基于地鐵隧道施工對既有橋梁變形控制的技術研究

姬 楓

洛陽璟信公路工程科技發展有限公司 ， 河南洛陽 471000

地鐵作為一種新型的交通方式，充分利用城市地下空間使得城市地表的交通擁擠的狀況得到緩解。由于地鐵的修建是在地下，這就會對城市既有的建筑產生影響，地鐵隧道是沿著既有建筑的路線開展的。在這種情況下，地鐵隧道的開挖，就可能會導致地表下沉，使地表橋梁建筑變形，引發安全隱患。

1 地鐵隧道施工時影響地表變形的因素

地鐵隧道在開挖時很容易會使地表變形，嚴重的情況下，會使依附于地表上的建筑物存在安全威脅。地鐵隧道施工時造成地表變形、下沉的因素將會是解決此類問題的一個關鍵點，所以在此論述地鐵隧道施工時影響地表變形的因素。

1.1 地下水位

地鐵隧道的開挖所涉及的寬度和深度都是十分廣的，在施工時可能會遇到存儲地下水的狀況，這個時候為了繼續施工，需將地下水抽離使地下水位下降。地下水位下降，就會造成土層含水量減少，使土層間的空隙水壓降低導致地表下沉。

有時在施工期間開挖面的涌水或者是工程完結之后襯砌滲漏水，就使周圍的地下水不斷給此處補水，產生動水壓力，使得地表的滲透壓力發生了變化，導致土體變形地表下沉。

1.2 降水因素

降水能夠使地下水的浮力發生變化，一般降水會減小地下水的浮力，這就會導致地下底層顆粒的位置發生改變使地表下沉。但是當降水停止以后，地下水浮力恢復，地表就會反彈。這樣一下沉一反彈極易引起地表的變形，同時對依附于地表上的建筑產生嚴重的影響。

降水導致地表變形的估算公式是：

在上述公式中，E 是指降水深度范圍內土層的平均壓縮模量， H? 是指降水的深度，也就是降水面和地下水原來的水面之間的數量差。

?P 是降水產生的自重附加壓力：

γw是指水的密度。

這樣就能夠換算出地鐵隧道施工時，降水所帶來的地表下沉的大概范圍及趨勢，有利于有關部門人員采取相應的應急措施和方案。

1.3 地鐵隧道施工時所帶來的地層損失

地層損失是指地鐵隧道的施工中實際挖出的土的體積與竣工隧道體積之間的差數。地層損失能夠使周圍土體發生移動，然后引起地表變形。地層的損失是在施工的過程中所引起的，增加了施工的難度和地表建筑物的危險度數，應該引起施工單位的注意和重視。

1.4 地鐵隧道施工的尺度和進度

在地鐵隧道開挖的過程中，由于隧道的開挖大多是在巖土體內進行的，在施工的過程中不可避免的對影響巖土體的一些結構和緊密程度。由于巖土體的變動引起了地表的變形，使得依附于地表上的建筑物也隨著變形，嚴重情況下會導致建筑物整體下沉的現象。

在地鐵隧道的挖掘過程中，大多采用的是臺階方法，臺階的長度會對周圍巖石和地表產生影響。開挖的尺度越大，造成周圍巖石變形程度和地表下降也就越大，當臺階的長度達到一定時，就會使地表發生大范圍的變形，進而造成地表上建筑物的變形。

施工的速度也會對變形的程度產生影響，一般情況下施工的速度越快，使得開挖面暴露的時間也就越短，相應的也會減小地應力的釋放，進而使地表的變形程度減少。

1.5 地鐵隧道施工預支護措施

在地鐵隧道施工的過程中，會出現工作面不能自穩的狀況，這時，就要在開挖輪廓線外進行支護或與開挖面后方的支架間組成相應的支護體系，這種體系就是預支護。預支護體系在隧道開挖后，支護結構產生之前支撐整個臨空的土體，使得開挖面能夠保持穩定的狀態。

所以預支護措施一定要嚴格按照相關的規定進行，否則就有可能導致開挖面不穩定，造成地表變形。

地表的變形或者沉降不僅與上述因素有關，還可能會受到地層條件的影響。地鐵隧道施工中引起地表變形的情況是不可避免的，關鍵是在于人們采取何種方法減少地表變形的情況以及對變形后的救助。

2 地鐵隧道施工造成的地表變形特征

2.1 地表變形隨著隧道施工的進行分階段進行

當地鐵隧道挖掘的工作面到距測點相差-3D 至1D 時候（D 表示隧道開挖的最大跨度），這時開挖對地表沉降產生的影響占總沉降量的5%至15%，這是地表變形的超前隆起或負下沉階段。

