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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,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,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):
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