淺析地鐵隧道結構的沉降原因

閆淑芳

[摘 要] 隨著經濟的發展，越來越多的城市開始興建地鐵工程。地鐵隧道建造在地質復雜、道路狹窄、地下管線密集、交通繁忙的鬧市中心，其沉降問題不容忽視。本文闡述了地鐵隧道沉降的嚴重性，著重分析了地鐵產生隧道沉降的原因，對指導施工具有一定的現實意義。

[關鍵詞] 地鐵隧道沉降原因分析

1.引言

近年來，伴隨著我國的城市化進程的加快，城市經濟日益發展，城市區域也逐漸擴大。由于流動人口以及車輛的增加，城市交通量呈急驟增長的態勢。城市道路的相對有限性給城市交通帶來了一系列問題。發展地鐵建設能極大地緩解城市交通擁堵狀況，給廣大市民出行提供安全、便捷、舒適、清潔的交通工具，對城市基礎設施建設也起著極為重要的作用。

雖然地鐵的建設促進了城市經濟的發展和地下空間的利用，但是地鐵隧道多建在軟弱的土層中，周邊地下管線密集、地質條件復雜。且上方地面道路狹窄、交通繁忙、建筑物林立，加之地鐵沿線地區的城市建設等原因必將引起地鐵隧道結構的縱向沉降。一旦沉降量超過規定的限度，尤其是不均勻沉降，將會引起地鐵隧道結構的變形，給地鐵的正常運行帶來隱患。同時對周邊環境產生影響。

2.原因分析

對長期營運中的地鐵隧道沉降原因進行分析，總結出有以下七方面的原因：

（1）下臥土層的不均勻性。下臥土層的不均勻變形是地鐵隧道下沉的基本原因。在實際工程中，沿隧道縱向分布的土層性質不同。這就決定了土層的擾動、回彈量、固結和次固結沉降量、沉降速率、沉降達到穩定時間等都有不同程度的差別，導致隧道發生沉降。通常情況下，隧道下臥土層類別變化處正是隧道發生較大沉降的地方。

（2）隧道上方地面承受較大荷載。上方地面承受較大荷載也將導致隧道產生較大沉降。特別是當加載面積較大、壓縮土層較厚時，在附加應力的作用下，隧道沉降量會大幅增加。由于隧道下部土體的反力總小于未修建隧道前此處土的自重應力，隧道下臥土層壓縮模量比修建隧道以前有所降低，而且受施工擾動的隧道下臥土層的長期次固結在地面加載時依然在繼續。地鐵隧道一般都要穿越城市鬧市區，市中心建筑密度大，高樓林立。這樣大面積的建筑物尤其是高層建筑沿地鐵隧道沿線排列，其建筑載荷產生的附加應力對地層沉降的影響是相當大的。

（3）地鐵隧道鄰近周邊的施工影響。地鐵隧道周邊的土體開挖將會對地鐵隧道造成明顯的影響。例如深基坑的開挖，其過程實際上是一卸載的過程。地鐵隧道臨近的深基坑開挖對隧道的影響主要是兩個方面：其一由于基坑開挖引起圍護的側向位移和坑內隆起使得坑外地層沉降，導致隧道也隨之沉降；其二基坑開挖引起圍護向基坑內的側向水平位移，導致隧道發生撓曲變形。臨近基坑的隧道段和遠離基坑的隧道段間將產生明顯的縱向不均勻沉降。再如當不同地鐵隧道形成空間近距離交叉穿越的時。后建隧道對周圍土體的擾動，會在隧道橫向的地層中形成一個近似正態分布的沉降槽，導致已建隧道產生縱向的不均勻沉降。

（4）城市底層沉降的綜合影響。隧道處于地層中間，就不可避免地要受到城市地面沉降的綜合影響。地層構造使得城市的地層沉降會產生沉降漏斗區。當隧道穿越沉降漏斗區時，位于漏斗區內的那段隧道的沉降明顯比漏斗區外隧道的沉降大，長期積累下去，就會產生嚴重的縱向不均勻變形。

（5）地鐵隧道于車站的沉降差異。地鐵隧道和車站在結構構造、施工方法和承受荷載等多個方面存在很大差異，因此隧道和車站之間不可避免地存在差異沉降，有時這種差異沉降足使隧道環縫漏水和管片開裂。地鐵車站的修建使其底部的土體應力處于嚴重的卸荷狀態。并且軟土地鐵車站常采用支撐地下連續墻明挖施工或逆做法施工，車站主體結構和地下連續墻結合為一體，施工對土體的撓動比較小，車站整體穩定在于抗浮穩定。而地鐵隧道的施工雖然也對底部土體形成卸荷，但在量值上要小得多，由于施工中對周圍軟土的撓動，隧道位移一般是向下沉降，這樣即在車站和隧道之間形成不均勻沉降。

（6）地震的影響。由于隧道存在結構與土共同作用的關系，地震的作用機理及結構反應極其復雜。由于地質環境差異，隧道軸線彎曲，臨近工程的影響和周邊約束條件的不同等因素，區間隧道會對地震做出的不同反應，引起隧道的縱向不均勻變形，所出現的后果也比較嚴重。對處于軟土地層的隧道來說，飽和粉土與粉細砂土在地震中的液化問題特別應該重視。地層液化對隧道縱向不均勻變形的影響主要表現在土層大量震陷或地層液化對隧道產生向上的浮力，這樣均會導致隧道結構縱向的巨大不均勻變形，使隧道結構內力急劇增大，從而導致隧道結構破壞。因此在易于產生地層液化的地區，應該采取適當的措施加用注漿等手段改良地層條件，用以加強結構措施來增強隧道結構性能。

（7）列車運行的振動。地鐵隧道在正常營運期間，要受到地鐵列車振動荷載的長期循環作用。雖然單次列車通過所產生的荷載引起的結構振動位移很小，但在列車振動荷載長期循環持續的作用下，必須注意隧道下臥的飽和砂土層液化的可能性以及飽和粘土震陷的可能性。

3.結語

近年來，隨著我國經濟的迅速發展，交通運輸事業也進入了一個快速發展的階段。隨著城市車輛交通規模的不斷增加，城市擁堵現象越來越嚴重。在各大城市興起修建地鐵的大潮。地下鐵道的建成極大地緩解了城市中心交通擁擠、阻塞狀況，給廣大市民出行提供安全、便捷、舒適、清潔的交通工具，對城市基礎設施建設也起著極為重要的作用。但各類原因引起的地鐵隧道沉降必須給予充分的重視。尤其是不均勻沉降，將會引起地鐵隧道結構的變形，給地鐵的正常運行帶來隱患。因此，本文建議對地鐵隧道結構進行沉降監測，這對隧道安全監控具有重要意義。