2012年，烏魯木齊市城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃獲得國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)，烏魯木齊市步入地鐵建設(shè)的快速發(fā)展階段。2015年，烏魯木齊市軌道交通1號(hào)線全線包括車站、豎井等65個(gè)工點(diǎn)全面展開施工建設(shè)，不可避免地穿越大量城市地下管線，由于大多數(shù)區(qū)間和車站均采用淺埋暗挖法（礦山法）的建設(shè)方式，施工中勢(shì)必會(huì)擾動(dòng)周圍地層，打破地下管線的原有平衡狀態(tài)，致使鄰近管線變形和產(chǎn)生附加內(nèi)力，對(duì)地下管線構(gòu)成潛在威脅，迫切需要研究地鐵施工對(duì)地下管線的影響和控制問(wèn)題。

針對(duì)淺埋暗挖法隧道施工對(duì)臨近管線的影響規(guī)律，不同學(xué)者針對(duì)不同地區(qū)不同項(xiàng)目展開了大量研究。Peck基于大量實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，認(rèn)為土體移動(dòng)是由土體損失引起的，在假定土體不排水、沉降槽體積等于土體損失體積的條件下，提出地面沉降槽呈擬正態(tài)分布，橫向地面估算公式如式(1)和式(2)所示：

式中：x為距隧道軸線橫向水平距離；s(x)為x位置處的地面沉降量；smax為隧道軸線上方最大地面沉降量；Vloss為單位長(zhǎng)度土體損失量；i為地面沉降槽寬度，即沉降槽曲線拐點(diǎn)離隧道軸線的水平距離。方便簡(jiǎn)潔地描述了隧道開挖引起的地表沉降分布規(guī)律。工程人員以北京5號(hào)線和10號(hào)線為工程背景，通過(guò)數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的方法，系統(tǒng)研究了地鐵施工對(duì)臨近管線的影響規(guī)律，提出了適用于北京地區(qū)的地鐵施工對(duì)鄰近管線影響的簡(jiǎn)化預(yù)測(cè)方法。學(xué)者魏綱對(duì)既有文獻(xiàn)中盾構(gòu)隧道引起地表沉降的沉降槽寬度字?jǐn)?shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，指出i值與R+htan(45°-φ/2)值間呈線性關(guān)系，i/[R+htan(45°-φ/2)]的值多數(shù)位于[0.45，0.5]之間，其中i為地面沉降槽寬度，R為隧道半徑，h為隧道軸線埋深，φ為內(nèi)摩擦角。工程人員等針對(duì)淺埋暗挖法下穿盾構(gòu)隧道的研究發(fā)現(xiàn)，雙線隧道間距小于2.0D（D為單線隧道寬度）時(shí)，地表沉降模式為“單凹槽狀”，間距大于2.0D時(shí)，則為“雙凹槽狀”。工程人員等基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、經(jīng)驗(yàn)公式及數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果的綜合對(duì)比，管線剛度對(duì)地層變形抵制作用的影響，指出當(dāng)管土相對(duì)剛度小于0.18時(shí)，管線與土體沉降誤差小于5%；隨管線剛度的增大，管線對(duì)土體變形的抑制作用逐漸增強(qiáng)，沿深度方向地層沉降量增大速率減小，并會(huì)出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)，甚至出現(xiàn)地層沉降小于地表沉降的情況。

本文針對(duì)淺埋暗挖法施工對(duì)管線和地表沉降影響，分別選取了橫斷面地表沉降、平行管線沉降、斜交管線沉降的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，初步得出了卵石地層中淺埋暗挖法對(duì)管線和地表沉降影響的規(guī)律，為今后新疆烏魯木齊地鐵建設(shè)提供了有力依據(jù)。

