地铁隧洞下穿既有铁路沉降管控技术分析

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1、地铁隧洞下穿既有铁路沉降管控技术分析1绪论1.1选题背景和研究意义近年来，最引人关注的问题之一是，世界范围内的城市化水平一直呈现出不断上升的趋势，城市中有效用地面积越显不足，城市居民不断增长的交通出行需求与城市用地的短缺日益成为矛盾的焦点。中国自从改革开放以来，随着社会经济的发展和城乡一体化进程的加快，城市发展规模在短时间内迅速扩大，生活在城市中心城区的人口密度不断增大，导致了现有的交通基础设施难以满足居民日益增长的交通出行需求，从而产生了目前各大城市亟待解决的城市综合症。实践表明，目前解决上述问题的有效途径之一就是充分开发利用城市地下空间。这样不仅能够

2、提高城市空间利用率与节省有限的土地资源，扩充基础设施容量、缓解中心城市交通拥挤状况，而且能够增加城市绿地，降低交通噪音，减少环境污染，改善城市生态[1]。为了缓解城市交通日益紧张的情况，国内众多城市在开发利用城市地下空间方面选择了绿色、环保、方便、快捷的城市轨道交通地铁。目前，我国的城市轨道交通建设方兴未艾，北京、上海、广州等城市已经开通运营地铁线累积里程在200公里以上。全国目前已经批准建设地铁的城市有25个以上，每年投入地铁建设的资金在数千亿元以上，地铁建设市场前景广阔。修建地铁等城市地下工程，有明（挖）盖法、暗挖法、盾构法等，各种施工方法都具有各自

3、的优缺点和所适用的施工条件。在建筑物和基础设施完善和密集的城市地铁隧道的施工方法中国，浅埋暗挖法和盾构法是两种主要的施工方法，在特殊地段、盾构法不适用的地段，矿山法或明挖法是必然的选择。浅埋暗挖法因适应城市特殊环境及我国的经济实力，且避免了明挖法对城市居民生活的影响以及盾构法对地层的局限性，已经成为具有中国特色的城市地铁隧道修建的主要方法之一。1.2课题研究国内外发展现状隧道开挖施工导致地表面沉降主要是由于开挖施工过程中引起的隧道周围地层损失和施工扰动及地下水流失导致的隧道周围土体固结造成的[2]。一方面，开挖过程造成隧道周围地层损失，在弥补地层损失的过

4、程中临近岩土体发生微小地错位移动，最终引起地表沉降。其中地层损失是指隧道施工结束后实际开挖的土体的体积与竣工隧道体积之差。施工过程中隧道周边包裹的压入浆体体积也包括在竣工隧道体积内。另一方面，隧道开挖过程中扰动土体移动，引起周围土体内部孔隙水压力的变化，破坏原始水土平衡，导致地层岩土体发生排水固结最终引起地表沉降。隧道周围土体的蠕变也会导致地表面产生一定的沉降。因此，在一定埋深范围内的隧道，开挖施工都将不可避免地导致其上方地表面产生沉降。2暗挖隧道围岩变形机理分析及初步方案拟定2.1暗挖隧道施工引起的土体变形机理分析城市地下隧道施工引起的地层变形,主要是

5、由于施工开挖造成的隧道周围地层损失和岩土体受到扰动或者受到剪切破坏后岩土体土再固结造成的[36]。一方面在隧道开挖过程中邻近岩土体在弥补地层损失中发生地层移动，引起土体变形。另一方面在含水地层等地质环境中进行隧道开挖施工时，隧道周围岩土体受到扰动从而引起其内部孔隙水压力发生变化，使土体发生排水固结，引起土体变形。另外土体自身的一些性质例如蠕变等因素也将导致土体产生一定的形变。隧道上方覆盖地层的变形和和位移是由隧道开挖后的地层应力释放和地层损失引起的。浅埋隧道位移产生和发展的过程与上述情况基本一致，所不同的是顶部位移直至地表，而且在横向波及一定的范围，构成

6、了所谓的沉降槽。这种顶部的沉降和沉降槽波及的范围对于浅埋隧道是一个不可忽视的危害因素。对于暗挖法则为开挖后支护结构达到强度要求前的时间段内隧道上方一定范围内土体向隧道内空移动所引发的地层整体变形。暗挖隧道施工引起的周围土体以及地表的变形是一个非常复杂的过程。首先，在隧道开挖后周围受到扰动的岩土体会应力发生改变继而进行重新分布。在应力重分布过程中，造成隧道周围及掌子面前方土体的应力集中，当应力超过土体强度后即发生破坏，继而产生较大的变形，所变现出来的宏观现象即为周围土体的变形和位移。随着隧道开挖范围不断扩大，这种变化不断地积累最后通过土体变形和位移传递到地

7、表，即产生地表面的沉降。对于浅埋暗挖法施工的隧道，超挖、支护不及时以及结构刚度不够都会引起额外的地层损失，有时候这些额外的地层损失是造成地表沉降的主要原因。2.2影响地表变形沉降的主要因素(1)地层土体特征在隧道施工开挖后，上覆岩土层能够形成自然拱的最小覆盖厚度与土体自身性质有着密切关系。覆盖层能否形成自然拱对隧道支护结构和地层变形沉降都会产生重要的影响。自然拱的存在能够抑制地表沉降量的增加；反之所产生的过大的地表面沉降量可能对地表建筑物和设施造成一定程度地影响。同时外界条件发生变化时引起岩土体自身性质的变化也会对地表面的沉降造成一定程度的影响。例如，针

8、对空隙较大土层在具有最优含水量的情况下，隧道开挖施工引起的地表沉降相对较小；反之