区域性沉降对地铁建设的影响及应对措施.doc

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区域性沉降对地铁建设的影响及应对措施分析

段浩

中煤邯郸中原建设监理咨询有限责任公司

[摘要]以处于区域性地面沉降槽的西安地铁某线路地面工程控制点变化为例，分析区域性地面沉降给地铁工程建设带来的危害，并结合工程施工实际从设计、施工等方面提出应对的措施，以期能够给类似地质条件下的地铁建设提供参考。

关键词:

地铁沉降施工设计措施

受地铁线路走向和规划的限制，一些城市地铁线路不得不穿越城市的区域性沉降槽。

西安地铁在建线路建设周期里地面沉降达到150mm以上。

地铁工程穿越地面沉降槽地段的设计和施工成为地铁建设成败的关键点。

 1、工程概况:

西安地铁三号线太白南路站～吉祥村站区间暗挖隧道。

右线全长为1449.141m,左线全长1441.465米；隧道穿越f6，f6`，f7地裂缝。

f6地裂缝与拟建线路相较于YDK18+880.9；f6`地裂缝与拟建线路相较于YDK18+945.8；f7地裂缝与拟建线路相交于YDK19+910均表现上盘下降下盘上升的正断层特。

《西安地区环境地质图集》显示太～吉暗挖区间地处西安市地面沉降区内；长安大学《西安地铁沿线地面沉降与地裂缝监测成果简介》中，受地裂缝影响，显示2010-2011年间，区间暗挖一号竖井（豪盛时代附近）所在地区年沉降量为90mm。

2、对地铁建设的影响分析:

（1）受区域地面沉降的影响高程控制点必将受到影响，高程控制点的高程处在变化之中。

本区域所使用的高程控制点阶段性测量数据变化见表1。

由表1可见豪盛时代华城二等高程水准点2011年1月18日~2013年10月11日期间，沉降高达156.3mm。

20111.18

2012.5.28

2012.12.25

2013.4.4

2013.7.3

2013.10.11

2014.1.25

名园新居

0.000

-14.9

-15.8

-15.8

-10.2

-15.5

-6.7

新一代公寓

0.000

-17.6

-20.6

-20.6

-12.7

-23.4

-14.5

太白小区

0.000

-19.2

-38.9

-65.8

-78.1

-97

-97

豪盛时代华城

0.000

-19.8

-74.3

-122.3

-137

-156.3

-156.3

二等高程水准点阶段沉降值对比表（表1）

（2）地铁工程为线性工程，车站或区间不同开挖面之间存在高程贯通问题。

由于地面沉降的不均匀，造成不同开挖面之间存在差异沉降。

相邻各工点使用不同的水准控制点，因各控制点之间的差异沉降且差异沉降较大，造成相邻工点之间土建结构、轨道结构以及设备之间衔接出现偏差。

由高程控制点复测数据可知差异沉降将大大超过设计偏差范围。

（3）在地铁车站、隧道等单体工程施工时，由于土建施工工期较长，所依据的水准点高程处于变化之中，如果水准点和结构本身发生差异沉降，有可能造成不同时期施工的土建结构出现错台现象。

（4）对暗挖隧道施工的影响。

对按照初始控制点高程和设计中心轴线高程施工的隧道初期支护，随着过程中控制点高程的变化成型隧道初期支护结构下沉，隧道初期支护实际中心线下移。

在施工二次衬砌时按照设计隧道中心高程施工则隧道初期支护侵限，特别是后期施工的隧道随着施工时间的延长侵限值变得越来越大；如根据测量情况调整控制点标高则在2次控制点标高调整使用节点时间施工的初期支护呈阶梯变化；同样情况二次衬砌施工也会遇到相同的问题。

