淺埋暗挖大斷面矩形隧道施工中地面變形規律研究

摘要：淺埋大斷面矩形隧洞是目前我國城市地下空間發展的一項重要工程。但是，淺埋大斷面矩形隧洞的施工工藝復雜，周邊環境敏感，因此，對地面變形進行有效控制是目前迫切需要解決的難題。地面變形不但對周圍建筑及基礎設施產生重大影響，而且會引起一系列的社會問題與經濟損失。基于此，探討淺埋暗挖大斷面矩形隧道施工中地面變形規律與優化措施有著積極的現實意義。

關鍵詞：淺埋暗挖"大斷面矩形隧道"地面變形"核心

Study"on"the"Ground"Deformation"Law"in"Shallow"Underground"Excavation"Large-Section"Rectangular"Tunnel"Construction

LUO"Lang

Shenzhen"Municipal"Group"Co."，"Ltd.，"Shenzhen，"Guangdong"Province，"518000"China

Abstract："The"shallow"underground"excavation"large-section"rectangular"tunnel"is"an"important"project"for"the"development"of"urban"underground"space"in"China."But"its"construction"technology"is"complex，"the"surrounding"environment"is"sensitive，"therefore，"effective"control"of""ground"deformation"is"an"urgent"problem"that"needs"to"be"solved."Ground"deformation"not"only"has"a"great"impact"on"the"surrounding"buildings"and"infrastructure，"but"also"causes"a"series"of"social"problems"and"economic"losses."Based"on"this，"this"paper"discusses"the"law"of"ground"deformation"and"optimization"measures"in"the"construction"of"shallow"underground"excavation"large-section"rectangular"tunnel.

Key"Words："Shallow"underground"excavation;"Large-section"rectangular"tunnel;"Ground"deformation;"Core

大斷面淺埋暗挖矩形隧道的難點是如何對地面變形進行有效地控制，從而保證施工的安全性及周圍環境的穩定性。地面變形不但會對地下建筑物和地下管線產生嚴重的危害，而且會導致隧道結構不穩定。因此，研究地面變形的規律具有十分重要的意義。傳統的建設方式已很難適應當今城市高密度建筑與復雜地下管網的建設需求，而淺埋暗挖具有對地表擾動小、施工靈活多變等優勢，已逐步成為城市隧道建設的首選。淺埋暗挖大斷面矩形隧道的整體施工質量受地層應力分布、變形方式、施工工藝的選取等諸多因素的影響較大，所以，對淺埋暗挖大斷面矩形隧道施工進行分析并探索優化措施具有積極的現實意義。

1"淺埋暗挖大斷面矩形隧道開挖方法

1.1分段挖掘法

分段開挖法是大斷面淺埋暗挖矩形隧道常用的一種施工技術，采用分段開挖的方法，將隧洞的橫斷面分為多個區段，分段開挖、支護（如圖1所示）。其最大的優勢是可以有效地控制地面變形，降低地表沉陷[1]。在實際工程中，先將隧洞的橫斷面分成幾個區段，按照施工次序逐個開挖。每次開挖后，均應及時采取措施，保證開挖面的穩定。在地質條件比較復雜、地下水位較高、隧道斷面較大時，尤其適合采用分部開挖法。分階段開挖可以有效地減輕圍巖的應力，防止大面積塌方。同時，由于單次挖掘范圍小，施工人員能夠更好地掌握施工進度與支護質量。但是，分段掘進方式也面臨著建設周期長、機械化程度不高等問題。所以，在施工過程中，要結合具體的工程條件，對各方面因素進行綜合考慮，合理地確定分段開挖范圍與分段施工順序。

1.2階梯法

階梯法的基本特征是將隧洞橫斷面劃分為上、下兩段或多段，分段開挖、支護。其核心是分步卸壓，降低地表塌陷風險。在施工過程中，先開挖上臺階，后支護，而后開挖下臺階，并及時支護。此法可應用于復雜的地質條件和較高的地下水位[2]。采用階梯法可以有效地控制地面變形，減小對周邊環境的影響。同時，由于單次挖掘范圍小，施工人員能夠更好地把握工程整體質量。但是，在工程實踐中，應對臺階的高度、寬度進行科學規劃，并安排合理的開挖次序，同時要加強現場的監控與管理，以保證工程的安全與穩定。同時，施工小組也要結合現場的具體條件，對基坑的開挖計劃進行適當的調整，以保證項目的順利進行。

