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1、地铁隧道矿山法施工与地面沉降控制方法摘要：随着我国各大城市的发展，地铁开始大量投入建设，在地铁隧道施工中， 矿山法无疑是一项良好的施工方法，因为地铁建设都是在人口密集的城市地下施 工，而地下障碍物和周围环境限制，采用矿山法施工能很好的解决这一问题。但 在实际施工中由于地下土质的因素，会出现不同程度的地面沉降。本文探讨地铁 隧道矿山法施工与地面沉降控制方法，为更好的控制地面沉降做借鉴指导。 关键词：地铁隧道；矿山法；施工；地面沉降；控制方法引言：城市地铁隧道一般浅埋，大多处于砂层、粘土、粉砂层等渗水环境，而且周围地下管线 及建筑物较多，因此对地铁隧道开挖引起的地表沉降要严格控制，防止因隧道开挖引
2、起管线 破裂、建筑物开裂等事故发生。1. 地铁隧道矿山法施工的概述目前地铁流行的矿山法基本上遵循“新奥法”原理。“新奥法”通过利用围岩变形生成的自然 拱调动地层自身承载。其初期支护按柔性结构设计允许围岩变形并主动调动围岩变形，因此 “新奥法”原理运用反而将变形引向地面，导致地面沉降，影响邻近建筑设施安全。厦门地铁 某区间竖井横通道目前地表监测点多个累计值超过100mm，最大值达110mm ；根据实践经 验，笔者认为在地铁工程中“新奥法”这种调动地层自身承载的原理不宜再延续使用。1.1 沉降机理沉降可从两方面分析：客观：地质及水文地质条件；主观：人为施工活动。地面沉降是 在不良地质及水文地质条件
3、下，采用不适当方法进行施工活动的结果。其中客观条件占主导 地位。在比较好的地质及水文地质条件下，即使施工方法不妥，还不至于酿成大祸。反之在 不良地质及水文地质条件下，施工方法稍有疏忽，就可能造成灾难性事件。1.2 防沉降对策注浆堵塞泥砂进入隧道的通路，阻止开挖面以外周边泥砂随地下水流动而进入隧道；锚 固掌子面，增强掌子面前方土体抗剪能力；尽快封闭临时支护体系，缩短开挖自由面暴露时 间，减小围岩变形机会；增强钢拱架刚度，并在安装时使其主动受力，减小围岩变形量。2. 地铁隧道矿山法施工技术2.1 小导管注浆技术一般矿山法施工，地下水极易把泥砂带入隧道。原地层让出泥砂原占有空间，形成的地 下空洞势必
4、导致地面沉降。当前流行的“浅埋暗挖法”多用小导管超前注浆（通过注浆堵塞泥 砂进入隧道的通路）。这对隧道顶部减小水量有一定作用；但是对细粒径泥砂来说，掌子面 和墙部仍处在开放状态，不足以制止地下水和泥砂流入隧道。2.2 锚固掌子面技术传统矿山法是使用钢拱架或钢筋网支护开挖面周边，正面则依靠留核心或台阶来稳定掌 子面。如无须掌子面注浆时，建议用锚固掌子面的方法，主动防止掌子面沿土体剪切面滑动。 2.3 浅埋暗挖法技术尽快封闭临时支护体系，缩短开挖自由面暴露时间，减少了地下水和泥砂流入隧道的机 会。缩短开挖自由面暴露时间即减少了临时支护和围岩沉降的机会。“浅埋暗挖法”从上台阶 到仰拱封闭，共4道5道
5、工序，开挖面暴露长度如约15m，暴露面积就近130m2。这样长 距离、大面积将开挖面自由暴露，无疑给地下水、砂、泥进入隧道提供便利。视掌子面稳定 性采用不同的方法开挖，如地质及水文地质条件复杂地段建议采用半断面法；一般地段建议 采用全断面法。这样，开挖自由面暴露时间缩短，每循环进尺限制在24h之内完成，暴露面 积减少到 40m2 以内，减少了泥砂流入隧道的机会，以控制地面沉降。3. 地表沉降分析地表沉降在砂层地段比非砂层地段要大；开挖面未通过测点时，测点位置已发生初始地 表沉降，该点到开挖面的提前距离，在砂层地段比其他地段要长；地表某点发生最大沉降时， 开挖面已通过该点，该点到开挖面的滞后距离