表2为ZDK19+255～ZDK19+321段初支侵限数据统计表，由表2可见，初期支护侵限可达120mm。

ZDK19+255～ZDK19+321段初支侵限数据统计

设计里程（ZDK19+

左线竖直方向侵线量（mm）

备注

255

-65

初支施工时采用2012年10月份控制点标高；断面检测采用2013年8月控制点测量标高；隧道初支外放量50mm

266

-53

277

-120

287

-79

299

-56

321

-89

（5）对隧道结构的影响。

区域性沉降槽一般沉降槽周边沉降速率较小、中间部位沉降速率较大。

受沉降槽周边沉降与中心沉降差异的影响，造成隧道衬砌变形及受力破坏。

现场观察发现，隧道施工缝等薄弱节点出现后期裂缝和渗漏现象。

（6）对铺轨工程的影响。

受地面沉降的影响，车站及区间结构底板水准点发生了沉降，水准点高程发生变化，如果按原设计水准点高程进行铺轨，轨道高程将高于于设计高程，造成结构净空紧张或不满足行车要求；由于差异沉降导致车站及区间的沉降速率不一致，贯通后的隧道实际坡度与设计值不一致，对铺轨工程亦产生影响。

（8）地铁隧道的过大不均匀沉降会对地铁结构本身和接头的安全性、耐久性及防水性等产生影响：

严重的不均匀沉降甚至会威胁轨道的平顺度、乘坐舒适度及地铁的安全运营。

3、区域性沉降应对措施:

3.1预控措施

（1）如过地铁线路规划在区域性沉降槽内，建议建设单位对该区位地质环境进行监测和历史数据的收集。

在地铁施工前一段时间内，展开长期地面沉降监测工作，对收集的历史数据和实际测得的近期数据进行分析研究。

通过监测、预测地面沉降发展变化的趋势，确定地面沉降范围、沉降速率、幅度及其与地铁线路的关系，掌握地铁建设线路范围内地面沉降规律，反馈于地铁线路设计部门。

（2）通过对已建成线路在不同阶段（如：

降水前期、围护结构施工期、施工降水期、停止降水恢复期以及竣工后期和运营期）的地面沉降监测数据分类分析，确定施工降水在该区域对地面沉降的影响大小，然后反馈于设计部门进行设计调整。

（3）对主要有地下水过量抽取造成的区域性沉降，应停止抽取地下水，降低沉降槽的进一步发展，特别是控制地铁沿线地下水的抽取。

3.2结构设计措施：

（1）车站和隧道起点应设置在区域性沉降槽外或沉降较小的部位；隧道起坡宜设在区域性沉降槽的边缘，调线调坡时起坡点不变。

（2）在车站围护结构设计上，利用围护结构建立有效的围护结构止水帷幕控制地下水土流失，减少基坑周边沉降；

（3）区间隧道在结构上采取加密变形缝、沉降缝设置，以增加地铁隧道适应变形的能力，例如：

本区域地铁线路穿越沉降槽时隧道结构设计上采用60-80m设置变形缝、沉降缝；对于穿越地裂缝，可看做沉降槽的特例，在隧道的结构设计上采用了15-20米设置特殊变形缝。

（4）轨道结构与隧道主体结构的变化之间存在沉降差异，这将影响运营中轨道平顺度要求，为保证地铁车辆运营平稳，在运营中要对轨道进行调整，轨道调整可能导致隧道净空不能满足限界要求，影响地铁运营安全，因此，在隧道断面上应加大隧道净空设计，以满足由于轨道平顺度要求而须进行的轨道调整。

（5）在隧道和坡度设计上预留余量，以减少因沉降变化对轨道坡度的影响和因轨道坡度不能后期增加造成的隧道结构侵限。

（6）在车站结构设计上可采取适度加大站台层净空高度，预留施工期调线调坡余量；加大车站与隧道预留接口结构设计尺寸，保证隧道与车站的衔接和后期沉降变形须进行结构调整的需要。