當地鐵隧道挖掘的工作面在-1D 至3D 的范圍時，地表變形速度就會增開，該階段所造成的沉降量約為55%至65%，這是地表的急劇變形階段。

當地鐵隧道挖掘的工作面在3D 至5D 范圍內時，地表變形的速度就會減慢，這個階段地表沉降量占總沉降量的15%至20%。

當地鐵隧道工作面超過5D 之后，沉降的速度會更加緩慢，幾乎沒有什么大的變化，已經趨于穩定的狀態，這個階段的沉降量僅為5%。

綜合上述，地鐵隧道挖掘過程中沉降速度的變化，可以為采取相關的補救措施提供一定的思路，使得預防地表沉降的工作能夠分清主次，有效的進行。

2.2 不同地形引起的地表變形不同

不同的地形狀況以及挖掘方式，會給地表的變形程度產生不同的影響。地質結構比較密集的地方，地鐵隧道的挖掘對地表變形產生的影響相對就小一些。當然先進穩固的挖掘方式也在一定程度上減少了地表變形的程度。這就預示著在不同地形挖掘地鐵隧道的時候要根據當地地形的特點，采取最合理的挖掘方法，減少地表變形的程度，保障依附于地表上建筑物的安全程度。

3 地鐵隧道施工對既有橋梁變形控制措施

3.1 嚴格按照相關規定進行開挖

在地鐵隧道開挖前，有關部門會針對挖掘現場進行實地勘驗，并且制定相關的挖掘方案。上文中提到，不同的地質會對地表沉降的程度產生不同的影響，這也就要求有關人員在遵守有關部門的相關規定時應該根據實際情況靈活應用相關規定。這樣在施工的過程中，對于施工給地表帶來的變形就會有一定的把握程度，并且能夠及時的采取有效措施控制變形量。

3.2 減少地下水位的下降幅度

地下水位的降低毫無疑問會使整個工程難度增加，地下水位下降會導致整個土層結構發生改變，從而引起地表大范圍的沉降。所以在地鐵隧道開挖的過程中既要保證工作的正常進行，又要盡量減少地下水的水位下降幅度。在遇到地下水滲漏的情況時，可采取水帷幕或者旋噴樁等阻斷地下水的繼續下滲。

3.3 合理安排開挖尺度

工作面的穩定能夠有效的控制地表下沉以及拱頂的下沉。因此在地鐵隧道軟弱的時候，要減小開挖的尺度。同時要根據地層的相關特征來安排合理的開挖尺度。還可以借鑒國外的優秀經營，將斷面的開挖寬度控制在0.1 倍。

3.4 結合地形制定、選擇最優的施工方案

由于各地地形狀況不同，所以在施工過程中所遇到的狀況也會不相同的。施工方要根據不同地形在地質特征，制定出適合此類地形的施工方案，并結合有關專家的意見和建議，及時有效的改進方案，為施工的進行提供最優的施工方案。實踐證明，采取此類制定施工方案的方法，能有效抑制地表變形的程度。

3.5 加強預支護措施

對于預支護，一般采用的是增大超前小導管直徑，減小布置間距，擴大注漿范圍和嚴格注漿質量等措施加強。對于鋼格柵，可以適當地縮小其間距。在間距一定的情況下，增大主筋的直徑，從而增大預支護的剛度，起到很好的防護作用。

3.6 改善土體特征

地鐵隧道的開挖還可以通過改善土體的特征，使其向好的方面轉化來減少地表變形的程度。對于土質較差的施工處，可以采用深層注漿和超前注漿的方法使土體性質改變，也可以壓注純水泥漿和雙液漿來改變土體性質，甚至還可以壓注一些化學漿液，使土體性質加固。

另外，施工隊還要提高施工的效率，保障施工工程安全、高效完成，使地層應力能夠得到有效的控制，減少地表變形程度。

4 結論

地鐵的修建能夠加快城市化的進程，然而地鐵是利用地下空間來發揮其應有的功能，所以會給地表變形產生一定影響，進而導致地表橋梁的變形。無限發揮地下空間加快人類的發展無疑是順應時代發展潮流，但是由此帶來的一系列的負面影響也應該引起有關部門的注意，所以，在地鐵隧道施工過程中，加強對地鐵施工時給地表造成影響的控制，才能更好的改善人們的生活水平。

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