淺埋暗挖地鐵隧道施工地表沉降規(guī)律分析

1、摘要：為了研究大連地鐵標段促進路站春光街站暗挖區(qū)間人工素填土地段單雙線隧道施工地表沉降規(guī)律，通過現(xiàn)場實測和數(shù)據(jù)分析整理的方法，在地鐵隧道開挖期間建立了地表沉降監(jiān)控量測測站，運用精密水準儀進行個月的監(jiān)測，監(jiān)測結果表明淺埋暗挖隧道在開挖期間地表沉降最大位置處于隧道中心線的正上方，沉降量約為提出了距跨比的概念，距跨比的有效工程取值范圍，地表沉降與距跨比密切相關，其中地表沉降劇烈階段，約占整體變形的，沉降速率約達建議應加強監(jiān)測頻率，增加現(xiàn)場巡視現(xiàn)場測試結果與文克爾地表沉降計算模型相吻合，監(jiān)測成果對大連地鐵及類似的淺埋暗挖隧道建設有借鑒作用關鍵詞：地鐵隧道；人工素填土；地表沉降；文克爾沉降模型 引言 隨

2、著社會經(jīng)濟的迅速發(fā)展和城市化步伐的加快，我國的地鐵建設進入高速發(fā)展時期在地鐵隧道施工過程中不可避免地擾動隧道周圍的地層，產(chǎn)生地表沉降，嚴重時將影響到周邊建筑物和地下管線的安全國內外學者展開了許多地鐵隧道施工引起地表沉降變形方面的研究，對指導工程建設具有重要的理論與實際意義由于大連地鐵標段促春區(qū)間是在人工素填土層中的地鐵隧道施工，地層含水量大，地層軟弱，底下管線密布，因此，對人工素填土地層中隧道施工引起的地表沉降規(guī)律進行總結研究，有著非常重要的理論和現(xiàn)實意義 工程背景 大連地鐵標段促進路站至春光街站區(qū)間設計范圍為里程，區(qū)間地貌為剝蝕低丘陵、沖洪積溝谷，地形起伏較大，整體上看中央高，兩側低，地面高

3、程沿線穿越街道、工廠、居民住宅區(qū)，建筑物密集，管線、管道眾多本文以暗挖區(qū)間為主要研究對象，右線先于左線開挖左、右線隧道長分別為和隧道主體橫斷面為單拱圓形斷面，斷面尺寸為隧道范圍內上覆第四系人工堆積層（人工堆積素填土、雜填土層），第四系全新統(tǒng)沖洪積層（卵石層），第四系上更新統(tǒng)坡洪積層（粉質粘土），下伏震旦系五行山群長嶺子組強（全風化巖、強風化巖、中風化巖）隧道斷面范圍上方自上而下分別為：素填土（）和雜填土層（），卵石層（），粉質粘土（），全風化巖（）采用新奧法臺階法施工，上、中、下三個臺階依次進行施工，每次進尺暗挖結構超前支護采用超前小導管注漿對地層進行預注漿加固施工后，及時進行隧道初期支護，支

4、護方式采用立鋼拱架和掛鋼筋網(wǎng)噴混凝土方法，初期支護貫通后即采用二次襯砌 地表沉降監(jiān)測方案 在隧道地表上方每隔布置一個觀測斷面，每個斷面布置個點，沿著隧道軸線垂直方向地表均勻布置，間距為，采用萊卡電子水準儀按照二級水準要求進行地表沉降觀測，自從年月日到月月日，共計天的觀測，為了便于分析，選 取、個斷面數(shù)據(jù)進行分析 監(jiān)測結果分析右線隧道開挖沿著隧道方向地表沉降分析 為了便于分析總結規(guī)律，以監(jiān)測斷面為基準，當掌子面通過監(jiān)測斷面后，掌子面與監(jiān)測斷面的距離為正值；當掌子面未通過監(jiān)測斷面時，掌子面與監(jiān)測斷面的距離為負值設掌子面與監(jiān)測斷面間的距離為，隧道拱徑為，即為拱跨，定義比值為距跨比，即 （） 斷面間距

5、為，隧道拱跨距離為，得出距跨比的取值范圍為 年月日建立測站、，隨著隧道開挖掌子面逐漸逼近、達到、通過監(jiān)測斷面，地表沉降逐漸發(fā)展直至穩(wěn)定；此后左線開挖，歷時天于年月日通過監(jiān)測站監(jiān)測的地表最終穩(wěn)定其曲線如圖所示，當時，各觀測斷面各監(jiān)測點出現(xiàn)明顯沉降，最大沉降點位于右線隧道中心線正上方測點，量為，約占總沉降量的，最大沉降點位于右線隧道中心線正上方測點，量為，約占總沉降量的，最大沉降點位于右線隧道中心線正上方測點，量為，約占總沉降量的；當時，各觀測斷面各監(jiān)測點出現(xiàn)急劇沉降，最大沉降點位于右線隧道中心線正上方測點，量為，沉降速率可達 ，占 總 沉 降 量 的；最大沉降點位于右線隧道中心線正上方測點，量為

