北京地鐵勁松站降水沉降分析及探討

摘要：地鐵勁松站在北京地鐵十號線的7個暗挖站中，綜合難度較大，降水及暗挖施工對勁松橋會產生多大影響是本工程的核心安全技術問題。在地貌單元上本站處于古金溝河故道南界內側，水土組合已明顯不同于正常故道特征，而接近于南側的河間地塊地貌單元特征，因此，本站的降水及其引起的沉降會明顯不同于古金溝河故道上的其他地鐵站，具有其特殊性。

本文重點介紹該站的降水沉降預測、監測，并通過分析暗挖施工進程、降水進程及沉降監測結果，將地下開挖沉降與降水沉降分解，進一步準確地掌握降水引起的地層固結沉降，為類似水文地質條件下的降水設計提供可借鑒的經驗數據。

1.0工程概況

該站設置在東三環路與勁松路相交的十字路口處，并位于東三環東輔路下，勁松橋東側。

該站為雙層雙柱三連拱島式車站。風井采用明挖法施工。風道、主站體采用PBA暗挖法施工，上層設4個導洞，下層設2個導洞。

施工順序：車站施工首先從西北、西南風井及臨時施工豎井處開始，并進行提前降水。導洞施工從東北豎井通過上下橫通道進入上下層導洞往南、北兩個方向開挖，主站體結構全部貫通后，即可從主站體結構向出入口通道端施工，同時可進行出入口明挖段的施工。

1.1場區地層條件

1.2場區水文地質條件

根據勘察報告，在勘察深度范圍內，實際量測到四層地下水。

地下水狀況一覽表

1.3地下水控制

①上層滯水：水位標高34.22m，僅局部存在，主要為管溝滲漏水引起，含水層巖性為粉土③層，因滯水層在車站的頂部，對車站施工隱患較大，應對車站頂部的上下水管線進行檢修并采取防滲處理；

②潛  水：含水層巖性為中粗砂⑤1層、粉細砂⑤2層，分布在站體的中上部，對主站體、風井風道、各出入口橫通道及部分斜通道段的開挖施工都有影響，須抽降疏干；

③層間潛水：水位標高為17.04～17.75m，含水層巖性為粉土⑥2層，2～3層，似層狀，飽和，塑性指數Ip=8.1(5.0～9.9)，其中Ip＜7的飽和粉土在開挖后經長時間暴露會因析水而引起細顆粒土流失，造成隧道拱頂坍塌、側壁滑落，該層分布在車站的中下部，下層導洞的頂部及中部，該層能否有效疏干對暗挖施工影響很大，否則，土建施工應采取必要的注漿加固止水等措施。因此需要考慮將該層水疏干。

④承壓水：水頭標高4.11～7.57m，低于結構底標高約4.0m，對車站施工沒有影響。

綜上所述，本站地下水控制工作主要是對潛水進行疏干，并對層間潛水進行最大程度的疏干。

2.0降水引起的沉降預測

2.1降水方案簡介

根據場地情況及水文地質條件，本站具備采用管井進行封閉布井的降水條件。為減少排水量，本工程按土建施工順序，依次進行降水：風井（臨時豎井）→風道→主站體，將地下水位控制在結構底板以下1m。參見“勁松站降水井平面布置圖”。

2.2降水引起的沉降估算

2.2.1周邊建筑基本情況

本站附近尚無高大建筑物，本次重點對站體附近的勁松大廈、12層公寓樓、多層住宅（108#、110#、111#、114#）、勁松橋橋樁進行降水沉降預測及監測。

2.2.2降水沉降監測

參見“勁松站沉降監測點布置圖”。

2.2.3降水引起的沉降預測:在站體開挖深度內存在兩層地下水（潛水、層間潛水），因含水層性質不同及壓縮模量變化較大，本次分別計算潛水、層間潛水疏干條件下引起的沉降，其疊加值即為總沉降量。

通過分析大量類似工程的降水沉降監測數據，本次對不同含水層按顆粒粗細及壓縮模量設定降水沉降系數。

潛水含水層：含水層巖性為中粗砂⑤1層、粉細砂⑤2層，壓縮模量ES0-1=20～30MPa， 沉降系數取值0.05。

層間潛水含水層：含水層巖性為粉土⑥2層，2～3層，塑性指數Ip=8.1(5.0～9.9)，壓縮模量ES0-1=7.8(4.9～11.2)MPa，夾粉質粘土⑥層，ES0-1=5.9(4.1～8.9)MPa，沉降系數取值0.1。

