探析饱和软黄土地铁隧道施工地表沉降特性及其控制技术

探析饱和软黄土地铁隧道施工地表沉降特性及其控制技术

李飞

中铁一局集团城市轨道交通工程有限公司 陕西省西安市 710000

摘要：本文以饱和软黄土地铁隧道中常见的地表沉降特性研究为基础，提出了相应的灾害减控技术。以饱和软黄土本身在力学以及工程中的特性，分析了矿山法地铁隧道施工中引发的沉降规律，以及在盾构施工中黄土种类与位置呈现的不同沉降特性，并以此给出了矿山法以及盾构法施工中的可行性减灾控制措施。

关键词：饱和软黄土；地铁隧道；地表沉降

引言：饱和软黄土的孔隙较大，并且其强度较低、含水量较大、承压性较差，在饱和软黄土的地铁施工中，容易因地表沉降而引发相应的施工问题。因此，要对于饱和软黄土隧道施工中的特性以及规律进行研究，进而总结经验，改善其力学性质，提升土体强度，最大化降低地表沉降值，制定具有可行性的隧道开挖方案。

1.饱和软黄土地铁隧道施工地表沉降特性

饱和软黄土一般处于流塑状态，属于一种较为软弱的地基，其承载力较差。地基极易在隧道穿越饱和软黄土的施工降水阶段发生凹陷、裂缝、沉降等工程灾害。在利用矿山法进行饱和软黄土隧道的施工中，产生的地表沉降情况的形状，通常为横向的“V”字形，并且形成一个因沉降而生成的曲线沉降槽，并且由“V”字形的中线处拓展至其两侧，进而在不断的形变拓展的过程中，会形成其原有形变量2倍的洞径，并且随着饱和软黄土厚度的增加，洞顶以及地表的沉降量会增加。例如：饱和软黄土的厚度在5.8m的情况下，其地表沉降最大的最大值一般为29.30mm，并且其拱顶沉降的最大值在60.02mm；若饱和软黄土的厚度在7.8m，其地表沉降的最大值为39.78mm，拱顶下沉的最大值在60.19mm。若饱和软黄土的厚度相同，均为7.8mm的情况下，此时如果顶部距地表的直线间距在4m时，这种情况下地表沉降的最大值就是42.22mm，此时拱顶沉降的最大值在88.32mm^[1]。以上分析表明，隧道受饱和软黄土的厚度的影响较为明显，并且形变随着厚度的增加而提升，当厚度一定时，饱和软黄土的位置会成为其中的重要影响因素，饱和软黄土距离地表的值与地表形变量呈反比，一般越近其值越大。

在盾构法施工的饱和软黄土隧道中，软黄土位于洞身上部相较于相同厚度的新黄土会造成更大的地表沉降值以及沉降槽的范围，此时地表的最大沉降值会随着对于洞顶上部的饱和软黄土进行注浆加固而的到有效的改善。因此，在盾构法中对于饱和软黄土注浆加固可以有效的优化其土体的力学性质，并提升土体的强度，进而有效降低地表的沉降值，达到良好的加固效果。

2.饱和软黄土地铁隧道施工地表沉降控制技术

2.1矿山法施工地铁隧道围岩及衬砌施工灾害控制技术

2.1.1前期降水

洞内进水以及地层损失等在饱和软黄土隧道的施工中会形成大范围的固结沉降，进而对于周边的既有建筑造成一定程度的影响。若水位在底板以上，要进行降水，将水位控制在底板以下2m，并且为降低降水对于饱和软黄土隧道施工的影响，应采用分阶段的方式进行降水。

2.1.2施工前地层加固

需采用先加固，后开挖的方式避免降水对于周边建筑的影响。例如：针对于增大饱和软黄土的强度的方法通常有超前小导管、双重管注浆、水平旋喷注浆、大管棚、水平袖阀管注浆等。

2.1.3隧道初支失稳措施

严格依据每部开挖断面既定尺寸进行超前支护措施的应用，在存在临时仰拱的工程中，要最大化降低仰拱的堆载。钢拱架的安装要在掌子面开挖后，并配之以混凝土的喷射。在施工时，要实时的对于拱顶的收敛、沉降、应力等进行监测。此外，还要对于回填注浆的压力进行实时的检测。

2.1.4拱顶坍塌预防措施

若施工区域存在防控洞，要对于此区域进行回填与注浆。贯彻降水措施于施工的各个方面，在此过程中要形成降水与施工的有效配合。如要拱部开挖的过程中应用预留核心土法执行相应操作，并在此过程中对于台阶长度进行控制，一般要保证其不超过孔径的一倍，在开挖上台阶时，要垫牢拱脚，保证下台阶的施工一次成型，形成封闭的环状。

