地表變形受地鐵施工的影響分析

王智平

摘 要：在隧道修建的過程中，盾構(gòu)施工是最重要的隧道施工形式之一，雖然其技術(shù)已經(jīng)較為完善但是在隧道的修建過程中，土體的擾動(dòng)是無(wú)法避免的，由于該現(xiàn)象會(huì)造成地層發(fā)生一定程度的變形、移位。文章主要針對(duì)地鐵施工中土體擾動(dòng)對(duì)于地表的影響進(jìn)行了分析，針對(duì)其變化規(guī)律展開了探討，對(duì)地表變形的研究狀況進(jìn)行了分析，進(jìn)一步闡釋盾構(gòu)施工引發(fā)地表變形的原因以及規(guī)律。

關(guān)鍵詞：地表變形；地鐵施工；盾構(gòu)施工

中圖分類號(hào)：U455 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1 概述

當(dāng)前地鐵工程實(shí)踐中隧道施工技術(shù)已經(jīng)相對(duì)成熟，但是在施工中土體的擾動(dòng)現(xiàn)象是無(wú)法避免的，這種擾動(dòng)會(huì)對(duì)地層產(chǎn)生一定的影響，而發(fā)生不同程度的變形以及一位。若這種變形現(xiàn)象嚴(yán)重的話就會(huì)對(duì)變形位置周圍的建筑以及地下管路等造成安全影響，不利于巖土環(huán)境的保護(hù)，怎樣才能夠有效降低隧道施工對(duì)周圍土層的影響，保護(hù)施工現(xiàn)場(chǎng)周圍的管線以及建筑的安全，若引發(fā)的了土體結(jié)構(gòu)改變從而影響了周圍的環(huán)境該采取怎樣的措施，這些問題都是工程領(lǐng)域一直不懈研究的主要課題。因此盾構(gòu)法隧道施工產(chǎn)生地表沉降的機(jī)理以及對(duì)土體產(chǎn)生的影響規(guī)律成為了最受重視的問題。

2 研究狀況

當(dāng)前的研究針對(duì)盾構(gòu)施工引發(fā)的地表變形主要通過以下的方式進(jìn)行：經(jīng)驗(yàn)法、解析法、模型試驗(yàn)法三種，具體分析如下：

2.1經(jīng)驗(yàn)法。該種方式較為簡(jiǎn)便，只要將公式參數(shù)確定后就能對(duì)地面沉降數(shù)值進(jìn)行計(jì)算。經(jīng)驗(yàn)法通過一定的公式進(jìn)行分析能夠直觀的將土體性質(zhì)以及隧道特點(diǎn)等沉降的主要引發(fā)因素反映出來(lái)，在一些施工設(shè)備以及技術(shù)比較完備的工程中中，土質(zhì)良好并且已經(jīng)具有相類似情況，那么依照實(shí)測(cè)資料，便可以得出同實(shí)際結(jié)果非常接近的計(jì)算結(jié)果。

2.2解析法。該種方式計(jì)算量相對(duì)較小，一般都是得到的理論結(jié)果，其范圍有限，只能在特定的條件下才可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行解析。因而這種簡(jiǎn)單化處理在實(shí)際工程應(yīng)用中具有局限性，由于實(shí)際的工程復(fù)雜度較高，因而計(jì)算結(jié)果同實(shí)際狀況會(huì)有很大的差異，準(zhǔn)確性較差。

2.3模型試驗(yàn)法。這種方式主要被應(yīng)用在了解各種現(xiàn)象引發(fā)機(jī)理的研究中，對(duì)于盾構(gòu)施工對(duì)地層移位的影響因素予以生動(dòng)的揭示，在地面沉降研究中意義深遠(yuǎn)。但是模型的制作也會(huì)遇到一定的問題，足尺模型經(jīng)濟(jì)性較差，會(huì)耗費(fèi)大量的資源。而縮尺模型的實(shí)驗(yàn)方式以及費(fèi)用也不具有經(jīng)濟(jì)和理性，且模型能夠得到的參數(shù)精確性也無(wú)法保障。

3 變形機(jī)理分析

3.1 主要影響因素

在實(shí)際施工中地表變形的方式會(huì)受到多種因素的影響而以不同的形式出現(xiàn)，具體能夠引發(fā)地表面型的因素有一下幾種。

（1）開挖面上的土體移動(dòng)。這種移動(dòng)是由于，受到開挖作業(yè)的影響，正面土體受到推應(yīng)力的作用，這種作用力大于土體原始的側(cè)向應(yīng)力，因而土體會(huì)發(fā)生向前向上移動(dòng)，因此在盾構(gòu)前方的土體會(huì)發(fā)生隆起現(xiàn)象，因此就會(huì)引發(fā)負(fù)地層損失。