經估算，降水引起的長期最大沉降部位處于降水封閉區內，并集中表現在主站體、風井風道部位，估算最大值為32.7mm。

3.0降水引起的沉降監測成果及分析

3.1降水沉降分析原則

（1）在暗挖部位的正上方及向兩側一倍開挖深度范圍內，存在開挖變形（豎向及水平向）與降水引起的沉降相疊加的現象，由于降水與開挖工作近于同時進行，因此，將降水沉降與開挖沉降分解難度較大。

（2）地鐵暗挖站體一般按分段開挖施工，如，按風井（臨時豎井）→風道→主站體→出入口順序依次開挖，降水工作與其相應亦分段啟動，因此，站體不同部位的開挖變形、降水沉降不是同時發生的，這點在分析過程中須引起足夠注意。

根據監測資料的詳實程度，以站體西北側附近的多層住宅110號建筑及主站體西側的勁松橋監測成果為依據進行降水沉降分析。

3.2 110號樓降水沉降分析與結論

3.2.1 沉降監測成果

沉降監測成果參見“勁松站-勁松1區110號樓-沉降過程線(2-48期)”。

3.2.2沉降分析

根據降水進程、開挖進程及沉降曲線，可以看出：

（1）主站體自2004.11開始進行整體降水，歷時5～9個月，于2005.4～8，110號樓沉降值進入穩定狀態。

（2）監測點CJ8-1的實測值為32mm（預測值29.9mm），明顯高于其外側的監測點CJ8-3、CJ8-5、CJ8-6、CJ8-7實測值27～30mm。

（3）從監測點與站體的相對位置關系來分析，監測點（CJ8-1）位于西北風井南側（風井臨時封底深度21m）約18m處，約為風井的一倍開挖深度。同時距西北風道最近距離約13m，此期間西北風道正在施工上層導洞，導洞底板埋深約16m，可見，監測點（CJ8-1）與風道的距離也近于一倍開挖深度。因此，監測點CJ8-1（32mm）的沉降結果可近似認為不受開挖變形影響，基本為降水沉降引起。

3.2.3結論

（1）110號樓的監測點CJ8-1最大降水沉降的監測穩定值為32mm，屬于潛水含水層中粗砂⑤1層、粉細砂⑤2層及層間含水層粉土⑥2層在基本疏干條件下的累記穩定沉降量；

（2）兩層水在疏干后，歷時5～9個月，基本完成了降水沉降。

3.3勁松橋橋區降水沉降分析與結論

3.3.1橋樁情況

橋樁樁端低于主站體底板標高1.4～2.1m，主站體的開挖對西側橋樁會產生明顯影響。

橋樁樁身自上而下貫穿2層疏干含水層，降水沉降會全部疊加在橋樁上，并通過橋臺沉降監測顯現出來。因此，橋臺沉降監測值包含了站體開挖沉降及降水沉降。

3.3.2橋樁沉降監測成果

沉降監測成果參見“勁松站-勁松橋-沉降過程曲線（2-45期）”。

3.3.3橋樁沉降監測成果分析與結論

根據沉降過程曲線成果，并結合降水進程及地下開挖進程，可以得出如下結論：

（1）降水引起地層沉降的階段劃分

依據沉降監測曲線，可大致劃分三個階段：

早期直線增長階段（自降水及開挖起～2004年12月），即，上層導洞貫穿、下層導洞起挖階段。本期已完成主站體部位的潛水疏干，粗顆粒土層的降水沉降快速形成并趨于穩定；

中期緩慢增長階段（2005年1月～2005年6月），即，下層導洞開挖并貫穿階段。本期層間潛水靠正常降水滲流及自開挖斷面快速滲出，向疏干方向發展，細顆粒土層的降水沉降發生緩慢，持續時間較長；

后期穩定階段（2005年7月～10月），本期層間潛水趨于疏干，細顆粒土層形成的降水沉降已基本完成。

主站體扣拱時間為2005年10月～12月，即，主站體結構已封閉，地下開挖及結構施工引起的沉降已結束，這種穩定已持續到2006年4月，表明勁松站主站體的土建施工沉降已結束，降水沉降也基本結束。

