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区域性沉降对地铁建设的影响及应对措施分析区域性沉降对地铁建设的影响及应对措施分析 段浩段浩 中煤邯郸中原建设监理咨询有限责任公司 摘要摘要 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 关键词关键词 地铁地铁 沉降沉降 施工施工 设计设计 措施措施 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 150 mm 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 2 对对地地铁铁建建设设的的影影响响分分析析 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 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 Z ZD DK K1 19 9 2 25 55 5 Z ZD DK K1 19 9 3 32 21 1 段段初初支支侵侵限限数数 据据统统计计表表 由由表表 2 2 可可见见 初初期期支支护护侵侵限限可可达达 1 12 20 0m mm m Z ZD DK K1 19 9 2 25 55 5 Z ZD DK K1 19 9 3 32 21 1 段段初初支支侵侵限限数数据据统统计计 设计里 程 ZDK19 左线竖直方向 侵线量 mm 备注 255 65 266 53 277 120 287 79 299 56 321 89 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 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 20111 1 8 2012 5 28 2012 12 252013 4 42013 7 32013 10 112014 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 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 3 区域性沉降应对措施 区域性沉降应对措施 3 13 1 预控措施预控措施 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 23 2 结构设计措施 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 33 3 施工测量施工测量措施 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

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