城市地鐵隧道施工引起的地面沉降

張燕偉

【摘要】隨著地鐵在城市中的廣泛應用，地鐵成為了人們主要的交通工具之一。在城市地鐵隧道的施工中，地面沉降問題是一個比較普遍的問題。文章通過對地面沉降的介紹，闡述了造成地面沉降的主要原因。

【關鍵詞】城市，地鐵隧道施工，地面沉降

中圖分類號：U231文獻標識碼： A

一、前言

由于地鐵與人們的生活息息相關，保障地鐵的安全運行是十分重要的。地面沉降所造成的危害很大，有效的對其實施控制是關系地鐵穩定發展的關鍵所在。

二、地鐵特點

地鐵一般有如下特點：

1.線路多經過居民區，對噪聲和振動的控制較嚴，除了對車輛結構采取減震措施及修筑聲障屏以外，對軌道結構也要求采取相應的措施。

2.行車密度大，運營時間長，留給軌道的作業時間短，因而需采用高質量的軌道部件，一般用混凝土道床等維修量小的軌道結構。

3.一般采用直流電機牽引，以軌道作為供電回路。為了減少泄露電流的電解腐蝕，要求鋼軌與基礎有較高的絕緣性能。

4.曲線段占的比例大，曲線半徑比常規鐵路小得多，一般為100m左右，因此要解決好曲線軌道的構造問題。

在各個已經運營地鐵的城市里，地鐵也得到了廣大人民的認可。人們上班下班，學生們上學回家乘坐地鐵也都似乎成為了一種習慣，因為乘坐地鐵不會發生堵車的情況，可以大大縮短不必要的時間，給人們提供了很大的便利。而且地鐵的票價較低，相對于開車要便宜的多，這在一定程度上也減少了城市汽車數目，緩解了地面交通的壓力。地鐵也成為了普通百姓生活中不可或缺的一部分。

三、地表沉降分析

隧道盾構施工引發地面沉降的主要因素包括四個方面。一是盾構施工引起的地層損失；二是隧道施工周圍擾動土層的固結壓密；三是盾構埋深；四是盾構半徑。

1.地層損失

地層損失，是盾構施工中實際開挖土體體積和竣工隧道體積之差。在實際施工中，不可避免地會造成土層損失。為了彌補這種損失，隧道周圍土體會進行自然地移動，土體移動就會使得地面發生沉降。為了能夠有效分析土體移動對地面沉降的影響，將著重論述導致地層損失的關鍵因素。

（一）開挖面土體的運動

開挖面土體的運動包括兩種情況。在盾構掘進過程中，由于開挖面土體受到的水平支護應力小于最初側向應力，使得開挖土體向盾構內移動，直接導致盾構上方地面發生沉降；在盾構推進過程中，由于開挖面土體受到的推動力大于最初側向應力，使得土地向前或向上運動而導致盾構上方的土體隆起。

（二）盾構后退

為了減少盾構施工對土體的擾動，會借助千斤頂驅動盾構，使其切口貫入土層，然后在切口內進行土體的開挖和運輸?？墒强s回所有千斤頂后，會產生較大的盾構后退現象，使得開挖面土體倒塌而導致地面沉降。

（三）擠入盾尾空隙的土體

由于盾尾后側建筑空隙的壓漿工作實施的不到位，在壓漿量不足、壓力不當等的影響下，使得盾尾后坑道周圍土體失去了最初的平衡狀態，逐漸向盾尾空隙中運動，引起土層損失。尤其盾構在粘性土質推進中，這是引起地層損失的重要因素。

（四）推進方向的影響

當盾構軸線偏離隧道軸線時，就會產生偏角。偏角越大，對土體的擾動程度和損害程度就越大，進而引起地層損失。因此，盾構的推進方向也會給地層帶來損失。

2.擾動土體的固結壓密

（一）超空隙水壓力

土體由于空隙水壓力的變化而產生的地面沉降，叫做主顧結沉降；在土體受到盾構擾動后，盾殼仍然處于持續變形狀態，導致地面沉降叫做次固結沉降。因為粘性土的空隙比和靈敏度較大，次固結沉降的持續狀態也會較長，這是導致粘性土體沉降的主要原因。

（二）土體強度

土體強度，是指土體在破壞前能承受的最大應力。當土體受到盾構擾動后，使土層遭到破壞，其所能承受的最大應力也逐漸削弱，導致土體喪失了原始強度。隨著土體強度的減弱，土層逐漸移動和變形，產生地面沉降。

（三）土體穩定性

土體穩定性，是指處于一定時空條件的土體，在各種力系（自然的、工程的）的作用下可能保持其力學平衡狀態的程度，取決于土體強度和變形兩種因素。當土體強度減弱時，土體中各點產生的法向應力和剪應力會導致土體發生移動和變形，使得盾構正上方土體失去穩定性，從而引起地面沉降。

