有气泡，水沟内亦有较多细砂和粉质淤泥状物质沉淀。同时，道床局部地段存在着错台。道床相关病害如图4所示。

4 沉降原因分析

影响该地铁隧道结构长期沉降的因素较多，且多重因素相互叠加，使得沉降变得越趋严重。其中最主要的影响因素有：地质条件差、周边工程活动多、河西区域地层沉降和地下水位变化、隧道结构渗漏水等。

4.1 地质条件差且分布不均匀

南京河西地区是典型的河流冲积二元结构，表层为45 m～65 m厚的第四纪软土，沉积物主要是由上部漫滩相细粒沉积物和下部粗粒河床沉积物组成。上部漫滩相土层主要为淤泥质粉质粘土、粉质粘土和粉土层，其中淤泥质粉质粘土层分布广泛，埋藏浅，层厚约4 m～35 m不等。下部边滩相砂性土大体上也可分为两层：上部为粉细砂层，厚约10 m～30 m不等；底部为砂砾层和砂性土。

该地铁隧道主要穿越淤泥质粉质粘土、粉土层，局部穿越粉细砂层，隧道下卧土层主要为淤泥质粉质粘土和粉细砂层，其中下伏地层中较厚的②-2b4淤泥质粉质粘土层具有高压缩性、高灵敏度、低强度等特征，地质条件差。

各区间沉降槽位置与区间地质情况均有较为明显的对应关系。即区间穿越软土地层越厚处，该位置区间累计沉降量越大。区间所形成较大沉降槽处均为软土地层较厚处。所以，沿线分布的不均匀软土是引起隧道不均匀沉降形成沉降槽的重要原因。

4.2 周边工程活动多

河西地区地铁沿线物业开发项目较多，工程活动较为密集，开发规模较大，基坑工程以面积1万m2～5万m2的居多，且大多为商业项目，地下室层数为1层～5层，基坑开挖深度5 m～25 m不等，近距离的加载、卸载对地铁隧道的水平、竖向位移影响较大。

4.3 河西区域地层沉降和地下水位变化

随着南京河西地区大规模工程的建设，地面荷载不断增加，河西地区地下水位变化明显，区域沉降有加剧趋势。2006年—2012年间，河西地区地表最大沉降达29.9 cm。该地区地铁隧道不可避免地受到区域沉降的影响，而由于沉降的局部性和不均匀性，其对隧道沉降的影响程度也不尽相同。

4.4 地铁结构渗漏水

隧道结构的局部渗漏会引起地下水位下降，土体有效应力增加，隧道所受浮力减小，从而产生附加沉降。尤其隧道穿越或者下卧的淤泥质土层厚度大的区段，渗漏引起的沉降量大。

5 综合治理原则

因沉降是引起隧道病害的主要原因，虽然周边地块开发已经完成，引起隧道沉降的主因可控，但区域地下水变化、列车震动、结构渗漏水等不利因素依然存在，因此，应采取措施控制后期沉降，加强保护区管理，确保隧道正常使用。

针该地铁隧道沉降治理提出以下建议：

1)隧道内表观病害，如渗漏水、裂缝、道床脱空、翻浆冒泥、变形缝渗漏等，应及时采取措施治理，防止其发展劣化，影响结构耐久性和形成次生病害，增加后期治理成本，具体治理措施可参照GB 50367—2013混凝土结构加固设计规范等规范执行；

2)隧道不均匀沉降应先治理沉降槽累计沉降最大、隧道相对变曲超限、结构变形缝等部位，在实施治理之前，具体参数需经试验确定；

3)隧道日常维保应该严格按照相关标准和操作规程进行检查和维修；

4)加强对地铁沿线物业开发的监控，在确保地铁运营安全的前提下，要求保护区范围内的工程活动必须采取相应的地铁保护措施。

6 结语

隧道沉降及沉降引发的结构病害，对结构安全性和耐久性构成威胁。长江漫滩地区，由于地质条件差，以及受到周边工程活动的影响，隧道沉降更加严重，也更为复杂，应及时采取措施治理，控制后期沉降。

除此之外，今后在长江漫滩软土地区，对隧道设计、施工应提出更高、更严格的要求，增加对隧道地基预加固以及隧道纵向受力的考虑，采取相应的措施减少施工对地基土体的扰动。