工程概況

北京南路地下管線極為密集且分布不規(guī)則，其中沿北京南路人行道鋪設(shè)的φ1200污水管與隧道非平行相交與北京南路與新醫(yī)路交叉口、沿新醫(yī)路鋪設(shè)的φ700給水管及φ500燃?xì)夤艿葹槌鞘兄饕芫€均為非平行相交，區(qū)間暗挖施工時(shí)，該管線存在一定風(fēng)險(xiǎn)。

本次管線沉降監(jiān)測(cè)分析僅涉及區(qū)間正線，對(duì)應(yīng)里程為DK11+765.000～ DK12+424.342。區(qū)間采用礦山法施工，標(biāo)準(zhǔn)斷面SD-1斷面全長(zhǎng)460.242m，開挖斷面尺寸為6.62×6.48m，具體施工順序如表1所示。正洞為標(biāo)準(zhǔn)馬蹄形結(jié)構(gòu)斷面，初期支護(hù)采用格柵鋼拱架噴射C25混凝土，厚度25cm，初襯結(jié)構(gòu)設(shè)置單層鋼筋網(wǎng)，格柵間距0.75m。超前小導(dǎo)管為φ25無(wú)縫鋼管，縱向間距為1.5m，長(zhǎng)3.0m，兩榀一打設(shè)，環(huán)向間距為0.3m，隧道拱頂120°范圍布設(shè)。區(qū)間主體結(jié)構(gòu)采用C45、P10混凝土。

本區(qū)間范圍內(nèi)主要由人工填土層、第四系全新統(tǒng)沖、洪積卵石層、第四系上更新統(tǒng)坡、洪積卵石層及下伏的伏侏羅系泥巖、砂巖、礫巖構(gòu)成，人工填土層主要為雜填土，廣泛分布于地表，基巖上部主要為卵石層。

表1 標(biāo)準(zhǔn)斷面施工順序表

沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析

橫斷面地表沉降分析

在大里程區(qū)段，左線超前于右線掘進(jìn)，當(dāng)右線大里程施工穿越監(jiān)測(cè)斷面DB-09附近（相對(duì)位置關(guān)系如圖1所示）時(shí)，找到監(jiān)測(cè)點(diǎn)DB-09-11（隧道中軸線正上方）的最大沉降日期，并將該時(shí)間的DB-09斷面上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，注意到此時(shí)左線大里程隧道早已超過(guò)DB-09斷面附近，因此應(yīng)綜合考慮左線和右線施工對(duì)此處地表沉降的影響。

斷面DB-09各監(jiān)測(cè)點(diǎn)所監(jiān)測(cè)到的地表沉降數(shù)據(jù)如圖2所示，可以看到隨著到隧道區(qū)域的距離增加，地表沉降會(huì)減小，在趨勢(shì)上監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)點(diǎn)形成近似公式(1)中的Peck公式表示的沉降槽曲線，對(duì)兩條隧道分別采用Peck公式進(jìn)行擬合可得到左線和右線的地表沉降擬合曲線，二者進(jìn)行疊加可得到總體沉降。在擬合曲線中，根據(jù)工程人員得出的地表沉降槽寬度的擬合公式近似取i=10m，左線smax=-1.2mm，右線smax=-4.8mm，對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)擬合情況較好?？梢园l(fā)現(xiàn)雖然兩條隧道穿越同一區(qū)域，由于施工差異等原因，造成的地表沉降并非完全相同，因此在后續(xù)分析時(shí)應(yīng)考慮相對(duì)不利情況。

圖1 DB-09斷面上各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與隧道的位置關(guān)系

圖2 DB-09斷面地表沉降

平行管線沉降分析

圖3 給水管測(cè)點(diǎn)GCJ-04-13與左線隧道的位置關(guān)系

測(cè)點(diǎn)GCJ-04-13是直徑為600mm的鑄鐵給水管測(cè)點(diǎn)，位于里程K12+148.6的左線左側(cè)，距離左線隧道軸線約7m，距離右線隧道中軸線約22m，管線與隧道軸線平行，埋深為-1.7m左右，具體平面位置關(guān)系如圖3所示。

