夏 勝 全

(南京地鐵運營有限責(zé)任公司，江蘇 南京 210000)

0 引言

國內(nèi)地鐵建設(shè)的經(jīng)驗表明，軟土地區(qū)的地鐵隧道在建設(shè)期和運營期都會產(chǎn)生較大的沉降。隧道長期沉降和差異沉降，會對結(jié)構(gòu)的安全性、耐久性和防水性能等構(gòu)成嚴(yán)重威脅。

某地鐵隧道位于南京河西地區(qū)，長江漫灘地貌單元，地質(zhì)條件差，工后沉降較大，并且受周邊工程活動影響十分明顯，導(dǎo)致產(chǎn)生沉降變形的原因變得十分復(fù)雜。因此，研究該地區(qū)隧道沉降具有重要的意義。

本文在研究了南京河西地區(qū)長江漫灘相軟土的工程地質(zhì)特性，和調(diào)查了該地區(qū)工程活動和隧道結(jié)構(gòu)病害的基礎(chǔ)上，對南京長江漫灘地區(qū)地鐵隧道沉降的原因進行了分析，提出了治理建議，為地鐵行業(yè)隧道沉降分析和治理提供借鑒和參考。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)條件

該地鐵隧道位于南京河西軟土地區(qū)，屬于長江漫灘地貌單元。場區(qū)地表普遍分布人工填土，以雜填土為主，往下依次為飽和軟土和軟弱土(淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、軟塑粉質(zhì)粘土)，飽和砂性土(包括粉土、砂土、粉質(zhì)粘土與砂土夾層)，下伏基巖為白堊系浦口組K2p泥巖，埋深很深，巖面起伏不大。河西地區(qū)場地地勢基本平坦，地面高程在6.0 m～7.7 m之間。

南京河西地區(qū)位于秦淮河以西，長江以東，地下水主要受長江和秦淮河影響，地表水系發(fā)育。河西地區(qū)地下水分為潛水和承壓水。地下水埋深0.5 m～1.0 m，受季節(jié)性控制，年變幅在0.5 m～1.0 m。

1.2 設(shè)計及建設(shè)概況

該地鐵隧道在工程建設(shè)期間，沿線周邊為空曠的農(nóng)田，場地條件較好，采用明挖順作法施工。如圖1所示，主體結(jié)構(gòu)尺寸為：頂板、側(cè)墻500 mm，中隔墻300 mm，底板600 mm，隧道下臥土層絕大部分為②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(流塑)?；訃o結(jié)構(gòu)采用φ800@1 050鉆孔灌注樁+φ650樁間止水，部分地段采用放坡開挖。地基采用φ500攪拌樁加固，縱、橫間距0.75 m，深度5 m～8 m不等。

在建設(shè)后期施工工期緊張，可能對地層的加固質(zhì)量有一定影響；另外，施工期間突降暴雨導(dǎo)致局部基坑失穩(wěn)，部分鋼支撐變形脫落，圍護結(jié)構(gòu)發(fā)生“踢腳”，對地層產(chǎn)生了一定程度的擾動。

1.3 沿線物業(yè)開發(fā)情況

該地鐵隧道沿線周邊物業(yè)開發(fā)活動較多，工程活動較為密集，開發(fā)規(guī)模較大，基坑工程以面積1萬m2～5萬m2的居多，且大多為商業(yè)項目，地下室層數(shù)為1層～5層，基坑開挖深度5 m～25 m不等。地鐵沿線分布有較多高層建筑，都是在地鐵運營之后修建。

2 隧道沉降變形

該地鐵隧道相對運營初期車站沉降量較小，區(qū)間沉降量較大；區(qū)間最大累計沉降量約300 mm。區(qū)間范圍內(nèi)共形成了5個明顯的沉降槽，沉降槽在形成時間上有所差異，沉降槽有向兩邊擴展的趨勢，且各個區(qū)間上下行沉降槽形狀基本一致。沉降槽均處于②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(流塑)地層中，沉降量較大。

車站與隧道連接處均位于②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土(流塑)地層中，存在較大的差異沉降。而車站與區(qū)間結(jié)構(gòu)剛度差異大，也是造成較大差異沉降的一個重要原因。

3 隧道結(jié)構(gòu)病害

3.1 結(jié)構(gòu)裂縫

自運營以來，隧道襯砌表面一直存在著較多裂縫，且仍有緩慢增長的趨勢，裂縫如圖2所示。裂縫主要形式為垂直于隧道軸線的橫向裂縫(局部已發(fā)展成貫通性裂縫)，少量斜裂縫、無明顯縱向裂縫。裂縫總體發(fā)展方向是由下部向頂部發(fā)展，往上裂縫寬度逐漸變小。裂縫分布于整個隧道區(qū)間，間距0.3 m～0.8 m不等，寬度普遍在0.1 mm～0.3 mm之間，最大達到約5 mm。

3.2 滲漏水

由于存在大量裂縫，隧道內(nèi)一直有比較多的滲漏水病害。產(chǎn)生滲漏水的部位也包含了所有裂縫能涉及到的部位，如拱頂、邊墻、道床以及水溝，如圖3所示。從現(xiàn)場情況來看，滲漏主要為裂縫處的慢滲，局部有快滲現(xiàn)象。

