趙 杰

（中鐵十九局集團第五工程有限公司，遼寧大連 116100）

1 工程概況

青島地鐵四號線錯埠嶺站所處遼陽西路較平坦，地勢東高西低，西端地面標高28.3 m，東端地面標高32.4 m，地面提升高度4.1 m 左右。車站有效站臺中心里程YDK8+885.500，起訖里程YDK8+800.745—YDK9+022.245，總長221.5 m，軌面高程為-1.000 m，拱頂埋深12.5～17.28 m，覆巖2.5～8.5 m。錯埠嶺站主體采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法分三層九部開挖施工，車站兩端設(shè)置1 號、2 號施工豎井，并在新業(yè)廣場停車場內(nèi)設(shè)置臨時施工豎井，臨時施工豎井及橫通道兼做部分B 出入口通道。

2 數(shù)值模擬與結(jié)果分析

2.1 建立模型

在MIDAS 軟件無法直接導(dǎo)入CAD、REVIT 等模型，因此將圖紙尺寸按1∶1 在MIDAS 軟件中繪制，并以此繪制圖作為隧道模型。

在MIDAS 軟件的模型繪制過程中，X、Y、Z 三坐標分別代表錯卜嶺隧道的軸向、橫向以及縱向。應(yīng)用圣維南原理可以得到，施工過程中的擾動作用范圍主要在隧道洞徑3 倍范圍內(nèi)，故X、Y、Z 三軸均選取3～5 倍洞徑的距離繪制隧道整體模型，隧道最底處埋深40 m，并在隧道周圍及內(nèi)部設(shè)置錨桿及初支。緊隨隧道之后是土層的繪制，需要注意的是，由于參數(shù)相近，此處將回填土和黏土統(tǒng)一設(shè)置成全風化土層，砂土層及頁巖土質(zhì)層統(tǒng)一設(shè)置成半風化土層，各類巖石土質(zhì)層設(shè)置為硬巖層，分別位于模型上、中、下三層。

隧道X、Y、Z 軸數(shù)據(jù)分別設(shè)置為120 m、60 m、100 m，拱頂處埋深為20 m，施工步序為2 m/d，模擬開挖方式采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑法，每個導(dǎo)洞劃分為30 個模塊，14 個導(dǎo)洞共420 個模塊。

2.2 參數(shù)選取

模型簡化的三種土層和初支（噴混）的各項參數(shù)，需要結(jié)合地質(zhì)勘察資料進行分析。

初期支護的主要施做方法為現(xiàn)澆混凝土，其力學性能參數(shù)參考《地鐵設(shè)計規(guī)范》確定。模擬過程忽略錨桿及鋼拱架，因此其強度應(yīng)折算進初支中，由此得出初期支護彈性模量計算式。

2.3 地表沉降規(guī)律分析

模擬隧道施工主要研究內(nèi)容為地表沉降槽曲線走勢、最大沉降數(shù)據(jù)、沉降橫向偏移情況以及隨著施工進行中的沉降走勢。本文通過數(shù)值模擬云圖對所研究內(nèi)容進行圖像化展示。

對比分析不同階段的地表沉降云圖可得，在軸向地質(zhì)變化不大的情況下，沉降曲線呈雙V 字形分布。具體過程為施工初期階段，沉降影響范圍向兩側(cè)擴展，最大沉降值也在增加，上導(dǎo)洞打通后，沉降范圍及最大沉降值隨施工過程的變化逐漸減小。整個施工過程中沉降影響范圍可達隧道中線左側(cè)20 m 至右側(cè)15 m 之間，最大沉降值發(fā)生在隧道中線偏左5 m 處，其最大沉降量約為25 mm。用Origin 軟件繪制成地表總沉降曲線圖進行對比分析，如圖1 所示。其中工況1 為上斷面上導(dǎo)洞打通時的沉降槽曲線，工況2 為上斷面打通時的沉降槽曲線，工況3 為隧道打通時的沉降槽曲線，橫坐標為隧道偏移量，縱坐標為沉降量。

圖1 地表總沉降槽曲線

右側(cè)地表沉降明顯低于左側(cè)，主要是模型設(shè)置中，為了符合實際地形情況而設(shè)置的左高右低，其左右高度差最大約為10 m。

由此可得，在有充足的支護襯砌的支撐之下，上導(dǎo)洞的施工對地表沉降量的影響較大，下導(dǎo)洞的施工對于地表沉降的影響較小。地表沉降值在沉降槽中軸線兩側(cè)基本呈對稱分布，其影響區(qū)域在中軸線兩側(cè)18 m 左右，且隧道施工過程中模擬的地表沉降槽曲線符合基于Peck 公式推出的地表沉降槽曲線。

3 現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)與分析

3.1 隧道主體沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)

錯埠嶺站于2018 年7 月1 日復(fù)工至2018 年8 月26 日拱部左、右導(dǎo)洞貫通封閉成環(huán)完成期間，位于DK8+947 到DK8+990 大約50 m 范圍區(qū)域地表沉降監(jiān)測數(shù)據(jù)呈下沉趨勢，截至2018 年8 月26 日，錯埠嶺站拱部左、右導(dǎo)洞貫通封閉成環(huán)完成，封閉成環(huán)后監(jiān)測數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定無異常變化，地表沉降最大累積達到-97 mm（DBC16-05），地表沉降歷史累積變化-85 mm，拱頂沉降最大累積達到-30 mm；2018 年8 月26 日至2018 年10 月6 日2 號豎井與橫通開挖期間，地表沉降最大累積變化-2 mm，拱頂沉降最大累積變化-1 mm；2018 年10 月6 日主體右中導(dǎo)洞開始施工至10 月31 日地表沉降累積最大變化-7 mm，拱頂沉降累積最大變化-10 mm。