1.3中隔壁法

中隔壁是一種常用的大斷面淺埋暗挖矩形隧道開挖方式，其基本特征是在隧洞中增設中隔墻，將隧洞分成多段，逐層開挖支護。中隔墻技術的關鍵是利用中隔墻的支承來減輕地層壓力，提高施工安全性。在施工過程中，先在隧洞中段設中隔墻，將隧洞劃分為左、右兩段，再進行開挖、支護。中隔墻技術尤其適合于復雜的地質條件和較高的地下水位。該技術的最大優點是可以有效地控制地面變形，避免地面塌陷等災害。但是，中隔墻技術也面臨著建設周期長，機械化程度不高等問題。所以，在施工過程中，要結合工程實際，對隔墻的位置、大小進行科學地規劃，對施工次序進行合理地安排，同時要加強對施工現場的監控與管理，保證各基坑的穩定性與安全性。

2"淺埋暗挖隧道對周邊地層影響與變形規律

2.1地表沉降與變形規律

在大斷面淺埋暗挖矩形隧道施工中，最主要的影響就是地層的沉降變形。隧洞施工對原地層結構造成了一定程度的破壞，導致地層應力的再分配，從而造成了地層的沉陷。這類沉降變形一般以地面及地層的不同程度沉陷為特征。地面沉降曲線總體上呈鐘型，其最大沉降量發生在隧道軸線的正上方，然后向兩邊遞減。在地下工程中，既有地面沉陷，又有隧道周圍一定深度的地層沉陷。在工程建設過程中，地基沉降不斷積累，直到某一穩定值。地層沉陷與隧道埋深、地層性質和施工方法有很大關系，如軟巖層的沉降量大，硬巖層的沉降量小。在工程建設中，若采用不合理的開挖、支護方法，將加重地基的沉陷。因此，在淺埋暗挖隧道建設過程中，地表沉陷是一個需要嚴密監控的重要參數，對其進行合理的沉降變形分析，將有助于指導工程的順利進行。

2.2地層水平位移變形規律

在大斷面淺埋暗挖矩形隧道施工中，除地層沉降外，地層水平位移也是主要的變形特征。隧道開挖引起的地層應力松弛與再分布，是造成地層側向位移的主要原因。一般情況下，基坑開挖初期，土體的水平變形不大，但隨著開挖面的推進，土體的水平位移不斷增大，并在一定范圍內保持不變[3]。地層的水平位移大小與地層性質、隧洞斷面大小和開挖方式有很大關系。軟巖層的水平位移一般都很大，硬巖層的水平位移很小。隨著巷道斷面的增大，地層的水平變位也相應增大。通過合理的支撐措施，可以有效地控制地層的側向變形，防止因過度的水平位移而影響地層的穩定與鄰近建筑的安全。研究地層的水平位移與變形規律，可為隧道工程的支護設計與施工技術的優化提供理論基礎。

2.3地層裂隙和破壞規律

在大斷面淺埋暗挖矩形隧道施工中，地層開裂與失穩是一個不容忽視的問題。隧洞施工會引起圍巖內部的應力再分配，從而在圍巖中形成新的裂縫或使原有裂縫擴大。圍巖裂縫的發育特征：隧洞施工初期，圍巖裂紋多發生在圍巖應力集中的區域，隨開挖的推進，裂紋會逐漸向外延伸，最終在圍巖內部產生破壞區域。地層裂縫的發生與發育與地層性質、斷面尺寸、開挖方式有很大關系。在弱層中，裂縫更容易出現并擴展，但在硬巖層中，裂縫的生成與發展卻很緩慢。另外，隨著巷道斷面的增大，巷道在施工中出現的裂縫與損傷也會隨之加劇。采取有效的支撐措施，可以延緩巖層裂縫的形成與發展，維護巖層的穩定。

