肖昱XIAO Yu；董延昭DONG Yan-zhao

（石家庄市轨道交通集团有限责任公司，石家庄 050000）

0 引言

地铁隧道通常敷设于城市道路下方，在地铁隧道建设施做过程中，不可避免引起隧道影响区周边岩土体扰动，破坏原有岩土体内部平衡，尤其是在施工中存在水文地质条件较差地层情况下，诱发地层出现一定数量的沉降与变形，严重情况下可能影响隧道上部建构筑物的结构安全，导致造成财产乃至生命损失。因此，研究地铁区间隧道下穿既有建构筑物沉降规律对于处理围岩稳定、支护设计提高变形控制技术具有重要的现实意义。

王梦恕[1]院士2004 年出版的《地下工程浅埋暗挖技术通论》全面透彻系统地总结阐述了城市地铁浅埋暗挖工作原理、参数选取、管理理论；阳军生、傅鹤林、康雪军等结合其他城市地铁建设差异地层、环境等暗挖隧道具体施工参数开展了广泛研究[2-12]，以便充分发挥暗挖技术优势。

浅埋暗挖法虽然在国内其他城市地铁隧道建造近30年的工程实践中积累了相当丰富的经验和理论，但切合石家庄地铁工程实践而言，虽然可以借鉴国内其他城市类似地层的设计施工经验，但计算中对本地区矿山法工程设计及施工参数范围及施工规律作类似经验假设显然不妥，尤其对无水砂层为主的松散地层矿山法工程设计及施工，当前国内提供可借鉴的试验、量测、分析统计及理论分析等规律总结相对较少，在应用上受到一定限制。基于上述研究现状，有必要结合石家庄地铁建设实践，针对石家庄地区松散地层特点，从具体留~火区间矿山法施工的大断面开挖支护、变形、破坏和稳定性设计施工出发，分析研究地表及地下过街通道沉降控制措施，确保地铁隧道施工及地下过街通道运营安全。

1 工程概况

留村站～火炬广场站区间沿长江大道东西向敷设，位于长江大道中间绿化隔离带正下方；自留村站向东下越昆仑大街至火炬广场站，区间垂直下穿两座地下过街通道。区间隧道设计为双线单洞大断面，区间开挖断面宽度12m、高度9.735m。线路平面为直线型式，Az 值88°9＇3.00″，左右线路间距5.1m，隧道拱顶覆土10.3～12.2m。隧道结构顶板埋深10.0~11.5m，结构顶板周边围岩组合主要为粉细砂层、中粗砂层，修正后围岩分类属VI 级围岩，围岩土体自稳能力差，形成自然塌落承载拱困难，施工过程中较易引起洞顶塌落。隧道结构边墙围岩组合主要为粉细砂层、中粗砂层和中粗砂（含卵石）层，修正后围岩分级属VI 级围岩，岩土施工工程分级属I 级，隧道结构处于地下水位以上，不考虑地下水影响。区间隧道（地质）纵剖图见图1。地下过街通道结构型式为等截面现浇钢筋混凝土闭合矩形框架结构，筏板整体基础，宽12m、高3.9m。通道底板距区间初支一次衬砌结构净距约为2m，区间拱部土层为粉细砂层。

图1 区间隧道纵剖图

2 数值分析模型建立

2.1 模型尺寸及网格划分

以留村站～火炬广场站区间双侧壁导坑法（6 导洞）施工为工程背景建立计算模型，采用FLAC3D（三维有限差分程序）开展模拟计算，考虑模型建立尺寸效应引起的计算误差，计算范围取：左右边界取4 倍断面宽度，下边界取4 倍断面高度，上边界到地面，纵向为24m，整个模型长24m、宽62m、高38m，计算模型见图2。模型底部施加固定约束、四周边界施加水平约束、顶面自由无约束。

图2 数值模拟模型示意图

2.2 计算参数选取

模型中土体、初期支护、二次衬砌均按照实体单元进行模拟，土体采用弹塑性本构模型Mohr-Coulomb 准则、初支和二衬均采用弹性本构关系。超前支护小导管注浆加固范围土体选取提高土体力学参数条件进行模拟。根据勘察报告，计算用土体的力学物理性能指标见表1。

