地铁隧道影响地表沉降的关键要素及其对策

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1、地铁隧道施工中影响地层沉降的关键要素及其对策中铁二十局集团有限公司吴应明王学斌摘要：本文对城市地铁浅埋暗挖隧道施工，特别是采用新奥法施工时影响地层沉降的关键要素进行了分析和探讨，提出了控制地层变形和地表沉降应采取的对策和措施；为城市地铁在软土地层中开挖隧道时，如何有效控制地表沉降提供了借鉴。关键词：地铁；浅埋暗挖；隧道；沉降控制城市地下空间的开发利用，为解决城市交通、停车、贸易、通讯、供水、供电等起到了十分积极的作用；但在地下工程的施工过程中，会带来一系列的问题，如对正常的交通和人们日常生活的影响、噪音、环保、水

2、污染、地表下沉等；如何解决好这些问题，或者将影响降低到最低的限度，是每一个参与地下工程建设的设计及施工的工程技术人员和建设者的共同责任。在地下工程的开挖过程中，不管其结构形式、几何形状如何，埋深多少，土体都会被扰动，原有的平衡状态被破坏，将进行应力重分配，地下土体和地表面或多或少的都会产生位移和变形。特别是城市地铁隧道的埋深一般均较浅，在采用暗挖法施工时更容易产生地层、地表下沉及变形，严重的将危及地面建筑物、城市道路、地下管线等的安全；因此如何控制浅埋暗挖隧道施工过程中的地层、地表下沉和变形，即成为地铁工程施工中

3、的关键环节之一。本文着重就城市地铁浅埋暗挖隧道施工中，特别是采用新奥法施工时影响地层沉降的关键要素以及应采取的对策进行分析和探讨。1地层沉降变形特性地铁工程的浅埋暗挖隧道，其施工有盾构法和新奥法两种施工方法，由于技术和经济方面的原因，新奥法的应用更为广泛一些；而新奥法施工的浅埋隧道，特别是处于松散地层的浅埋隧道在施工过程中更容易发生地层沉降，并且其沉降量一般均较大。笔者先后参加了青岛地铁实验段、广州地铁、深圳地铁一期工程等项目的施工，通过对部分松散地层浅埋暗挖隧道在施工中的地层沉降监测资料的汇总分析，可知在上述条

4、件下地层沉降变形具有如下特性。1.1地表沉降值大于拱顶下沉值由拱顶至地表方向，地层的沉降量随地层距隧道拱顶的距离的增大而变大，地表的沉降值最大，而拱顶的下沉量相对较小。如深圳地铁一期工程，地铁沿线隧道段的地表沉降量普遍较大，一般均在100mm,个别点累积最大沉降量达400mm;而洞内拱顶沉降值相对较小，一般在100mm左右；洞内其它周边的收敛值普遍很小，累积不超过10mm。从以上的结论同时也说明，拱顶下沉量的变化对地表的沉降值的变化影响较大。1.2开挖引起地表沉降的范围最大在隧道开挖的过程中，地表发生沉降的范围达

5、到最大。一般在开挖边线以外40～50m的范围内，均有不同程度的沉降和开裂；个别地层，如砂层地段的影响范围还更大。1.3开挖引起地层变形的时间较早地层变形从隧道开挖至该截面线路前方的某一截面时即开始产生，按可比的下沉值比较，开挖对前方地层变形影响的范围，其距离一般约在30m左右。51.1沉降趋于稳定的时间较长地层变形及地表沉降趋于稳定的时间较长，在隧道初期支护闭合成环且完成后，拱顶和地层仍然继续变形，一般要在40天左右变形及沉降才基本趋于稳定；待隧道二次衬砌施作完成后，变形和沉降才能完全稳定。2影响地层沉降变形的要

6、素引起地层沉降变形的原因较多，也很复杂；通过对青岛地铁实验段、广州地铁、深圳地铁一期工程等项目的部分浅埋暗挖隧道在施工中地层沉降的原因分析，笔者认为对浅埋暗挖隧道在施工中产生地层沉降影响较大的要素有以下几个。2.1地层土体特性力学研究表明，隧道开挖后上覆土层形成自然拱的最小土层厚度与土体本身的力学特性密切相关；隧道开挖后能否形成自然拱不仅对隧道支护结构影响大，对地层和地表的变形沉降影响也很大；能形成自然拱的，对地表沉降量的影响就小一些，反之即大一些。同时土体的特性也会随着一些条件的改变而改变，特性改变之后对地表沉

7、降量的影响也随之改变。如深圳地铁隧道上覆土的成因是海冲击层，空隙比较大，若保持最优含水量时，为极硬土性质，引起的沉降要小一些，而失水后易造成超固结，会引起较大沉降；地层内部在隧道开挖扰动后，引起开挖周边土体松弛变形，出现潜在坍滑区，尤其在砂层地段，坍滑现象会更严重。土的特性决定了地表影响范围的大小，决定隧道拱顶下沉值对地表下沉值影响的大小，这种影响特别在砂层、砾砂层段表现更为突出。2.2地下水地铁隧道处于地下水位线以下的居多，隧道开挖排水后易造成地下水因压力差的存在不断渗出，形成多条渗水通道，使地层持续失水，土层

8、空隙及节理裂隙固结收缩，引起地层、地表超前、超大范围出现变形、沉降。从对广州地铁、深圳地铁施工监测情况看，地层的持续失水是造成地层变形、地表沉降最根本、最主要的原因之一。2.3地层应力释放由地层的收敛约束特性可知，随地层位移的增大，其上覆地层施加到隧道结构上的荷载将减小。最佳支护概念就是在允许地层产生稳定的位移条件下，使支护结构所受的力最小，但新奥法的观点一般是针对具有稳