四、原因分析

對長期營運中的地鐵隧道沉降原因進行分析，總結出有以下七方面的原因：

1.下臥土層的不均勻性。下臥土層的不均勻變形是地鐵隧道下沉的基本原因。在實際工程中，沿隧道縱向分布的土層性質不同。這就決定了土層的擾動、回彈量、固結和次固結沉降量、沉降速率、沉降達到穩定時間等都有不同程度的差別，導致隧道發生沉降。通常情況下，隧道下臥土層類別變化處正是隧道發生較大沉降的地方。

2.隧道上方地面承受較大荷載。上方地面承受較大荷載也將導致隧道產生較大沉降。特別是當加載面積較大、壓縮土層較厚時，在附加應力的作用下，隧道沉降量會大幅增加。由于隧道下部土體的反力總小于未修建隧道前此處土的自重應力，隧道下臥土層壓縮模量比修建隧道以前有所降低，而且受施工擾動的隧道下臥土層的長期次固結在地面加載時依然在繼續。3.地鐵隧道鄰近周邊的施工影響。地鐵隧道周邊的土體開挖將會對地鐵隧道造成明顯的影響。例如深基坑的開挖，其過程實際上是一卸載的過程。地鐵隧道臨近的深基坑開挖對隧道的影響主要是兩個方面：其一由于基坑開挖引起圍護的側向位移和坑內隆起使得坑外地層沉降，導致隧道也隨之沉降；其二基坑開挖引起圍護向基坑內的側向水平位移，導致隧道發生撓曲變形。

4.城市底層沉降的綜合影響。隧道處于地層中間，就不可避免地要受到城市地面沉降的綜合影響。地層構造使得城市的地層沉降會產生沉降漏斗區。當隧道穿越沉降漏斗區時，位于漏斗區內的那段隧道的沉降明顯比漏斗區外隧道的沉降大，長期積累下去，就會產生嚴重的縱向不均勻變形。

5.列車運行的振動。地鐵隧道在正常營運期間，要受到地鐵列車振動荷載的長期循環作用。雖然單次列車通過所產生的荷載引起的結構振動位移很小，但在列車振動荷載長期循環持續的作用下，必須注意隧道下臥的飽和砂土層液化的可能性以及飽和粘土震陷的可能性。

五、地鐵隧道施工地面沉降控制措施

為了能夠將地表沉陷值可以控制在允許的范圍之內，我們就必須從開挖方式、超前支護、地下水的排放以及其他的輔助措施入手，最大程度的減少每個環節引起的地表沉降量。

1.開挖方式

在進行開挖過程中，土層的土質是不斷發生變化的，開挖方式應當根據土層的具體情況，以及隧道斷面的變化，選擇不同的開挖方式。在進行開挖時各個開挖面的距離應當保持在3到5米之內，不應過大。為了減少土體在空氣中的暴露的時間，應當及時的進行支護。在開挖之前，應當對掌子面及時的進行超前的注漿加固，并根據現場的具體狀況，及時的進行調整導管、柵格支護以及其他的參數，從而確保注漿的效果，以便能夠最大程度的提高土體的穩定性。在進行隧道的斷面開挖時，應當盡可能的采用人工開挖的方式，以便減少不必要的超挖，并最大程度的減少開挖的步距，做到開挖多少就及時支護多少。

2.改善土體的特性

在進行隧道開挖過程中，應當及時的對隧道周邊開挖的土體進行局部加固的處理，這樣不僅僅可以使得隧道開挖之后能夠使得自然拱成行，同時還可以在一定程度上，將土體的特性進行改進，以便土體的特性向比較好的方面進行轉化。例如超前注漿以及深層注漿，均可以在加固土體的同時改善土體的特性。

3.地下水的排放

在進行隧道開挖的過程中，由于斷面所處位置較低，地表水會很容易的進行滲透，從而對隧道開挖面進行滲透。但是也不能夠為了一味的排水，進行地下水的抽排，這樣將會使得一些特殊的地層發生土層超固結，從而造成土層大面積的下沉。所以，在進行地下水排放時應當按照需求進行抽放。

4.格柵網噴支護

進行支護時，如果采用的格柵網噴，就必須掌握好幾個主要節點位置的安裝，主要包括：使格柵的連接處滿足焊接的要求，在進行連接時除了按照要求之外還應確保螺栓的鏈接的穩定。各個格柵的錨桿都應當進行嚴格的打設，并進行注漿操作。同時在噴砼之前，施工人員應當將集水以及淤泥進行及時的處理，確保工作面干凈，從而確保地基有足夠的承載力。除此之外，還應進行二次注漿管的預埋，以便進行后續的施工操作。

六、結束語

綜上，在對城市地鐵隧道施工所帶來的地面沉降問題上，施工人員應對地鐵隧道施工現場做出仔細的分析，對容易造成地面沉降的環節上進行合理的設計，從而防止地面沉降的發生。

參考文獻：

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