（2）降水疏干周期的判定

主站體部位的潛水含水層，自2004.11起封閉抽降，很快達到疏干狀態，后經2004.12～2006.04持續降水，歷時約15個月的沉降監測；

主站體部位的層間潛水含水層，自2004.11起封閉抽降，于2004.11～2005.06基本達到疏干狀態，后經2005.06～2006.04持續降水，歷時約10個月的沉降監測；

（3）有效監測點的選取

受主站體、風道、橫通道雙重開挖影響的監測點，其沉降監測數值一般較大，應排除。如Q701、Q801；

臨近站體一側（橋區東界）的監測點，受站體開挖影響，監測值一般也明顯偏大，不宜采用。如Q301、Q401、Q501、Q601，其沉降數值一般為30～36mm；

遠離站體一側（橋區西界）的監測點，如Q404、Q504、Q604，其沉降數值一般為24～28mm。橋區西界的監測點距主站體約25m，主站體最大埋深約26m，恰為主站體開挖深度的1倍，橋區西界的監測點基本處于主站體開挖變形區以外，即，可認為橋區西界的沉降監測數值可以認為是降水沉降值，且此值為潛水含水層疏干及粉土⑥2層層間含水層基本疏干狀態下的降水沉降值。

（4）結論：橋區因降水引起的沉降最大值約25mm，屬于將潛水含水層中粗砂⑤1層、粉細砂⑤2層疏干及將層間含水層粉土⑥2層基本疏干條件下的降水沉降值。

4.0結論與探討

通過對站體西北側附近的多層住宅及橋區的沉降監測數據進行深入分析，對本站的降水沉降結果認識如下：

（1）本站降水沉降最大值約30mm；

（2）粗顆粒土層的降水沉降系數可按0.05考慮，細顆粒土層的降水沉降系數可按0.1考慮；

（3）粗顆粒含水層疏干后，可快速完成因降水引起的地層固結沉降，本站歷經了大約1～2個月時間。

細顆粒含水層疏干所需時間較長，本站層間水⑥2層粉土的疏干大約歷經了7個月，此后大約又歷經了4～5個月才完成因降水引起的地層固結沉降。細顆粒含水層自封閉抽降至沉降穩定大約歷經了1年的時間。

（4）在滿足降深條件下，初步形成的穩定降水漏斗，隨著降水時間的延續，降水漏斗會逐漸擴大，降水影響半徑明顯變大，造成降水沉降的范圍隨之變大，在勁松站沉降監測成果中表現明顯，遠點的沉降監測值明顯大于預測值，近點的沉降監測值與預測值基本相符；

5.0建議

1.對于地鐵暗挖戰體，須合理布設降水沉降監測點，必須測到初始值，保護好測量基準點不被破壞，并根據開挖及降水進程及時監測沉降、量測水位，這是準確分析降水沉降的依據；

2.對降水沉降監測點的實測值造成影響因素較多，應合理剔除降水以外因素所造成的沉降疊加數值；

3. 對大型、超大型降水工程應進行必要的科研投入，進行必要的巖土測試。如，固結系數、先期固結壓力、孔隙水壓力等測試工作，使分析更深入、結果更具說服力；

4. 基坑降水所影響的范圍一般較小、歷時時間較短，不易形成充分的降水沉降，其發生的沉降效果明顯不同于大面積的區域汲水造成的沉降。在實際工作中，應盡可能的收集本地區降水沉降監測成果，采用理論計算預測與工程類比相結合的辦法更為穩妥。

參 考 文 獻：

[1]  北京市地質工程勘察院地鐵降水設計組.《北京地鐵十號線降水設計方案》（內部資料）2003～2005

[2]  北京地礦奧通建設工程有限公司降水施工項目部《地鐵十號線勁松站降水施工及建（構）筑物沉降情況分析匯報》（內部資料）2005.01

[3]  北京地鐵十號線十九標段中鐵十九局土建項目經理部《勁松站主體地表沉降分析匯報》（內部資料）2005.01

[4]  《工程地質手冊》（第四版）

[5]  《巖土工程勘察規范》（GB 50021-2009）