浅析浅埋暗挖地铁隧道施工沉降分析与控制措施.doc

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date浅析浅埋暗挖地铁隧道施工沉降分析与控制措施浅析浅埋暗挖地铁隧道施工沉降分析与控制措施浅析浅埋暗挖地铁隧道施工沉降分析与控制措施 摘要：随着城市地铁发展，浅埋暗挖法以其成本低、不干扰交通、不污染城市环境等优点被广泛用于地铁修建中，但其引起的沉降问题却一直未得到较好解决。本文从国内外文献出发，总结了浅埋暗挖隧道地铁隧道施工沉降的原因、沉降纵（横）向分布规律，分析了围岩土质

2、、地下水、地应力释放率等因素对施工沉降的影响，提出了相应的地表沉降控制措施。 关键词：地铁隧道； 浅埋暗挖； 施工沉降； 控制措施 中图分类号：U45 文献标识码： A 引言 随着城市人口及规模不断扩大，单一的地面交通已经无法解决拥挤的城市交通状况，城市地下工程以其能极大缓解交通压力而被大力发展。地铁施工的主要方法：明挖法、暗挖法和盾构法等。浅埋暗挖法以其施工成本较低、不干扰交通、不污染城市环境、适用于多种断面形式和不同地层等优点，被广泛应用于地铁施工中 1。 城市地铁隧道由于其埋置深度较浅，随着掌子面的掘进，临空面周围一定范围内地层应力场发生改变，从而引起地层变形，产生地表沉降。地表沉降过大

3、将危及地面建筑物的正常使用，同时也危及隧道施工安全。因此，在地铁施工中必须对地表沉降进行有效控制。 影响隧道施工中地层变形因素很多，目前国内外学者采用数值模拟、模型试验及现场测试等方法已对浅埋暗挖施工隧道引起的沉降进行了大量研究。本文以国内外文献为基础，总结出浅埋暗挖隧道地表沉降的原因，探讨地表沉降的监控措施并提出地表沉降控制措施，以期对浅埋暗挖隧道施工工法提供一定的指导意义。 1 地表沉降原因 从力学理论来说，隧道结构体系由隧道周围岩土体和支护结构组成。它的形成是经过一定的施工力学过程来实现的2，如下图1。 图1 隧道洞室开挖力学过程 隧道在施工过程中，由于土体开挖破坏了地层初始应力平衡状态

4、，围岩内部应力随时间不断地发生改变，直至达到新的平衡稳定应力状态。施工期隧道引起的地表沉降主要是由掌子面开挖卸载后周围土体向隧道内挤压所引起的，它包括地层应力释放引起的地表下沉、支护结构接触面空隙封闭引起的地表下沉、支护结构变形引起的地表下沉和隧道结构整体下移引起的地表下沉等。 1.1浅埋暗挖引起的地表沉降 隧道开挖过程中引起的地表沉降一般由施工地表沉降、土体固结沉降及次固结沉降所组成，而次固结沉降主要发生在运营期，因此施工中可不考虑。 典型的浅埋暗挖地铁隧道地表沉降纵向曲线可分为四个阶段： （1）出现地表下沉至急剧沉陷阶段：距掌子面约-2.0D0D处地面出现沉降，其主要由掌子面开挖导致前方地

5、层应力场变化及地下水流失而引起的。 （2）地面急剧沉降阶段：距监测断面约0D3.0D处，地面变形速率加速增长，变形量急剧增大，此阶段沉降量占总沉降量的40%60%，其变形主要是由于隧道开挖使边界条件改变，地层受剧烈扰动而出现应力释放，应力场重分布。 （3）沉降基本稳定阶段：当掌子面通过监测断面约3.0D5.0D时，变形速率减缓，变形量缓慢增加，沉降曲线出现收敛，其沉降量占总量的20%30%。 （4）长期缓慢变形阶段：当掌子面通过监测断面5.0D后，沉降增长缓慢，其沉降持续时间为半年到一年，沉降量占总沉降量的5%10%。 依据工程经验，其横向沉降规律基本满足Peck沉降曲线方程： （1） 式中：

