复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降探讨郭建华

复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降探讨郭建华

郭建华

沈阳金传市政工程有限公司辽宁省沈阳市110000

摘要：自改革开放以来，城市化的进程不断加快，为解决交通压力，越来越多的城市开始建设地下交通，因此地下交通轨道网在城市交通中占据了越来越多的比重。但是在建设地下轨道的时候，不可避免的要打破原来的地下岩土体的平衡状态，所以地表沉降就成为地下轨道交通网建设过程中要面对的问题。本文就复杂条件下城市地铁隧道施工引起的地表沉降问题进行探讨并且提出了较为有效的解决办法。

关键词：复杂条件；城市地铁隧道；施工；地表沉降

一、引言

当前，我国的城市化进程不断加快，人流量和私家车的数量不断增加，这让城市的交通非常紧张并且交通拥堵的问题也日益严重。在城市基础交通建设过程中有两种有轨交通建设，一种是地下轨道交通网，一种是高架道路，但是在这两种建设中，我们慢慢发现高架道路的建设会引起较大的不利影响，比如沿路噪声问题，导致周围低价贬值等。所以对于高架道路，地下轨道交通网就占有较大的优势。对原有地下岩土体稳定性的破坏，如何做到对新的岩土体进行稳定性以及平衡性的构建成为地下轨道交通网建设中面临的主要问题，在这个过程中怎样解决地表沉降成为主要的技术难题。

二、复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降相关问题

我们举一个以某市某区的地铁隧道工程建设施工的例子。这个工程在两个街道的交叉路口，工程沿着中街东西方向布置，车站计算的站台中心里程是DK17+981.667,开始和结束的桩号分别为DK17+880.567~DK18+113.8,全长223.2m。这个地下车站是双层岛式，主体结构的跨度为22m。有效站台的中心处地面高程为51m，轨面深埋为28.25m，顶拱覆土为8.57m，底板埋深为26.50m，隧道宽度为21.59m。这个工程的地层表面上覆盖的土层非常松散软弱，非常不稳定。勘察人员在工程勘察中发现，在该工程范围内有多处地层明显被扰动过，并不是原土状态。经过进一步的钻孔勘测，显示这个地区的地层结构主要分为以下几个方面：晚更新统冲洪积相地层、冲洪积相地层、第四系全新人工堆积层，这个地区的土质状况为砾砂、粗砂、中砂、粉质黏土、素填土，围岩类别为I类。场地地层自下而上分别为：可塑粉质黏土，中密-密实圆砾,礴中密-密实砾砂,可塑粉质黏土,中密-密实圆砾,中密-密实中、粗砂,中密-密实砾砂,稍密-中密中、粗砂,可塑粉质黏土,松散-密实杂填土。由此可以看出来，这个地区的地层情况还是比较复杂的。

2.1隧道施工过程数值模拟技术研究

通过相关的模拟软件对工程施工过程中的技术难点进行仿真模拟，从而选择最佳的可行方案这就是隧道施工过程中数值模拟研究的主要内容。这种应用软件有多种，但就我国而言，主要采用2D-SIGMA、同济曙光、3D-SIGMA等。这些软件有优势同时也存在一些缺陷，需要不断的改进和发展。在隧道的支护过程以及开挖过程中技术人员需要利用数值模拟技术对其进行正确的模拟，深入研究支护的力学效果，进而分析出在隧道施工过程中引起的地表沉降机理。技术人员可以利用混合法来对隧道开挖进行模拟，加载计算分析有限元模型，形成对应的初始应力场，然后再把它读入到有限元模型中，这样经过技术处理后，将位移场值定为零，对施工过程和开挖模拟，得出实际的应力场以及位移场。我们也可以采用洞桩逆作法，先在地下进行导洞暗挖操作，完成之后在导洞内施工架设刚性的拱顶纵梁、桩顶冠梁以及围护边桩。接下来就可以进行车站顶拱的施工。这样，扣拱完成之后，拱顶纵梁、桩顶冠梁以及围护边桩这三者就会组成一个拱、梁、桩撑框架体系，这个体系的承载性能良好以及刚度大。在这样一个稳定的架构下进行向下开挖工作，可以提高作业的安全性，可以有效限制结构外地层的侧向位移和竖向位移，还可以有效的控制地表沉降程度。

2.2复杂群洞隧道问题

地下交通建设过程中，地下群洞是一种比较复杂但常见的施工情况。在群洞的开挖过程中会经常出现地表沉降问题和围岩应力重分布的问题，这种施工对施工方案的选择具有较大的依赖性，需要对抗压以及抗剪、受拉作用进行精密的计算和分析，科学的选择开挖方案，这样才能减少地面沉降现象的发生，保持围岩整体的稳定性。在隧道开挖施工过程中引起的地表沉降一般有以下几种情况，在开挖卸载的工作中，开挖面土体向隧道内移动所引起的地表沉降、隧道支护结构变形所引起的地表沉降、支护结构背后的空隙闭合所引起的地表沉降、隧道结构因整体下沉所引起的地表沉降。

三、控制地表沉降措施

第一：我们要按照小导洞的开挖顺序进行：下导洞→上导洞→边导洞→中导洞。下导洞需要超前上导洞10~20m的范围，这样有利于减少群洞效应。为了在后续的施工中，降低对先施工结构和围岩的影响，需要在先施工的部分和围岩之间形成一个整体稳定性的受力体系。第二：在扣拱和导洞的施工过程中，要采用正确的支撑方法，严格按照先加固后开挖顺序，采取小导管超前预注浆措施，保证改良地层的密实胶结性能。第三：在施工过程中，要尽量减少围岩的暴露时间和暴露面积，注意混凝土的及时喷射，注意封闭成环的时间要尽早，尽量降低导洞对围岩的影响程度。第四：施工过程中，在回填注浆的时候要认真检查回填注浆的质量，对于土体之间的孔隙要及时填充，尽量避免空隙的存在。第五：在扣拱施工过程中，开挖的时候要保持尽量小的跨度；加强对小导管加密工作的措施，认真检查拱部土体注浆的质量；为了更好的符合施工要求，需要增加格栅钢架间距密度；加快每循环尺的施工进度，缩短施工周期。第六：运用科学的理论知识和先进的技术软件，通过仿真模拟，对地表沉降进行有效的探测和控制。

结语

综上所述，对于城市地下交通轨道网的建设，对于解决交通压力以及城市拥堵都有着重要意义。本文在结合地下交通轨道的建设特点，探讨了复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降相关问题，这些问题主要有隧道施工过程数值模拟技术研究、复杂群洞隧道问题。并根据这些问题提出了一些解决思路，严格控制小导洞的开挖顺序，正确进行扣拱以及导洞的施工，减少围岩的暴露时间和暴露面积，提高回填处理过程中回填注浆的质量，采取部分开挖的扣拱施工方式，在施工过程中要运用到科学的理论知识和先进的技术软件，为城市地铁隧道在复杂条件下施工引起的地表沉降问题提出了一些有效的建议，促进了城市交通建设的健康和长远的发展。

参考文献

[1]陈浩.关于地铁施工问题的思考[J].现代工业经济和信息化,2016

[2]赵宇康.地铁施工中存在的问题与对策分析[J].四川水泥,2016

[3]洪开荣.我国隧道及地下工程发展现状与展望[J].隧道建设,2015

作者简介

郭建华（1985-08-01），男，汉族，籍贯：辽宁省朝阳市，学历：本科