（7）对地裂缝或区域性沉降区域做出轨道工程专项设计，以满足运营时对轨道变形的要求。

轨道设计应对沉降区域预留后期轨道变形调整余量，轨道结构可采用轨道垫板或碎石道床结构。

在地铁隧道穿越沉降槽区域内采用碎石道床结构，以益于轨道变形调整。

3.3施工测量措施

地铁工程建设周期一般在3-5年年以上，水准控制点高程数据难以做到实时更新，一般3-6个月复测更新1次。

在本工程施工过程中高程控制点经过复测，如果发现沉降，则采用及时更新施工所用的水准控制点高程数据，不改变隧道中心设计高程的方法指导施工。

通过实践，发现该方法不能解决水准控制点高程更改前的结构下沉所产生的影响。

由于地面沉降存在持续性，而高程控制网复测具有周期性间隔，距上次复测时间越长，控制点的高程变化越大。

施工使用的水准控制点数据随着复测而更新，再用更新后的成果指导新建结构的放样，这就导致依据旧的水准控制点高程数据完成的既有结构与依据更新后水准控制点高程数据放样的新建结构之间出现矛盾，例如，隧道与车站出现衔接偏差，隧道初期支护断面侵限成锯齿型等。

为解决这些测量控制问题，在施工测量控制过程中应采取以下措施：

（1）地铁水准控制网一般选取3个以上的水准控制点，在施工过程中相邻区间和车站选取1个水准控制点作为车站及附近施工竖井的控制依据，其他控制点作为检核使用。

施工过程中不对水准控制点高程数据进行更新，保证施工过程中单体结构衔接的准确性。

车站在第1块结构底板施工完成后，通过水准控制点联系测量将地面水准控制点高程传递至结构底板上，在以后整个车站结构施工过程中以该结构底板水准点的高程指导施工。

区间隧道在施工开始前，通过水准控制点联系测量将水准控制点高程从地面传递至位于竖井或车站结构上并以该水准点的高程指导隧道施工掘进；在隧道贯通前依据规范给定的距离要求，实施相邻工点之间的地下水准控制点联系测量，统一相邻工点之间水准控制点高程，然后利用统一后的水准控制点高程数据测量开挖面以及贯通面实际高程数据调整开挖高程，以实现隧道顺利贯通。

（2）加强水准控制点的定期复测，掌握水准控制点及地面沉降规律，分析地铁隧道结构可能发生的沉降。

根据水准控制点复测数据，调整线路轨道的轴线高程，调整时应以两端车站水准控制点复测数据为依据。

3.4施工控制措施

（1）优化车站或隧道施工降水设计，施工期间严格控制施工降水，落实按需降水，控制降水井深度、降水时间、优化降水井分布，减少地下水的抽采。

隧道开挖采用堵水施工工艺，做到按需降水减小施工降水对区域性沉降的影响。

（2）定期复测水准控制点高程，掌握水准控制点及地面沉降规律，分析地铁隧道结构可能发生的沉降量，增大隧道初期支护断面的外放量，保证隧道结构施工和整个工程建设期间的限界要求。

（3）统筹地铁建设工期，尽量缩短相邻工程和单体工程的施工周期，并统一水准控制点高程的使用，减小因工期过长带来的结构衔接差和水准高程不统一带来的误差。

（4）在隧道区间贯通及贯通数据更新前以及路调线调坡完成前，不进行站台板、轨顶风道施、设备安装等工作。

减少由于沉降影响和贯通前后的水准点高程数据偏差导致的设计变更。

参考文献：

1、鲁志鹏，地铁盾构隧道中纵向长期沉降的安全性评估研究，《隧道建设》（增刊）2010年8月

2、：

陈正松;罗志才;李琼等：

上海地区地面沉降原因分析，《大地测量与地球动力学》2009年第S1期

3、耿长良 陈大勇 李承鹏 ：

地面沉降对地铁施工测量的影响及应对措施，《测绘通报》2011年11期

作者简介：

段浩高级工程师；中煤邯郸中原建设监理咨询有限责任公司；地址：

河北省邯郸市滏河北大街114号；邮编：

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