浅埋暗挖地铁施工地表沉降的分析与研究
程洪波
杭州市市政工程集团有限公司浙江省065201
【摘要】国内的许多大城市为了解决交通拥堵，市民生活不便，城市布局不合理等问题开始大力发展地铁交通系统.使用浅埋暗挖法进行地铁施工无噪声，没有废物污染，在施工期间对城市交通没有影响不影响城市交通。由此来讲，浅埋暗挖法具有越来越广阔的发展前景。但在地铁修筑过程中,随着地层物质被挖出,自洞室临空面向四周一定范围内地层应力场也将发生调整,地表则必将发生或大或小的沉降,施工中必须对有害沉降进行控制。本文分析了引起浅埋暗挖隧道沉降的主要因素,提出控制地层变形和地表沉降可以采取的对策和措施。
【关键词】浅埋暗挖，地铁施工，沉降控制
一.前言
但在地铁修筑过程中,随着地层物质被挖出,自洞室临空面向四周一定范围内地层应力场也将发生调整,地表则必将发生或大或小的沉降。对城市来说,过大的地面沉降和地层变位将直接危及地面建筑物的正常使用,进而危及施工安全,因此施工中必须对有害沉降进行控制。在此之前我们必须对浅埋暗挖地铁施工地表沉降的原因有所了解，在知道原因之后才能有针对性的提出解决方法。
二.浅埋暗挖法地铁施工造成地表沉降的原因
浅埋暗挖法隧道施工造成地面沉降的原因主要有以下几个方面:
1.地下水对地表沉降的影响
根据经典土力学的理论,天然土体一般为三相体系，由矿物颗粒组成骨架体,再由孔隙水和气填充骨架。土颗粒的压缩性很小,一般认为是不可压缩的。在土颗粒不可压缩的前提下，我们能得知土体的变形是孔隙流体的流失及气体体积的减小、颗粒重新排列、粒间间距缩短、骨架体发生错动所造成的。随着地铁隧道的施工会引起地下水的流失, 颗粒重新排列,我们所看见的宏观上的表现就是地层出现沉降。
2.地层上覆体特性对地表沉降的影响
上覆体本身所具有的力学特性对地铁施工中地表沉降也会造成较大的影响。有一些承载能力较差的土，比如枯土、粉质枯土及强风化泥质粉砂岩等。这些承
载能力较差的土无法形成自然载拱;而有些如硬质岩、极硬质岩可以形成自然拱。能否形成自然拱,成拱的质量如何,会对地表出现的沉降产生很大的影响。
3.地层应力对地表沉降的影响
隧道开挖的过程也是地层内应力重新分布的过程。隧道开挖形成空洞,周围会产生急剧的变形与应力重新分配与调整的一个过程,应力的重新分布改变了土体颗粒的流动方向,从而引起隧道周围一定范围内土体产生一定量的移动,而这种移动也会对地表沉降造成一定的影响。
4.爆破施工对地表沉降的影响
由于地质条件的复杂多变,各段的地质条件不同,部分施工段可以进行机械挖掘,但有部分施工段情况不同，这些施工段需要爆破松动。在这些施工段的爆破过程中,震动波向四周围的传递会对周围土体产生一种挤密的作用。经过多次的爆破扰动,会对周围土体产生不同程度的影响，多表现为导致隧道周围土体的压密,最终引起地面沉降。
5.施工工艺以及操作对地表沉降的影响
（1）开挖进尺的大小会对地表下沉、拱顶沉降以及开挖面的稳定性造成一定的影响,开挖进尺的大小实质上是工作面无支护空间的大小,其值不仅决定着地表下沉及拱顶沉降,而且也影响开挖面的稳定性,二者相互作用并以工作面的稳定性为基础。
（2）围岩节理裂隙发育,开挖中产生的小坍塌致使钢筋网与围岩不密贴,喷浆不密实,初期支护与围岩间存在空隙,再加上拱背注浆的不及时造成注浆充填滞后于土体的压密,起不到应有的充填作用。
（3）地铁施工建设中，一次衬砌结束后,二次衬砌没有及时的去做,使得围护结构产生较大的变形等，会对地表沉降造成一定的影响。
三.控制地表沉降变形的主要对策
