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，盾構施工是最重要的隧道施工形式之一，雖然其技術已經較為完善但是在隧道的修建過程中，土體的擾動是無法避免的，由于該現象會造成地層發生一定程度的變形、移位。文章主要針對地鐵施工中土體擾動對于地表的影響進行了分析，針對其變化規律展開了探討，對地表變形的研究狀況進行了分析，進一步闡釋盾構施工引發地表變形的原因以及規律。

關鍵詞：地表變形；地鐵施工；盾構施工

中圖分類號：U455 文獻標識碼：A

1 概述

當前地鐵工程實踐中隧道施工技術已經相對成熟，但是在施工中土體的擾動現象是無法避免的，這種擾動會對地層產生一定的影響，而發生不同程度的變形以及一位。若這種變形現象嚴重的話就會對變形位置周圍的建筑以及地下管路等造成安全影響，不利于巖土環境的保護，怎樣才能夠有效降低隧道施工對周圍土層的影響，保護施工現場周圍的管線以及建筑的安全，若引發的了土體結構改變從而影響了周圍的環境該采取怎樣的措施，這些問題都是工程領域一直不懈研究的主要課題。因此盾構法隧道施工產生地表沉降的機理以及對土體產生的影響規律成為了最受重視的問題。

2 研究狀況

當前的研究針對盾構施工引發的地表變形主要通過以下的方式進行：經驗法、解析法、模型試驗法三種，具體分析如下：

2.1經驗法。該種方式較為簡便，只要將公式參數確定后就能對地面沉降數值進行計算。經驗法通過一定的公式進行分析能夠直觀的將土體性質以及隧道特點等沉降的主要引發因素反映出來，在一些施工設備以及技術比較完備的工程中中，土質良好并且已經具有相類似情況，那么依照實測資料，便可以得出同實際結果非常接近的計算結果。

2.2解析法。該種方式計算量相對較小，一般都是得到的理論結果，其范圍有限，只能在特定的條件下才可以對結果進行解析。因而這種簡單化處理在實際工程應用中具有局限性，由于實際的工程復雜度較高，因而計算結果同實際狀況會有很大的差異，準確性較差。

2.3模型試驗法。這種方式主要被應用在了解各種現象引發機理的研究中，對于盾構施工對地層移位的影響因素予以生動的揭示，在地面沉降研究中意義深遠。但是模型的制作也會遇到一定的問題，足尺模型經濟性較差，會耗費大量的資源。而縮尺模型的實驗方式以及費用也不具有經濟和理性，且模型能夠得到的參數精確性也無法保障。

3 變形機理分析

3.1 主要影響因素

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

（1）開挖面上的土體移動。這種移動是由于，受到開挖作業的影響，正面土體受到推應力的作用，這種作用力大于土體原始的側向應力，因而土體會發生向前向上移動，因此在盾構前方的土體會發生隆起現象，因此就會引發負地層損失。

（2）盾構后退。這種現象一般發生在盾構推進被暫定后，若推進千斤頂被縮回，那么就會發生盾構的后退現象，由于千斤頂的撤回，就會使得開挖面的土體不再具有支撐，因而發生了松動和坍落，使得地層沉降，從而對地表造成影響。

（3）在盾構施工中盾尾處存在空隙，若土體擠入盾構同管片之間的空隙中也會引發地表沉降。空隙的出現是因為隧道外周空隙沒有及時的進行壓漿，或者壓漿重量沒有代報，導致盾尾后的周邊土體三維狀態失衡，因而會移動至空隙中造成漏漿，引發地層的損失，導致地表發生變形。

3.2 地表受隧道施工產生變形的模式以及變形特點

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展，在一定條件下將形成某一穩定結構，即相對穩定的“拱結構”，由于隧道開挖及支護不及時，可能造成拱范圍的擴大，當拱波及到砂層，尤其是含水砂層時則會發生質的變化，即可造成大范圍的涌水涌砂，嚴重時可能波及到地表。

3.2.2 變形特點

基于不同類型的地層條件，對其受施工影響的變形機理和特點進行系統的分析，并搞清各類地層變形的控制要素，由此制定可靠的技術措施才能從根本上實現對地層沉降的控制。綜合一系列的工程實踐，總結地層變形及地表沉降特點如下：

A、不同地層條件下，地表下沉量存在較大差異，但均遠大于類似條件下的盾構法施工。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、軟土層會發生較大程度的沉降，地下水位較高的地方影響也較大。因此可以總結出地層強度以及地下水會對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，往往會影響到30米以上的范圍，并且在這一范圍中的地表均會增加沉降，最終的累計沉降量會達到25%左右。并且在進行隧道開挖的過程中，會相應的增大橫向影響范圍。

結語

在盾構施工時，對地表沉降的激勵可以分成盾構到達、盾構通過兩種地表變形兩種。其中盾構到達的變形是由于在進行挖掘的過程中，由于在開挖面發生了涌水現象，或者管片的拼裝問題導致了地下水位異常降低，而地下水位的下降會造成地基中有效土會增厚，從而在開挖面之前一定距離的地表會發生沉降。而盾構結構通過后的變形則是指開挖面通過監測點后檢測點產生了隆起或者沉降的現象，著主要是因為盾構施工的盾構機正面土壓力值異常導致了開挖面土壓異常所致。開挖面的壓力主要受到設備推進速度以及出土量等因素的影響。

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