2.4地層側向壓強的變化特征

在大斷面淺埋暗挖矩形隧道施工中，地層側壓力的改變是影響隧洞開挖質量的主要原因之一。隧洞開挖改變了原來的平衡狀態，其規律：在掘進初期，圍巖側壓力會降低，但隨著掘進深度的增加，圍巖側壓力會逐步回升，最終趨于穩定。地層側壓力與地層性質、斷面尺寸、開挖方式有很大關系。軟巖層的側向壓力隨土層深度的增加而增大，而硬土層的側向壓力變化不大。另外，隨著巷道斷面的增大，圍巖側壓力的變化范圍也隨之增大。通過合理的支護措施，可以有效地抑制圍巖側壓力的變化，防止因側向力太大而對圍巖及圍巖穩定產生不良影響。

3"淺埋暗挖大斷面矩形隧道施工的優化措施

3.1優化施工方案設計

對于大斷面淺埋暗挖矩形隧道施工，必須先對其施工方案進行整體優化。完善的工程地質勘察、合理的工程設計是實現工程質量優化的關鍵。通過詳細的工程地質勘察，獲得了工程場地的水文、地層結構、土壤性質等資料，為工程的設計提供了可靠的基礎。在進行掘進時，要綜合考慮斷面型式、支護結構、開挖順序、開挖方式等多方面的因素，選用最適宜的施工工藝。例如：采取分段開挖等方法，可以減小對地層的干擾，降低地面的沉陷與變形。

3.2加強施工過程的監控

在大斷面淺埋暗挖矩形隧道工程實踐中，對施工過程進行監控，可以確保工程的安全與質量。通過對隧道周圍地表、地下結構及支撐體系的實時監控，能夠及時發現并解決工程中存在的各類問題[4]。可以在圍巖中設置位移儀、應力儀、裂隙測量儀等多種檢測手段，實現對圍巖及周邊環境的全面監控。通過對現場監測結果的分析，使技術負責人能根據實際情況，及時調整施工方案，預防安全事故。同時，通過監測和測量，可以對工程的實施情況進行評價，為以后的工程建設提供參考。

3.3改進施工機械設備

施工機械的合理選擇與應用直接關系到工程的效率與質量，通過對工程機械的合理布置，可以有效地提高工程建設的效率，控制地表變形。采用全斷面掘進機、水力支護等先進施工機械裝備，可以顯著提高施工效率，保證施工的穩定性、安全性和可靠性。同時，要定期做好工程機械的維修工作，保證工程機械的正常運行，降低機器出現故障對工程的影響。同時，在工程建設中，要結合工程的具體條件，靈活地進行各種機具的配置與運用，最大限度地發揮其功能，從而達到最大的經濟效益。另外，必須對施工隊伍進行專門的訓練，熟悉各種機具的使用方法，以保證工程機械設備的高效、安全運行。通過對工程機械進行了改造，使工程的效率、質量得到改善，同時也降低了地表變形的風險。

3.4支護結構的優化設計

在大斷面淺埋暗挖矩形隧道工程中，支護結構是確保工程安全與質量的重要組成部分。通過對支護結構進行合理的設計，可以有效地改善巷道的穩定性與耐久性，減少施工對地表變形的影響。支護結構的具體內容包括應用預制板、噴射混凝土、錨桿支護等新型支護材料及結構型式，使其具備高強度、高耐久性，可有效支撐隧道結構，避免坍塌、變形等。在工程建設中，要嚴格按設計規范施工、安裝，以保證支護結構的質量與效果。同時，在支護結構設計中，還應該明確具體的施工技術與操作規范，以保證基坑支護的施工質量。通過對其進行合理的支護設計，可以有效地提高其安全穩定度，延長其服役壽命。

4"結語

通過對大斷面淺埋暗挖矩形隧道的開挖地表變形規律進行系統研究，掌握不同施工階段的地表變形特點與影響因素，相關人員可以采用合適的施工工藝與支護方式，有效地控制地表下沉與變形，保證工程安全及周圍環境的穩定。隨著施工技術的不斷發展，對于地表變形的控制方法也會越來越完善，從而為安全、經濟的隧道工程施工提供更多的保障。

參考文獻

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