3.3 道床病害

隧道內(nèi)混凝土整體道床不僅有橫向裂縫，還存在著較多的縱向道床與邊墻的剝離縫，并長期伴有翻漿、冒泥、滲漏水現(xiàn)象，部分區(qū)段水質(zhì)腐臭發(fā)黑，伴有氣泡，水溝內(nèi)亦有較多細(xì)砂和粉質(zhì)淤泥狀物質(zhì)沉淀。同時，道床局部地段存在著錯臺。道床相關(guān)病害如圖4所示。

4 沉降原因分析

影響該地鐵隧道結(jié)構(gòu)長期沉降的因素較多，且多重因素相互疊加，使得沉降變得越趨嚴(yán)重。其中最主要的影響因素有：地質(zhì)條件差、周邊工程活動多、河西區(qū)域地層沉降和地下水位變化、隧道結(jié)構(gòu)滲漏水等。

4.1 地質(zhì)條件差且分布不均勻

南京河西地區(qū)是典型的河流沖積二元結(jié)構(gòu)，表層為45 m～65 m厚的第四紀(jì)軟土，沉積物主要是由上部漫灘相細(xì)粒沉積物和下部粗粒河床沉積物組成。上部漫灘相土層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土和粉土層，其中淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層分布廣泛，埋藏淺，層厚約4 m～35 m不等。下部邊灘相砂性土大體上也可分為兩層：上部為粉細(xì)砂層，厚約10 m～30 m不等；底部為砂礫層和砂性土。

該地鐵隧道主要穿越淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土、粉土層，局部穿越粉細(xì)砂層，隧道下臥土層主要為淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土和粉細(xì)砂層，其中下伏地層中較厚的②-2b4淤泥質(zhì)粉質(zhì)粘土層具有高壓縮性、高靈敏度、低強度等特征，地質(zhì)條件差。

各區(qū)間沉降槽位置與區(qū)間地質(zhì)情況均有較為明顯的對應(yīng)關(guān)系。即區(qū)間穿越軟土地層越厚處，該位置區(qū)間累計沉降量越大。區(qū)間所形成較大沉降槽處均為軟土地層較厚處。所以，沿線分布的不均勻軟土是引起隧道不均勻沉降形成沉降槽的重要原因。

4.2 周邊工程活動多

河西地區(qū)地鐵沿線物業(yè)開發(fā)項目較多，工程活動較為密集，開發(fā)規(guī)模較大，基坑工程以面積1萬m2～5萬m2的居多，且大多為商業(yè)項目，地下室層數(shù)為1層～5層，基坑開挖深度5 m～25 m不等，近距離的加載、卸載對地鐵隧道的水平、豎向位移影響較大。

4.3 河西區(qū)域地層沉降和地下水位變化

隨著南京河西地區(qū)大規(guī)模工程的建設(shè)，地面荷載不斷增加，河西地區(qū)地下水位變化明顯，區(qū)域沉降有加劇趨勢。2006年—2012年間，河西地區(qū)地表最大沉降達29.9 cm。該地區(qū)地鐵隧道不可避免地受到區(qū)域沉降的影響，而由于沉降的局部性和不均勻性，其對隧道沉降的影響程度也不盡相同。

4.4 地鐵結(jié)構(gòu)滲漏水

隧道結(jié)構(gòu)的局部滲漏會引起地下水位下降，土體有效應(yīng)力增加，隧道所受浮力減小，從而產(chǎn)生附加沉降。尤其隧道穿越或者下臥的淤泥質(zhì)土層厚度大的區(qū)段，滲漏引起的沉降量大。

5 綜合治理原則

因沉降是引起隧道病害的主要原因，雖然周邊地塊開發(fā)已經(jīng)完成，引起隧道沉降的主因可控，但區(qū)域地下水變化、列車震動、結(jié)構(gòu)滲漏水等不利因素依然存在，因此，應(yīng)采取措施控制后期沉降，加強保護區(qū)管理，確保隧道正常使用。

針該地鐵隧道沉降治理提出以下建議：

1)隧道內(nèi)表觀病害，如滲漏水、裂縫、道床脫空、翻漿冒泥、變形縫滲漏等，應(yīng)及時采取措施治理，防止其發(fā)展劣化，影響結(jié)構(gòu)耐久性和形成次生病害，增加后期治理成本，具體治理措施可參照GB 50367—2013混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范等規(guī)范執(zhí)行；

2)隧道不均勻沉降應(yīng)先治理沉降槽累計沉降最大、隧道相對變曲超限、結(jié)構(gòu)變形縫等部位，在實施治理之前，具體參數(shù)需經(jīng)試驗確定；

3)隧道日常維保應(yīng)該嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和操作規(guī)程進行檢查和維修；

4)加強對地鐵沿線物業(yè)開發(fā)的監(jiān)控，在確保地鐵運營安全的前提下，要求保護區(qū)范圍內(nèi)的工程活動必須采取相應(yīng)的地鐵保護措施。

6 結(jié)語

隧道沉降及沉降引發(fā)的結(jié)構(gòu)病害，對結(jié)構(gòu)安全性和耐久性構(gòu)成威脅。長江漫灘地區(qū)，由于地質(zhì)條件差，以及受到周邊工程活動的影響，隧道沉降更加嚴(yán)重，也更為復(fù)雜，應(yīng)及時采取措施治理，控制后期沉降。

除此之外，今后在長江漫灘軟土地區(qū)，對隧道設(shè)計、施工應(yīng)提出更高、更嚴(yán)格的要求，增加對隧道地基預(yù)加固以及隧道縱向受力的考慮，采取相應(yīng)的措施減少施工對地基土體的擾動。