6、，沉降速率可達，占總沉降量的；最大沉降點位于右線隧道中心線正上方測點，量為，沉降速率可達，占總沉降量的；當時，各觀測斷面各監(jiān)測點沉降變化速率開始減緩趨于穩(wěn)定右線隧道開挖垂直于隧道方向地表沉降分析 大連地鐵標段促春暗挖區(qū)間在掌子面前方布置監(jiān)測斷面，右線區(qū)間先開挖，左線滯后，根據(jù)右線隧道監(jiān)測結果確定左線隧道開挖的時間在右線區(qū)間單獨開挖期間選擇、和等個監(jiān)測斷面進行地表沉降分析，沉降曲線分布如圖所示，個監(jiān)測斷面的最大沉降點在隧道中心線上方由圖可知，、和等右側有建筑物群，故不能完全布置地表沉降點，該個監(jiān)測斷面的地表沉降隧道中線基本呈半正態(tài)分布，變化趨勢基本相同雙線隧道開挖引起地表沉降的變形分析 當右線隧

7、道開挖引起地表沉降趨于穩(wěn)定時，各斷面最大沉降曲線見圖所示，斷面右線隧道中心線正上方最大沉降量為 ，斷面右線隧道中心線正上方最大沉降量為，斷面右線隧道中心線正上方最大沉降量為左線隧道開始開挖后對已經(jīng)穩(wěn)定的隧道圍巖產(chǎn)生新的擾動，但其影響程度與距離有關，距離越近，影響約為劇烈當左線隧道掌子面通過各斷面時最終沉降曲線如圖所示斷面雙線隧道中心線正上方最大沉降量為，約為右線隧道開挖最大沉降量的倍；隧道斷面隧道中心線正上方最大沉降量為，約為右線隧道開挖最大沉降量的倍；斷面隧道中心線正上方最大沉降量為，約為右線隧道開挖最大沉降量的倍由此可見，雙線隧道開挖較單線隧道開挖引起的地表沉降不僅位置發(fā)生了改變，而且最大

8、沉降量也發(fā)生較大的改變，約為單線隧道開挖的倍地表沉降驗證 運用文克爾模型對右線區(qū)間隧道開挖地表沉降進行計算驗證文克爾模型假設地基表面任意一點的壓力與該點的位移成正比，如式（）所示 分析式 （）可知，當 時 或 時，（），即實際隧道開挖時地表的影響范圍，根據(jù)監(jiān)測結果，隧道開挖影響范圍為，當時，（，）值最大，即在隧道中心處上方，根據(jù)實測結果為，故可得出 得出文克爾計算模型預測方程： 由式（）計算的文克爾模型沉降數(shù)據(jù)如表所列由圖對比可知，實測數(shù)據(jù)曲線和文克爾計算模型曲線和沉降趨勢吻合，文克爾計算數(shù)值較實際觀測值偏小，僅應用文克爾地表沉降預測模型能夠得出地表沉降的趨勢，不能準確得出最大沉降量這是由于在

9、實際工程中隧道上方的土層為人工素填土且有少量的建筑垃圾，理論假設有了一定的差距；同時在理論計算時沒有考慮到流固耦合條件下土結構的變形是否符合線彈性性質由圖對比可知，實測數(shù)據(jù)曲線和文克爾計算模型曲線和沉降趨勢吻合，文克爾計算數(shù)值較實際觀測值偏小，僅應用文克爾地表沉降預測模型能夠得出地表沉降的趨勢，不能準確得出最大沉降量這是由于在實際工程中隧道上方的土層為人工素填土且有少量的建筑垃圾，理論假設有了一定的差距；同時在理論計算時沒有考慮到流固耦合條件下土結構的變形不符合線彈性性質 結語 大連地鐵標段促春暗挖區(qū)間地表沉降數(shù)據(jù)分析過程中引進距跨比，便于沿著隧道掘進方向地表沉降分析地表沉降最大位置處于隧道中心線的正上方，沉降量約為 隨著掌子面推進，沿隧道縱向地表沉降分為個階段地表沉降加速階段，約占整體變形的；地表沉降劇烈階段，約占整體變形的，沉降速率約達；，地表沉降減速階段，沉降變化趨于穩(wěn)定監(jiān)測結果表明，人工素填土地段地鐵暗挖隧道施工在階段，應加強監(jiān)測頻率，建議增加現(xiàn)場巡視. 右線隧道開挖垂直于隧道中線地表沉降曲線基本呈半正態(tài)分布，最大沉降點發(fā)生在右線隧道中心線正上方文克爾沉降模型的計算曲線與現(xiàn)場實際監(jiān)測曲線趨勢相同，數(shù)值偏小