文档介绍：富水砂层中暗挖隧道施工沉降控制技术
 
摘要富水砂层中暗挖隧道施工是地铁施工中的一大难点, 常常因沉降过大而引发安全事故。在深圳地铁安-侨区间隧道工程中,通过洞内帷幕注浆、水平旋喷桩、地表井点降水等辅助措施做到了超前控制,在解决隧道开挖安全问题的同时有效地减少了沉降量;施工过程中严格执行了“管超前、短进尺、强支护、早封闭、勤量测”的方针,控制了时空效应,解决了富水砂层中暗挖隧道沉降过大的问题。文章重点分析了沉降原因及控制沉降的关键技术和有效措施。
关键词富水砂层沉降控制暗挖隧道
 
1前言
      在地铁暗挖隧道的施工中, 按规范要求地表沉降应控制在30 mm 以内,但在富水砂层中却难以做到,常常因沉降过大引发诸多沉降事故。在施工中,地面沉降事故占总事故的30%~40%,对工程周围的建筑物以及地下管线产生的影响主要表现为地面开裂、建筑物基础下沉、管线断裂,有的甚至危及主体结构的安全; 同时隧道内的直接表现是拱顶下沉或坍塌,而这种塌陷产生的涌水、涌泥对施工现场的人员、设备安全构成了极大威胁,同时也影响了工程的进度,增加了工程的费用。所以,不论从工程进度和费用的控制方面考虑, 还是从工程质量安全方面来考虑,都要对沉降控制有足够的重视,要从各个方面着手,来有效控制沉降。
 
2沉降原因分析
      富水砂层砂粒含量达30%以上, 孔隙比大,含水量大,具有流动性大、承载力小、自稳性差等特点。砂层中开挖隧道是相当困难的,必须采取如地表降水、地层加固等复杂的措施来保证开挖过程中的安全。隧道以上的土层在自然状态下,一般处于应力平衡的稳定状态,但在地下工程施工中,要通过人工或机械等方式进行土方开挖, 开挖过程中地下水位的下降也会导致土层的压缩变形。富水砂层中沉降主要存在于两个方面: 一是孔隙水压力降低产生的沉降,二是因开挖产生的土体位移。
孔隙水压力降低导致的固结降沉
      一般土层是由土颗粒、孔隙水、气体组成的三相体系,而富水砂层中气体含量较少,主要是由土颗粒和孔隙水组成。外载荷作用在土体上,一部分由孔隙水承担, 即为孔隙水压力; 另一部分则由土骨架承担,即为有效应力,对引起压缩和产生强度有效。在隧道开挖过程中,因为地面井点降水、地下排水等使地下水流失,地下水位降低。随着孔隙水压力降低,作用在上部的载荷则转移到土粒骨架上, 颗粒重新排列、颗粒间距离缩短和骨架体发生错动,因此产生土体压缩、固结而引起地表沉降。
      造成地下水位下降有两个因素:一是开挖过程中洞内流出的水从竖井中抽走,称为“被动降水”;二是隧道开挖前地表井点降水,称为“主动降水”。被动降水是开挖隧道过程中不可避免的。主动降水的目的是降低地下水位,减少水头压力,避免开挖过程中水压过大导致涌水、坍塌等事故,是保证富水砂层中隧道成功开挖最有效的保障;虽然会导致沉降,但是水位下降造成的沉降相对较小, 且沉降较均匀而缓慢,对建(构)筑物影响相对较小。
 
新奥法施工产生的土体位移
      土方的移除、土层孔隙水的排出,必然会改变地层的应力状态,使之处于非平衡状态。这种状态可以在短时间内或者经过较长的时间效应变化之后显现出来,出现坍塌、变形等现象,进而导致地面沉降。
      隧道开挖至初期支护完成之间存在时间差,在这段时间内地层中的土体变