表1 土层物理性能计算指标

超前小导管注浆加固范围及支护结构计算参数见表2。

表2 支护结构单元模拟计算参数

3 地表沉降特征分析

为消除边界效应引起的计算结果影响，选择中间截面地层沉降进行分析，施工各阶段地层变形分析见图3。

图3 施工各阶段地表沉降监测曲线

从施工各阶段拱顶沉降量变化可看出：拱顶最大沉降量在不同施工阶段呈现量值不同的变化规律；导洞1、导洞2 上台阶开挖后，导洞拱顶最大沉降量2.89mm；导洞1、导洞2 下台阶开挖完成后，导洞拱顶最大沉降量3.24mm；导洞3、导洞4 开挖完成后，拱顶最大沉降量为14.05mm；导洞5 上台阶开挖完成后，洞顶最大沉降量为16.52mm；导洞5 下台阶开挖完成后，洞顶最大沉降量为17.43mm；导洞6 开挖完成，拱顶最大沉降量33.42mm；截断局部临时支撑后，浇筑底板及两侧墙二衬，顶紧临时支撑后，拱顶最大沉降量为35.71mm；破除剩余临时支撑，浇筑剩余二衬结构，形成封闭二衬，拱顶最终沉降量为42.60mm。

临时支撑未拆除前，拱顶最大沉降量为17.74mm，拆除底部支撑后，拱顶最大沉降量为36.71mm，拱顶最终沉降量为46.91mm。可见拆撑引起拱顶沉降显著。

施工完成后，不同埋深处最终沉降曲线见图4。

图4 不同埋深处沉降曲线图

沉降槽呈“V”字形，地表最大沉降量为22.31mm。从图4 可以看出，不同断面处各地层沉降位移曲线均呈“V”形。地下过街通道的最大沉降值30.11mm 满足沉降要求，可见对地下建筑的沉降控制效果较为理想。

4 现场监测分析

4.1 现场监测沉降规律

留~火区间使用双侧壁6 导坑法进行开挖施工的时，在地表建立施工监测点，对施工过程开展地表沉降变形监测，测线长60m，一共设置13 个测点。地下过街通道处地表监测点布置见图5。

图5 地下过街通道处地表监测点布置图

在开挖施工期间对地表测点的沉降进行观测，由于左线测点在施工过程中因人为因素观测次数偏少，考虑隧道开挖引起的地表变形左右对称特征，仅对左线测点的沉降值生成曲线。地表监测沉降曲线见图6。

图6 地表监测沉降曲线图

在图中可观察到：①在施工过程中引起的土层的竖向位移会不断增大。②地表处的最大沉降量为21.04mm，位于监测点J-07。与数值计算结果趋近，说明数值计算结果对现场施工具备指导作用。

4.2 沉降控制措施

①开挖前选择超前深孔注浆加固地层，加固范围包括初衬外侧2m、内侧1m，沿线路向前后5m，共24m。

②隧道采用双侧壁六导坑法施工。相邻导洞前后错开10~15m，各导洞采用上下台阶法施工，上下台阶距离控制在3~5m，同时各台阶基于土层自稳状态采用1：（0.5~0.7）放坡，核心土断面应等于或大于开挖断面的50%，核心土纵向长度应不小于3m。

③施工期间分步对掌子面进行注浆封闭。沿隧道断面方向，注浆导管间距600×600mm。导管单根长度3.0m、沿隧道纵向注浆加固循环长度3m、各注浆循环段纵向搭接1m。注浆材料选用水玻璃浆液。

④分步环形开挖预留核心土，开挖后分步架设钢格栅，及时施做网、喷支护措施，在上部初衬保护之下开挖下部断面土方。施工过程严格控制每步开挖循环的进尺，不得超过设计钢格栅间距；遇特殊困难地段，应适当缩短开挖进尺，相应匹配缩小钢格栅间距。

5 结论

通过对石家庄地铁1 号线留村站~火炬广场站区间浅埋暗挖大断面区间隧道施工的进行数值模拟计算，结合现场变形监测，进行了隧道施工地表以及地下建构筑物沉降规律研究，得出以下结论：①由数值模拟可知，在施工的不同阶段地表的下沉量存在较大差异。拆除下部临时支撑及形成最终封闭二衬两个阶段的地下过街通道下沉量占地下过街通道最大下沉量的79%，所以控制这两个阶段的地层变形是减少地下建筑物最终变形的关键。②留~火区间选择双侧壁六导坑法施工，能够有效控制地表以及地下过街通道的沉降量，其中地表的最大沉降量为20.20mm，地下过街通道的最大沉降量21.01mm。③加强超前支护进行小导管注浆，切实跟进拱背空洞充填压注浆液，是防止和减少地表沉降影响的重要技术手段。施工中，认真进行了超前小导管注浆加固，改善了土层结构，在初衬完成后又及时进行了拱背回填注浆，填充了初衬与围岩的部分空隙，有效地减少了地表沉降量。