根据国内外的地铁建设工程的经验,使用浅埋暗挖法的施工应该贯彻以下原则:“管超前、严注浆、短开挖、强支护、快封闭、勤量测”。在贯彻以上原则的同时,我们还需要对引起地表下沉的原因进行充足分析讨论,从而在施工中采取有针对性的措施来预防和控制地表沉降。
1.控制好土体内水的流失
注意超前小导管周边注浆,严格按配合比拌制喷混凝土料。保证喷射混凝土的密度,提高喷射混凝土质量;在施工过程中要随时观察情况,注意及时停止排水，防止土体内水的流失。
2.改善土体特性
通过对隧道开挖周边外土体进行局部加固处理,这样做一方面可以促进隧道开挖后自然拱的形成,另一方面可以改进土体的特性,促使其往有利的方面转化。深层注浆和超前注浆既可以加固土体,也可以改善土体的性质。可以根据土体的性质压注纯水泥浆或双液浆,必要的情况下也可以压注化学浆液,或者是采用其它的能够改善土体特性的措施，从而为地铁隧道的建设创造有利条件，也可以一定程度上控制地表沉降。
3.采用控制爆破技术
前文提到由于地质条件的复杂多变,各段的地质条件不同,部分施工段可以进行机械挖掘,部分施工段需要爆破松动。在这些施工段的爆破过程中,震动波向四周围的传递会对周围土体产生一种挤密的作用。经过多次的爆破扰动,会对周围土体产生挤密的影响。为应对这一问题，我们需要利用控制爆破技术,从而降低爆破松动对围岩的扰动程度,使断面成型规整,以利于围岩支护结构作用的发挥和自身承载能力的保持。
4.其它控制地表沉降的具体对策
（1）在经验确定进尺的基础上,随时根据开挖断面的实际情况,修正进尺的具体值。
（2）结合实际情况找出每道工序的合理施工时间,各个工序严格按照预先设定好的时间进行控制,缩短循环作业时间,减少掌子面土体的暴露时间,达到及时封闭,控制沉降的目的。
（3）前文提到一次衬砌结束后,二次衬砌没有及时的去做,使得围护结构产生较大的变形等，会对地表沉降造成负面的影响。一衬在各施工阶段,不仅是作为安全储备,而且是极为重要的承载结构。因此需要把握准确一次衬砌的施工时机,以便最大限度的发挥围岩自身承载能力。二次衬再及时跟上,限制变形过量,使围岩进入稳定。
（4）在各个环节重视锚杆的作用。锚杆作用有,限制约束围岩施加压力,制止
围岩强度的恶化;使松动围岩,尤其是松动区的节理裂隙,破碎面等得以连接;提高层间摩阻力;同时锚杆可以起到悬吊作用,防止个别危岩的掉落或滑落。
（5）由于隧道施工过程和开挖顺序的不同都会引起各自不同的应力和应变的非线性历程，最终导致不同的力学效应。地铁隧道的施工中，由于需要分部开挖，那么开挖顺序的不同，导致的“群洞效应”作用的大小也不一样，因此制定开挖方案时，应注意采取较为优化的方案应避免出现“群洞效应”，以保证地铁隧道施工安全。
隧道施工过程，由于开挖顺序不一样引起的地表沉降和沉降槽的宽度也不一样，在施工过程中应选择合适的施工方案，有利于保护地铁隧道上部建筑物、管线等，同时还要采取积极的施工措施如跟踪注浆等确保隧道上方环境安全。
四.结束语
浅埋暗挖法具有越来越广阔的发展前景,正是因为此原因我们必须重视到浅埋暗挖法的弊端所在，不断的改进。地表沉降的控制要落到实处不容易，由于地表沉降是多因素共同作用的结果,具体的地铁建设工程中,我们必须要弄明白是什么因素在起作用,起到多大作用。我们需要从各个方面采取有针对性的措施,防止地表的沉降,并尽量弄清楚沉降与各因素的量化关系,从而保证隧道的安全快速施工。
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