由于給水管管線距離右線隧道較遠(yuǎn)，可忽略右線施工對(duì)管線和附近地表沉降的影響。圖4為給水管測(cè)點(diǎn)GCJ-04-13及附近DB-18-01地表沉降時(shí)程曲線，可以看出，在隧道開挖到監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近之前，地表和管線均未發(fā)生明顯沉降，沉降量在0附近上下波動(dòng)；掌子面經(jīng)過(guò)測(cè)點(diǎn)下方時(shí)，地表和管線基本同時(shí)沉降，且管線沉降量略大于地表沉降。即對(duì)于平行管線，當(dāng)其本身剛度較大且埋深較深，其沉降量將與此處的地表沉降產(chǎn)生一定差異，一般略大于地表沉降。

圖4 GCJ-04-13及附近地表沉降時(shí)程曲線

圖5 給水管測(cè)點(diǎn)GCJ-02-33和GCJ-02-34與隧道的平面位置關(guān)系

圖6 GCJ-02-33和GCJ-02-34及附近地表沉降時(shí)程曲線

斜交管線沉降分析

GCJ-02-33和GCJ-02-34是直徑為200mm的塑膠給水管測(cè)點(diǎn)，分別位于里程K11+860.2的左線兩側(cè)，管線與隧道軸線斜交，相交角度為32°，管線埋深為-0.6m左右，具體平面位置關(guān)系如圖5所示。

由圖5可以看到，GCJ-02-33和GCJ-02-34均距離右線小里程隧道較近，且GCJ-02-33更容易收到左線施工的影響。

圖6中地表沉降波動(dòng)起伏，一方面可能由于測(cè)量誤差造成，另一方面也受左線施工（如現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)活動(dòng)、注漿等）影響；在圖6中管線沉降相對(duì)穩(wěn)定，在沉降過(guò)程中發(fā)生一定的管土分離；最終管線和地表沉降穩(wěn)定于-1.5mm附近?？梢园l(fā)現(xiàn)管線沉降初期地表發(fā)生隆起，形成一定的管土分離，隨后隆起下降轉(zhuǎn)為沉降；GCJ-02-34的沉降過(guò)程相對(duì)平緩，最終于地表沉降穩(wěn)定在-2mm附近。

結(jié)語(yǔ)

本文基于新疆烏魯木齊淺埋暗挖法地鐵隧道施工對(duì)臨近管線沉降的影響，分析了現(xiàn)場(chǎng)地表和管線沉降監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，得到了如下結(jié)論。

地表和管線沉降量值有限，均不超過(guò)6mm，表明烏魯木齊卵石地層土質(zhì)較好，地層整體剛度較高，在保障施工質(zhì)量的前提下礦山法施工一般不會(huì)對(duì)地表和管線造成嚴(yán)重影響。

斷面上地表沉降可近似用Peck公式進(jìn)行擬合，得到沉降槽寬度i和最大沉降量smax，可較精確地刻畫地表的沉降規(guī)律，且沉降槽寬度與經(jīng)驗(yàn)公式較為相符。

在掌子面接近測(cè)點(diǎn)的過(guò)程中，地表和管線均逐漸發(fā)生輕微隆起，且隨著掌子面靠近監(jiān)測(cè)點(diǎn)，隆起值越大；當(dāng)掌子面經(jīng)過(guò)監(jiān)測(cè)點(diǎn)正下方，地表和管線隆起值減小，地表和管線的隆起迅速變小進(jìn)而發(fā)展為沉降。

隆起是由于超前小導(dǎo)管注漿對(duì)地層的填充作用，或者土方開挖產(chǎn)生的卸載作用造成的。沉降是土方開挖導(dǎo)致應(yīng)力重分布，對(duì)地層產(chǎn)生擾動(dòng)造成的，另外，隧道襯砌在圍巖壓力作用下變形也好造成地層損失。