2.1.5隧道突泥涌水的防控

沿线地层以及管线的普查工作很有必要，并且在打设小导管的过程中，若发现大股流水，则要及时的封闭掌子面，并制定进一步的解决方案。在突涌后，要进行及时的背后回填注浆。

2.2盾构隧道施工围岩及管片施工灾害控制技术

2.2.1盾构始发与到达的预防

在施工前，要对于周边的既有建筑进行调查，摸清其基础与结构，并就施工课程对其造成的影响进行预估。保证盾构始发到端头的设计具有合理性，以及可操作性。如若洞口与盾构存在建筑空隙，则要在洞口拼装始发装置。

2.2.2盾构进水预防

在掘进的过程中，要对于盾尾的铰接与密封情况进行实时的监测，并及时的对于盾构的姿态进行调整，严格控制推进的速率，避免对于洞门环造成损坏，并且在脱离洞门密封前保证注浆的密闭性。

2.2.3管片拼装

要控制第一环的拼装，发挥其准基面的作用，并在拼装的过程中严格控制管片的拼装质量以及形变量，管片拼装时要进行逐片拼装，并在此过程中遵循先上后下的原则。

2.3矿山法及盾构法施工地表及附属物施工灾害控制技术

2.3.1地表变形控制措施

对于矿山法施工的隧道，要对于格栅钢架榀距进行严格的控制，一般以500mm作为初始步距，可以使用眼镜法保证对于地表沉降的最大化控制，并在工序转换以及需要较长时间的停工时，及时的对于掌子面进行封闭，并打设锁脚锚管。在盾构法施工的隧道中，可以采用面板式刀盘，并对于土压力、注浆量、盾构推力以及刀盘的扭矩，在掘进的过程中要对于相应的数值进行严密的监测^[2]。

2.3.2建筑物形变防控

在隧道的开挖前，要对于周边建筑的具体情况进行考察，要对于空洞段以及周边地下水等进行必要的处理，降低其对于施工的干扰。可以采用控制地表沉降、隔离、加强建筑结构、基础截面加固等进行施工前的必要准备。在开挖的过程中，要对于建筑物的差异沉降进行观测，并做好盾构施工要穿过的建筑物的预警，实时调整推土压力以及掘进速度，依据数据的反馈进行二次补浆等补救措施。此外，要注意盾构法穿楼时的连贯性。

2.3.3管线形变防控

在施工前要对于管线的基本情况进行调查，依据施工的具体情况进行隔离方式的选取，对于下穿的管线，要注意其前后5m范围内应用必要的注浆措施来进行强化。在施工中，要依据收集到的数据建立相应管线的基准值，以此来观察管线形变的反馈情况，若出现形变以及沉降过大，则要进行补浆等操作。

2.3.4桥梁形变防控

在施工前要依据桥梁的结构与地基形状的基本特性进行加固必要性的甄别，并在需要时依据桩基隔离法或桩基托换法执行桥梁周围土体的加固。

2.3.5既有道路防控

在施工前，可以在路面铺盖钢盖板，以提升路面的整体刚度，并分摊路面的受力，降水的措施要可靠、有效，避免涌水等情况的出现。在施工的过程中要对于路面进行实时的数据监测，以降低围岩以及地层的沉降对于道路的影响。

2.3.6既有地铁隧道防控

对于既有的地铁隧道要依据其结构以及周围的情况进行穿越方式的制定，在此过程中要充分考虑两个隧道在刚度以及结构等方面的不同，并采用相应的轨道防护以及隧道的加固，最小化施工对于既有隧道的影响。

2.3.7水域损害防控

在施工前要对于河床以及河堤等进行预加固处理，采用水平钻孔法对于撑子面进行全断面水平注浆。在施工的过程中要以及河堤等的形变情况对于盾构施工参数进行及时的调整，并按照掌子面的地层特性，对于注浆的参数以及胶凝的时间进行及时的调整。

结论：饱和软黄土的厚度与土体的形变具有一定的对等关系，并且当厚度不变时，饱和软黄土的位置对于地层的形变存在着相应的主导性。因此，在利用矿山法进行施工时需要进行分阶段地层降水，并利用注浆加固来提升土层的稳固性。在盾构施工中，若饱和软黄土厚度较大且位于洞身上方，则要事先做好地层加固。

参考文献：

[1]刘洋.深厚饱和软黄土地层地铁隧道暗挖安全保障技术研究[D].长安大学,2018.
[2]杨建华.饱和软黄土地层地铁隧道施工诱发的地表变形[J].西安科技大学学报,2018,38(01):91-98.