6、，在砂层地段比其他地段要长；地表某点发生初始沉降至发生最大沉降的持续时间，即隧道开挖对地表沉降的影响，在砂层地段约需6一7 个月，非砂层地段则约需3一4 个月。4. 地面沉降控制方法4.1 隧道内注浆4.1.1 超前注浆开挖时要边探、边挖，尤其在含水砂层地段，在拱顶150范围内打4.5m的小导管超前探 明前方水土情况，若遭遇成股水流，立即利用该小导管注浆止水加固，然后继续开挖，以防 地层水土流失、土层固结压缩造成地面塌陷、管线下沉。4.1.2 初期支护背后回填注浆在拱顶沿纵向每隔2m布置回填注浆孔，初期支护完成3天后立即回填注浆，防止空顶 造成地面塌陷。4.1.3 初期支护背后跟踪注浆抬管往沉
7、降报警的混凝土水管下方补打6m长的钢管、注CS双液浆填充土体空隙，防止管线 悬空并抬高水管。采用一次性压浆，水泥浆与35Be水玻璃体积比为1： 0.8，注浆压力0.5 一 I.OMPa，每次注浆平均抬高水管6mm,最大一次注浆将水管抬高17mm。4.1.4二次衬砌背后回填注浆在拱顶沿纵向每隔2m布置回填注浆孔，在完成二次衬砌30天后及时回填注浆，填充二 次衬砌与初期支护之间的空隙，加强复合式衬砌的整体性，防止地面塌陷。4.2 控制开挖轮廓线和开挖面的暴露时间 在地表沉降或水管沉降报警地段，严格开挖一棍封闭成环一棍格栅，有时甚至超短进尺开抢，及时在掌子面初喷50mm厚的混凝土。在非沉降报警地段，
8、则可开挖二棍封闭成环二 棍；双侧壁导坑的侧导坑设计为上、下各2个小导洞开挖。考虑到是浅埋隧道，在施工时为 了降低对土体的扰动，将每个侧导坑细分成上、中、下各3个更小的断面，及时施工仰拱和 临时型钢支撑，安设拱脚锚杆，加强对拱脚注浆和排水处理。4.3 及时封闭成环合理布置开挖顺序，确保临时支撑传力路径顺畅，开挖面不出现偏载，并及时封闭成环 以减少对土体的扰动。4.4合理调整沉降的监测控制值 隧道穿越砂层地段时非常难以保证限值，在保证安全的同时，为节约施工成本，合理调 整地表沉降的报警控制值是必要的。调整地表沉降报警控制值的前提： 必须定时检查马路 有无开裂、空洞等情况。必须采取前面所述的各项控制
9、地表沉降、管线沉降的施工措施， 而且不可将报警值一次放大到位。地铁隧道施工可根据地面交通繁忙、布置在管线上的监测 点不宜施作、管线与隧道呈平行走向关系等特点，可以地表沉降（间接点）代表管线沉降进 行预测。由于地面的安全影响涉及面较广，因此各类地下管线及构筑物的报警值不可调，应 严格按设计及有关规定执行。5. 结合地铁隧道矿山法施工与地面沉降控制的建议 地铁隧道采用矿山法施工时，为控制地表和管线沉降，在地下隧道内采取措施应技术可靠、确保工程安全、成本经济。但同时必须采取多项措施综合治理，如超短进尺、小断面开 挖、超前注浆、控制爆破，有条件时提前施工二次衬砌等，综合使用方可达到控制效果。如 果在隧
10、道通过的地层有砂层存在，则砂层地段与非砂层地段相比，前者的地表沉降值比后者 要大，而且前者地表沉降的持续时间比后者要长。对跨度/埋深2的浅埋地铁隧道，建议： 砂层地段，距离开挖面20m时就应提前进行初始地表沉降的数据采集，而且监测持续时 间应不少于6个月。非砂层地段，距离开挖面10m时就应提前进行初始地表沉降的数据 采集，而且监测持续时间应不少于3个月。结束语：地面沉降引起的各式各样事故常常影响邻近房屋、地面交通、市政管线等设施 一直是矿山法面对的难题。本文对矿山法施工技术的探讨；对矿山法施工中如何加强地面沉 降控制的分析；结合地铁隧道矿山法施工，提出地面沉降控制的建议。以此来提高地铁隧道 矿山法施工质量，强化地面沉降控制措施。参考文献：1 地下铁道、轻轨交通工程测量规范GB50308 一 20102 建筑基坑支护技术规定 GJB02 一 983赵锡宏等.高层建筑深基坑围护工程实践与分析.上海：同济大学出版社，2012325 -3264赵细平.新奥法在高速公路隧道施工中的应用 J .山西建筑，2008，34（23）：