（2）盾構(gòu)后退。這種現(xiàn)象一般發(fā)生在盾構(gòu)推進(jìn)被暫定后，若推進(jìn)千斤頂被縮回，那么就會(huì)發(fā)生盾構(gòu)的后退現(xiàn)象，由于千斤頂?shù)某坊?，就?huì)使得開挖面的土體不再具有支撐，因而發(fā)生了松動(dòng)和坍落，使得地層沉降，從而對(duì)地表造成影響。

（3）在盾構(gòu)施工中盾尾處存在空隙，若土體擠入盾構(gòu)同管片之間的空隙中也會(huì)引發(fā)地表沉降。空隙的出現(xiàn)是因?yàn)樗淼劳庵芸障稕]有及時(shí)的進(jìn)行壓漿，或者壓漿重量沒有代報(bào)，導(dǎo)致盾尾后的周邊土體三維狀態(tài)失衡，因而會(huì)移動(dòng)至空隙中造成漏漿，引發(fā)地層的損失，導(dǎo)致地表發(fā)生變形。

3.2 地表受隧道施工產(chǎn)生變形的模式以及變形特點(diǎn)

3.2.1 變形模式

地層沉降的模式包括整體沉降模式和拱式沉降模式，分別適用于粘性土地層和砂性土地層。對(duì)于松散地層，尤其是含砂性土的地層，隧道開挖后首先在其上方形成拱，隨隧道開挖范圍增大拱在不斷發(fā)展，在一定條件下將形成某一穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，即相對(duì)穩(wěn)定的“拱結(jié)構(gòu)”，由于隧道開挖及支護(hù)不及時(shí)，可能造成拱范圍的擴(kuò)大，當(dāng)拱波及到砂層，尤其是含水砂層時(shí)則會(huì)發(fā)生質(zhì)的變化，即可造成大范圍的涌水涌砂，嚴(yán)重時(shí)可能波及到地表。

3.2.2 變形特點(diǎn)

基于不同類型的地層條件，對(duì)其受施工影響的變形機(jī)理和特點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，并搞清各類地層變形的控制要素，由此制定可靠的技術(shù)措施才能從根本上實(shí)現(xiàn)對(duì)地層沉降的控制。綜合一系列的工程實(shí)踐，總結(jié)地層變形及地表沉降特點(diǎn)如下：

A、不同地層條件下，地表下沉量存在較大差異，但均遠(yuǎn)大于類似條件下的盾構(gòu)法施工。在某些條件下將地表下沉量控制在30mm至50mm是可行的，而在松軟地層及含水條件下則存在較大困難。

B、地層組合的差異會(huì)明顯影響到地表的沉降量，地層中的含沙層以及匯水地段、軟土層會(huì)發(fā)生較大程度的沉降，地下水位較高的地方影響也較大。因此可以總結(jié)出地層強(qiáng)度以及地下水會(huì)對(duì)地表沉降量造成較大的影響。

C、在開挖過程中超前影響具有較大的范圍，往往會(huì)影響到30米以上的范圍，并且在這一范圍中的地表均會(huì)增加沉降，最終的累計(jì)沉降量會(huì)達(dá)到25%左右。并且在進(jìn)行隧道開挖的過程中，會(huì)相應(yīng)的增大橫向影響范圍。

結(jié)語(yǔ)

在盾構(gòu)施工時(shí)，對(duì)地表沉降的激勵(lì)可以分成盾構(gòu)到達(dá)、盾構(gòu)通過兩種地表變形兩種。其中盾構(gòu)到達(dá)的變形是由于在進(jìn)行挖掘的過程中，由于在開挖面發(fā)生了涌水現(xiàn)象，或者管片的拼裝問題導(dǎo)致了地下水位異常降低，而地下水位的下降會(huì)造成地基中有效土?xí)龊瘢瑥亩陂_挖面之前一定距離的地表會(huì)發(fā)生沉降。而盾構(gòu)結(jié)構(gòu)通過后的變形則是指開挖面通過監(jiān)測(cè)點(diǎn)后檢測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生了隆起或者沉降的現(xiàn)象，著主要是因?yàn)槎軜?gòu)施工的盾構(gòu)機(jī)正面土壓力值異常導(dǎo)致了開挖面土壓異常所致。開挖面的壓力主要受到設(shè)備推進(jìn)速度以及出土量等因素的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]吉小明，張選兵，白世偉.淺埋暗挖地鐵隧道開挖過程的模擬研究[J].巖土力學(xué)，2002（06）.

[2]姬永紅；隧道施工引起橫向地層沉降的隨機(jī)預(yù)測(cè)[J].巖土工程技術(shù)，2004（01）.

[3]夏國(guó)志，宋衛(wèi)東，王森.地鐵車站站后折返區(qū)間淺埋暗挖開挖過程的模擬研究[J].鐵道建筑，2007（07）.

[4]孟伶俐，孫賓，鄧凡.地鐵大斷面隧道開挖方法選取三維模擬計(jì)算分析[J].西部探礦工程，2006（01）.endprint