6、为距隧道中心的距离；为距隧道中心为的地表沉降量；为隧道中心处最大沉降量；i为沉降槽宽度系数。 1.2 引起地层变形的主要因素 引起地层变形的因素很多，也较复杂，具体工程中考虑的因素也多种多样3。由大量的工程实践可知，引起地层变形的主要因素可归纳为围岩土体性质、地下水位、施工方法和埋深等。 1.2.1围岩土体性质 隧道施工中地层能否形成有效的拱结构是控制地表沉降变形的关键。拱结构的形成可加强地层的自稳能力，分担支护应力，减小地表沉降。拱结构的形成与岩土体的物理力学性质紧密相关，而地铁隧道多位于软弱地层中，土体性质复杂多变，因此施工前应充分了解围岩土体特征，采取有效的施工辅助措施促进拱结构的形成。

7、 1.2.2地下水 城市地铁隧道大多在地下水位以下，地下水的存在会不仅降低了围岩强度，还增加了围岩和支护的压力，从而对施工安全和地表沉降产生不利影响，因此施工中要有效的降低地下水位。然而地下水的排放导致地层中的自由水因压力差的而不断损失，也易使地层出现较大沉降。 1.2.3地层应力释放率 由地层土体的收敛约束理论可知，当地层发生变形时，拱顶覆土层作用在支护上的压力将减小。对城市浅埋地铁隧道，为保证施工安全及减小对周边环境的影响，必需将地表沉降值控制在一个较小的范围内，因此开挖中超前加固地层和及时密贴大刚度支护等工法措施控制地层应力释放率，从而减少地层沉降的影响。 1.2.4隧道开挖方法 浅埋暗

8、挖法多种多样，常见的方法有全断面法、台阶法、中隔墙法（CD），交叉中隔墙法（CRD）、双侧壁导坑法（眼镜工法）等。确定隧道开挖方法时，应综合考虑不同的工程地质条件、断面大小、地表环境条件等因素。工程实践经验表明，若从施工速度和工程造价上来看，开挖方法的选择应为全断面法台阶法CD法CRD法眼镜工法。若从施工安全方性面来看，则相反。 1.2.5 覆跨比和结构类型的影响 覆跨比是指隧道拱顶上部覆土层的厚度与隧道结构跨度之比，其值与地表沉降紧密相关。当覆跨比大于12，其施工简单且较易控制沉降值；当覆跨比小于1，施工时需采用大量的辅助措施加固围岩。此外，隧道的结构类型对地表沉降也有影响。 1.2.6开挖

9、进尺与施工速度 开挖进尺的大小是指工作面无支护空间的大小，其值不仅决定着地面下沉及拱顶沉降，而且也影响开挖面的稳定性。对软土隧道，工作面难以自稳，因而必须支撑。对软弱地层、浅埋暗挖法施工的地铁隧道，开挖进尺的控制十分重要。 施工速度越快，隧道掌子面暴露的时间越短，产生沉降的时间也短，由于时空效应，因而产生的沉降量也就会越小，从而达到控制地表沉降的目的。 2 浅埋暗挖地表沉降控制的主要方法 浅埋暗挖法施工时应充分发挥围岩的自承能力，尽量减少对地层的扰动，进行严格的监控量测，并满足“管超前，严注浆，短开挖，强支护，快封闭，勤量测”的原则。为有效地控制地层变形，应从以下几个方面考虑：（1）改善地层特

10、性：隧道施工期间，对掌子面前方地层进行超前支护，改善围岩土体的性质，促进土体开挖时形成拱结构。（2）适量排放地下水：地下水的存在会弱化掌子面附近土体的强度和刚度，对施工造成不利影响，而地下水也不宜过度排放，因此，在保证隧道开挖面土体稳定的前提下，应避免过度抽排地下水。（3）选取合理的施工方法：控制地表沉降的关键是保持掌子面土体的稳定，尽量减小对围岩的扰动。（4）及时密贴施作大刚度支护，使地层变形尽快趋于稳定。（5）提高施工效率。 3 结语 本文对浅埋暗挖地铁隧道沉降进行了分析，得出的主要结论： （1）总结了浅埋暗挖地铁隧道地表沉降的纵向分布规律与横向分布规律，并系统分析了影响地表沉降的主要因素。 （2）通过对主要影响因素的分析，得出了控制浅埋暗挖隧道沉降的主要方法。 参考文献 1王梦恕. 地下工程浅埋暗挖技术通论M.安徽：安徽教育出版社， 2004. 2阳军生， 刘宝琛. 城市隧道施工引起的地表移动及变形M. 北京：中国铁道出版社， 2002. 3关宝树. 隧道力学概论M. 成都：西南交通大学出版社， 1993.-