車站地表沉降監(jiān)測布點采用沿隧道中線上方密集布設(shè)，除此之外的隧道施工影響區(qū)布點較為稀疏。

3.2 隧道沉降影響及分析

結(jié)合施工工況，在對比分析后，沉降變化呈如下規(guī)律：

（1）復(fù)工前隧道沉降趨于穩(wěn)定。沉降過程發(fā)生在約兩個月的施工階段，除此之外的沉降過程則發(fā)生在2 號橫道打通階段。由此可知施工擾動造成了大范圍的松動區(qū)，是造成地表沉降的主要原因[1]。

（2）斷層破碎帶對隧道施工的影響。地表沉降及拱頂沉降偏大區(qū)域基本位于F19、F20 斷裂構(gòu)造帶影響區(qū)域，剛施工至此位置時，即在2018 年8 月10 日左右，拱頂出現(xiàn)較快沉降，表明破碎帶厚度、傾角以及水壓力等都對施工沉降有較大影響。

（3）隧道沉降發(fā)生的時間與開挖工序相對應(yīng)，當支護結(jié)構(gòu)封閉成環(huán)后沉降數(shù)據(jù)趨于穩(wěn)定，且沉降持續(xù)發(fā)生滯后掌子面約20 m。

（4）上層導(dǎo)坑開挖過程中產(chǎn)生的沉降占總沉降量的60%～80%，中層導(dǎo)坑在開挖過程中沉降量在10 mm 左右，遠遠小于上層導(dǎo)坑開挖時發(fā)生的沉降[2]。

3.3 模擬與實測數(shù)據(jù)對比

模擬過程中取最大沉降點數(shù)據(jù)，繪制模擬點沉降曲線圖，實測數(shù)據(jù)點取DBC10-06，繪制實測數(shù)據(jù)沉降曲線圖。

實際工程中復(fù)工日期為2018 年11 月，所取數(shù)據(jù)為該日期之后。對比分析兩圖曲線走勢基本相同，都有一段急速下降區(qū)域，并最終趨于平緩。兩圖的區(qū)別主要表現(xiàn)在實測數(shù)據(jù)下降趨急與緩之分，甚至部分時間還會有凸起。這主要是由于該段區(qū)域穿越斷層破碎帶，造成部分階段的急速沉降，并在之后的支護過程中，注漿過量便會造成沉降數(shù)據(jù)不降反升。這些現(xiàn)象在模擬曲線中不會出現(xiàn)。

由圖可知模擬過程中的沉降總量約為16 mm，而實際測量沉降總量約為33 mm，主要原因是斷層破碎帶造成的過量沉降沒有在施工模擬過程中考慮。但兩圖的曲線走勢幾乎相同，因此該模擬過程可以作為實際工程中理論分析所用。

4 沉降控制措施及建議

4.1 超前地質(zhì)預(yù)報

在斷層破碎帶較多的地質(zhì)條件下進行隧道施工，超前地質(zhì)預(yù)報是一項必不可少的工作，它可以有效預(yù)防突發(fā)情況，還可以確保施工進度，并且在預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生、確定施工方案、保障施工安全等方面具有重要作用。青島地鐵4 號線錯埠嶺站隧道主洞施工前全程采用超前地質(zhì)預(yù)報預(yù)測。超前地質(zhì)預(yù)報的種類很多，針對不同的施工環(huán)境及地質(zhì)類型，應(yīng)采取不同的超前地質(zhì)預(yù)報方法[3]。

4.2 支護手段

（1）開挖后及時進行初期支護，提高圍巖的自穩(wěn)能力，為了保證支護的及時性，調(diào)整部分工序，在出碴的同時進行拱架安裝及噴砼，縮短支護時間。

（2）施工現(xiàn)場采取有效的拱腳支墊、楔緊措施。

（3）鎖腳及邊墻錨桿采用錨固劑填塞加注漿措施，減少錨桿漿體等強時間；拱腳位置加密縱向連接筋以增大拱腳縱向整體性強度等措施來控制開挖過程中產(chǎn)生的沉降。

4.3 其他措施

（1）盡可能減少開挖過程中上下臺階跟進時間差及拱部回填時間差，若掌子面自穩(wěn)性較好應(yīng)盡可能采用全斷面開挖，減少分部，可避免因分部過多而產(chǎn)生的疊加累積沉降。

（2）地表注漿措施對砂層和巖層界面起到了一定的封閉堵水的作用，減少了地下水的流失，對減少沉降較有利。同時，加強初支背后注漿，對初支基面滲漏水部位周期性注漿堵水。

（3）對位于強風化、中風化地層的主體結(jié)構(gòu)中層導(dǎo)坑采取徑向注漿加固周邊地層，若施工單位工藝可行則優(yōu)先考慮帷幕注漿加固堵水。

5 結(jié)語

綜上所述，隨著我國經(jīng)濟水平的不斷發(fā)展和交通壓力的逐漸增大，地鐵在越來越多的城市得到普及。在城市地鐵建造過程中，發(fā)生了許多地鐵隧道施工引起地表沉降，導(dǎo)致路面損壞甚至冒頂或塌陷的現(xiàn)象，其根本原因是因為施工過程中，機械或爆破造成地下巖土層擾動，致使土層產(chǎn)生變形，造成不同程度的地表沉降或隆起，這種現(xiàn)象給施工安全帶來了嚴重隱患。因此，分析地鐵隧道施工過程中地表沉降產(chǎn)生的原因、規(guī)律，并采取相應(yīng)的措施，對于保證隧道的施工安全具有重要意義。