黄土地层地铁隧道施工引起地表移动与变形预测方法

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1、1绪论1绪论1.1选题背景及研究意义1.1.1选题背景随着城市的发展和人民生活水平的提高，人们的出行次数和出行距离均有所增加，交通流量更是大幅度的增加。据预测，到2011年，我国20多个大城市主干道的高峰小时单向断面客流量高达3～7万人次/小时。如此巨大的客流量，单采用8～9千人次/小时的地面公共汽车已经不能解决这一严峻问题，与机动车道分离行驶的自行车只能作为短途公交客运的补充，而大量发展私人轿车还尚不符合目前我国的基本国情。我国许多大城市的建设用地十分有限，不能无限制的扩展道路。城市地面交通的压

2、力越来越大，单一的地面交通已经无法从根本上解决城市交通拥挤的状况，迫切需要大力发展地下快速轨道（地铁）交通来从根本上解决交通拥挤的问题。人类对地下空间的利用可以追溯到远古时期，但是直到欧洲产业革命之前，地下空间的开发非常有限。欧洲产业革命后至今，随着科学技术的发展，地下工程得到迅速发展。1863年，在英国伦敦建成世界第一条地铁，该地铁初期虽然长度只有6.2km，但却显现出了强大的生命力。城市地铁不仅是具有安全可靠、准时方便和舒适等优点，而且它占用土地少，基本不破坏地面景观；将部分街面交通转移到地下

3、，能够快速大量输送乘客，极大地缓解城市交通拥挤问题；而且许多地铁，不仅起到交通运输的作用，在战争时期还发挥了防空掩蔽所的作用。因此，许多大城市都很重视地铁的建设。很多大城市，如伦敦、巴黎、纽约、东京、莫斯科等，都已经形成了四通八达的地铁线网，并已经向深层发展。目前许多大中城市正在修建或续建地铁。在城市，尤其是在市区，建设地下铁道，向地下发展是今后城市发展的一种趋势。我国自1965年开始在北京修建地铁，至今已有北京、上海、天津等城市地铁线路投入了运营。另外，我国香港和台北也有地铁线路投入运营。这些地

4、铁线路的开通极大程度上缓解了交通拥挤状况，这些城市以及西安、沈阳、重庆等城市正在积极兴建或计划修建地铁。我国人口众多，很多大中城市均存在严重的交通拥挤问题，要根本解决这个难题，其中一个重要方面就是将地面人流最大限度的引入地下。随着经济的发展，更多的城市将修建地铁，因而地铁建设在我国将是一项长期的任务。1.1.2研究意义近年来，随着我国城市建设的发展，城市地下工程迅速发展，主要包括地下铁道，1西安科技大学硕士学位论文过街通道，各种市政地下工程以及人防设施等。地下工程施工，会引起地层移动而导致不同程度

5、的沉降和位移，由于施工技术及周围环境和岩土介质的复杂性，即使采用最先进的施工方法，其施工引起的地层移动也是不可能完全消除的。当地层移动和地表变形超过一定的限度时就会造成地面沉陷、基坑垮塌、隧道破坏、周边建筑物损害、地下管线损害等事故，导致严重经济损失并产生不良的社会影响，从而影响到隧道和地表建筑物的正常使用和安全运营。尤其对于城市地铁，一般都穿越城市中心地带，因建筑物密集、施工场地狭小、地质情况复杂、地下管网密布、交通繁忙、施工条件受到限制，对环境的控制要求更为严格。正确估计可能发生的地面变形，可

6、以选择最佳的施工技术，制定一套完善的措施以确保施工地区楼房、建筑物与地下管线等重要设施的安全。随着我国上海、北京、南京、西安、杭州等30多座城市地铁的上马，由于地铁施工引起的地表过大沉降和变形而造成地面和地下建筑物损害的概率将会大大增加。因此，研究地下铁道旋工引起地表沉降及变形预测刻不容缓。地铁隧道以及各种市政地下工程（如污水隧道、电缆隧道、以及市政管线共同沟等），在城市中也获得了发展。随着城市和生活现代化程度的提高，各种管线种类和密度将会大量增加。城市共同沟的建立，消除了城市上空电线如织、电线杆

7、及变压器林立的状况。总之，由于人类正面临人口膨胀、资源短缺等一系列问题，人们已经逐渐将地下岩土体作为一种新的国土资源，把对地下空间的开发利用作为解决城市人口、环境、资源危机的重要措施，实现城市可持续发展的重要途径。21世纪将成为人类开发利用地下空间的世纪，城市地下工程将有很大发展。地下工程施工是在岩土体内部进行的，无论其埋深大小、施工技术先进与否，开挖施工都不可避免地对岩土体产生扰动，引起的岩土体变形可能影响地表建筑和已有的管线设施。因此隧道施工时，要与保护城市中有历史意义、社会和经济意义的设施协

8、调起来。隧道施工引起的地表移动和变形，尤其是在地面建筑设施密集的城市中进行隧道施工，一直是人们十分关心的课题。地下开挖势必引起地表沉降和变形，地表沉降到一定程度时，将影响地面建筑物的安全和地下管线的正常使用。为减少由于隧道施工引起的地表沉降和变形所造成的对地面建筑物及地下设施的损害记忆对周围环境的不良影响，必须对地表移动与变形进行正确的预计。为此目的，人们进行了广泛而长期的研究。1.2国内外研究现状隧道施工引起地表沉降的因素很多，地表移动和变形的大小不仅与隧道的埋深、断面尺寸、施工