復雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降研究

楊穎　齊延海

摘 要：本文主要針對在復雜條件下，城市地鐵隧道施工地表沉降研究所具有的意義進行了簡要的探究，從而得在復雜的條件下，城市地鐵隧道施工地表沉降研究的具體內容和結論，希望通過本文的探究，可以為相關的人員提供一定的參考和借鑒。

關鍵詞：復雜條件；城市；地鐵隧道；地表沉降

為了改善城市的交通質量，城市開始大范圍的實施地鐵隧道施工，但是在對地鐵隧道進行施工的過程中，很容易因為各種因素的影響，而使得地表出現沉降的現象，城市地鐵隧道施工通常是在較為復雜的環境下展開的，其對地表沉降有著嚴重的負面影響，為了能夠使得該問題可以得到良好的解決，就需要合理的對復雜條件下的城市地鐵隧道施工地表沉降進行研究，以達到控制地表沉降以及保障地下管線安全的目的，這是目前城市地鐵工程建設中最需要探討的問題。下面本文就主要針對復雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降進行深入的研究。

一、復雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降研究的意義

隨著中國經濟的高速發展，中國的城市化水平正在快速提高。城市化的高速發展，正在我國形成“城市綜合癥”。根據預測和分析，我國特大城市的主要干道在21世紀初將達到巨大的高峰單向斷面客流量，靠一般的公共電、汽車是不能解決的，只能選用高流量的有軌交通系統方案才行。高架道路對城市景觀、噪聲和震動的影響將是很難接受的，高架線的建設往往使沿線地價貶值，而地鐵沿線的地價很快增值。因此，地鐵的建設將是我國21世紀城市地下空間開發的重點。與此相關，也會涌現出大量的巖土工程技術問題需要解決。

城市地鐵暗挖隧道工程是在巖土體內部進行的，無論其埋深大小，開挖施工不可避免地將擾動地下巖土體，使其失去原有的平衡狀態，而向新的平衡狀態轉化，隧道在開挖過程中由于地層物質的被挖出，自洞室臨空面向地層深處一定范圍內地層應力將發生調整，宏觀表現為地層物質的移動與變形，把因開挖形成的應力調整涉及有明顯位移的地層范圍稱為施工影響范圍，對于淺埋隧道情況，這一范圍波及到地表，形成施工沉降槽。

施工沉降槽可能嚴重影響地面沉降和塌陷，從而導致道路路面破損、地下已有管道破壞以及建筑物、構筑物的損壞，這些問題嚴重影響人民生命財產安全及工程的建設，因此，城市中進行隧道施工時，要與保護城市中有歷史意義和經濟、社會意義的設施協調起來，根據地表保護的要求，采取有效措施來減小變形，以使地表房屋、道路、管線等不至造成損害，生態環境不至惡化。這就必須要研究隧道施工所引起的地表沉降，并對隧道施工所引起的地表沉降提出較為可靠的預計與控制方法。

二、復雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降研究的主要內容

（一）針對引發地鐵隧道在施工的過程中，出現的地表沉降的因素進行詳盡的分析，就分析的結果可以了解到，引發地表沉降的主要因素就是隧道支護的力學效果。在運用這一理論的基礎上，再結合二維接觸單元力學理論，將這兩種力學作用機理合理的應用到復雜條件下城市地鐵隧道施工地表沉降研究中，可以有效的確保錨桿在受力上與測試上能夠保持平衡，依據相關的數據實驗手段，針對旋噴樁進行加固處理，在證明旋噴樁的超前加固效果以及圍巖的穩定性上有著積極的影響作用。

（二）一般來說，城市地鐵隧道的類型有很多種，其中在對復雜的群洞隧道進行施工的時候，需要合理的應用三維非線性動方針模式來進行施工模擬，根據模擬施工，來對復雜群洞地鐵隧道在施工的過程中，可能導致的地表沉降進行系統的分析。通常而言，地鐵隧道在施工上都有著非線性的特征，在施工的過程中，很容易會引發地表沉降，將地表沉降作為地鐵隧道施工的具體依據，充分的將動態規劃與理論結合在一起，構建相應的群洞隧道施工模型，同時構建完整的隧道施工對地表沉降產生影響的模型，將施工地表沉降盡可能的控制在標準的范圍內，在此基礎上，來對所采用的施工策略以及施工技術等進行更為有效的優化。將優化后的施工技術和施工策略合理的應用到地鐵隧道施工中，根據各個數值計算可得，地表施工可產生的最大沉降量為26.521mm，在一定程度上符合環境控制的標準化需求。

（三）在對群洞隧道施工引發的地表沉降進行研究的過程中，可采用的研究方法就是離心實驗研究法。針對群洞隧道施工所能夠引發的地表沉降具有情況進行預估和評判，在此基礎上可以了解到，時間越長，則地表沉降的固結沉降量占比就越大，地表沉降的最終值可以達到30mm以下。

（四）一些地鐵隧道工程修建在軟弱的巖土介質上，針對這樣的隧道工程進行地表沉降研究，可以清楚了解到在引發地表沉降后，產生的流變效應。在對隧道進行開挖施工的時候，需要嚴格的依照彈-粘-塑性的有限元來進行施工排序，針對有限元程序進行詳盡的分析，有效的對隧道實施施工，精確的設定好低保沉降產生的時空形態。根據相關的研究可以了解到，地表在出現橫向沉降的時候，一般的影響范圍都在隧道開挖最大尺寸的3倍范圍內。而拱頂通常在沉降的時候，其沉降的量明顯要比地表沉降的量大，而地表沉降與拱頂沉降均與掌子面有著明顯的聯系，在掌子面逐漸增加的情況下，地表沉降與拱頂沉降也會隨之增加。相較于拱頂沉降和地表沉降來說，掌子面所能夠產生影響的范圍均在隧道開挖最大尺寸的1.5倍范圍內，而后方受到掌子面影響的范圍則在隧道開挖最大尺寸的2.5倍范圍內。

三、結語

通過本文的分析就可以充分的了解到，在對復雜條件下的城市地鐵隧道進行施工的過程中，要嚴格的對地表沉降進行分析和研究，清楚了解地表沉降所需要研究的內容，并針對其研究的意義和目的進行充分的了解，這樣就能夠使得復雜條件下的城市地鐵隧道工程得到良好的施工，保障施工質量的同時，也能夠對地下管線以及各種基礎設施實施有效的安全防護，從而可以更進一步的推動城市地鐵工程的建設和發展。

參考文獻：

[1]吳波，劉維寧，高波，索曉明，史玉新.地鐵分岔隧道施工性態的三維數值模擬與分析[J].巖石力學與工程學報，2014（18）.

[2]蔣正華，吳波，高波.地鐵區間隧道施工對管線影響的數值模擬[J].現代隧道技術，2013（01）.

[3]周小文，濮家騮.砂土中隧洞開挖引起的地面沉降試驗研究[J].巖土力學，2012（05）.

[4]陽軍生，劉寶琛著.城市隧道施工引起的地表移動及變形[M].中國鐵道出版社，2012.