武汉地铁罗园区间隧道施工地表沉降监测与分析

叶 红 陈燕平

(1.武汉交通职业学院交通工程系，湖北武汉 430065;2.武汉交通职业学院艺术系，湖北武汉 430065)

地铁隧道工程的建设过程，给人们的生活带来一定的安全隐患，一般会引起地表、建筑物的沉降，严重时会造成塌陷。例如，2007年3月28日北京地铁10号线工程发生塌方[1]，2008年1月17日，广州地铁5号线施工中突然涌水，发生塌方，导致珠江大桥引桥下的双桥路旁地面突然下陷[2]，造成了巨大的经济损失和社会影响。因此，为了精确的预测出由于地铁隧道开挖引起的地表沉降值、沉降影响范围，很有必要通过工程实例来对城市地铁隧道施工所引起的地表沉降进行研究。

1 工程概况

武汉市轨道交通罗园区间隧道采用单圆盾构法施工，隧道直径为6 m，埋深约9.492 m～16.2 m。该区间隧道建场地地形平坦，坡降较缓，地表绝对高程一般在20.09 m～22.93 m之间，地貌为堆积平原区，属长江冲积Ⅰ级阶地。场地分布地层为:杂填土，厚度0.4 m ～2.2 m;素填土，厚度 0.4 m ～ 2.8 m;粉质粘土，厚0.8 m ～4.6 m;粉质粘土，厚 1.0 m ～5.3 m;粉质粘土夹粉土、粉砂，厚1.1 m ～6.8 m;粉质粘土、粉土、粉砂互层，厚1.3 m ～6.5 m;粉细砂，厚 4.7 m ～12.5 m;粉质粘土，厚 0.5 m ～5.8 m;细砂，厚11.0 m ～17.5 m;中粗砂夹砾卵石，厚 0.5 m ～2.5 m;强风化泥质砂岩，厚1.5 m～9.6 m;中风化泥质砂岩，最大揭露厚度19.1 m;强风化砂砾岩，厚6.1 m ～9.0 m;中风化砂砾岩，厚2.0 m ～6.0 m。罗园区间隧道上层滞水水位埋深一般为1.4 m～3.8 m，稳定水位埋深为1.1 m～3.3 m;承压水测压水头标高一般为18.5 m～20.0 m左右，承压水头标高年变化幅度在3.0 m～4.0 m之间。

2 地表沉降监测方法

为了确保罗家港站至园林路站区间隧道在开挖过程中的施工安全，在隧道上方的地表布置了地表沉降点，如图1所示;通过观察地表沉降了解隧道施工对周边环境的影响情况以及对结构的稳定性进行评价。地表沉降点在埋设工程中，直接将道钉打入设计位置处的地表，如图2所示。在监测过程中，采用精密水准仪，按国家二等水准要求观测，以此确保监测结果的准确性。

3 计算方法

对于地铁施工引起的地表沉降的计算方法一般是经验法，这种方法在岩土工程勘察和试验的基础上，根据地铁隧道埋深、隧道上方岩土体的力学性质、施工方法及水位条件等，利用理论分析[3]和经验公式[4]计算地表沉降值和地表沉降范围。柳厚祥[5]给出了经验公式:

其中，H为隧道埋深;D为隧道直径;K为地表沉降宽度系数，一般取0.4～0.55;c为隧道上方覆土的凝聚力;φ为隧道上方覆土的内摩擦角。

图1 地表沉降点分布图（单位：m）

图2 地表沉降点埋设示意图

4 计算值与实测值的数据比较

考虑到实际施工情况，隧道直径为6 m，罗园区间某段隧道上方覆土层厚度平均为12 m，该段覆土层主要以砂土为主。通过地质勘察报告得到该段上方覆土层凝聚力的平均值和内摩擦角的平均值，分别为:c=17.8 kPa，φ =33°;在式(2)中，K=0.45，γ =20 kN/m3。

对该区间隧道开挖引起的地表沉降的计算采用柳厚祥的经验公式得到地表沉降计算值，将计算结果与实测值进行比较，以此来研究隧道施工对地表沉降的影响。其中掌子面后方8 m实测数据为监测2个月的数据采集，掌子面处实测数据为监测15 d的数据采集，掌子面前方4 m实测数据为监测15 d的数据采集。

图3表示隧道距离掌子面8 m处已开挖隧道的地表沉降分布图，图4表示掌子面处地表沉降分布图，图5表示掌子面前方4 m处未开挖断面的地表沉降分布图。由图3～图5可以看出，位于隧道中轴线处的地表沉降值最大，且离隧道中轴线距离越远地表沉降值越小，隧道开挖后掌子面前后的地表沉降值相差比较大。

另外由图3～图5也可以看出按柳厚祥给出的经验公式得到的地表沉降曲线分布图与实测值得到的结果非常接近，但是它们之间还存在一定的差异，这主要是因为覆土层的覆盖层地质分布不均造成的，另外，监测的时间过短及监测存在的误差也造成了一定的影响。

图3 隧道掌子面后方8 m处地表沉降值比较示意图

图4 隧道掌子面处地表沉降值比较示意图

图5 隧道掌子面前方4 m处地表沉降值比较示意图

5 结语

在本文中，对罗园区间隧道某段开挖引起的地表沉降分别进行了理论分析和实测，通过对比发现计算值较实测值大，存在一定的差值，但是差值不是非常大，且地表沉降计算分布曲线和实测分布曲线的变化规律是一样的，说明地表沉降计算值可以为地铁隧道开挖施工给予一定的指导。

[1] 王云岗，熊 凯，凌道盛.基于平动加转动运动场的边坡稳定上限分析[J].岩土力学，2010，31(8):2619-2624.

[2] 周纯杰，黄雄峰，秦元庆，等.无线传感网络施工隧道安全监控系统软件设计与实现[J].计算机工程与设计，2011，32(7):2501-2504.

[3] 莫 云.武汉地铁施工引起地面沉降预测方法研究——以武汉地铁广埠屯至名都站区间为例[D].北京:中国地质大学硕士学位论文，2010.

[4] 吴建儒.潜盾隧道开挖面稳定与周围土压力之离心模拟[D].北京:国立中央大学硕士毕业论文，2001.

[5] 柳厚祥.地铁盾构施工诱发地层移动机理研究与控制研究[D].西安:西安理工大学博士学位论文，2008.