基于地铁隧道施工对既有桥梁变形控制的技术研究

姬 枫

洛阳璟信公路工程科技发展有限公司 ， 河南洛阳 471000

地铁作为一种新型的交通方式，充分利用城市地下空间使得城市地表的交通拥挤的状况得到缓解。由于地铁的修建是在地下，这就会对城市既有的建筑产生影响，地铁隧道是沿着既有建筑的路线开展的。在这种情况下，地铁隧道的开挖，就可能会导致地表下沉，使地表桥梁建筑变形，引发安全隐患。

1 地铁隧道施工时影响地表变形的因素

地铁隧道在开挖时很容易会使地表变形，严重的情况下，会使依附于地表上的建筑物存在安全威胁。地铁隧道施工时造成地表变形、下沉的因素将会是解决此类问题的一个关键点，所以在此论述地铁隧道施工时影响地表变形的因素。

1.1 地下水位

地铁隧道的开挖所涉及的宽度和深度都是十分广的，在施工时可能会遇到存储地下水的状况，这个时候为了继续施工，需将地下水抽离使地下水位下降。地下水位下降，就会造成土层含水量减少，使土层间的空隙水压降低导致地表下沉。

有时在施工期间开挖面的涌水或者是工程完结之后衬砌渗漏水，就使周围的地下水不断给此处补水，产生动水压力，使得地表的渗透压力发生了变化，导致土体变形地表下沉。

1.2 降水因素

降水能够使地下水的浮力发生变化，一般降水会减小地下水的浮力，这就会导致地下底层颗粒的位置发生改变使地表下沉。但是当降水停止以后，地下水浮力恢复，地表就会反弹。这样一下沉一反弹极易引起地表的变形，同时对依附于地表上的建筑产生严重的影响。

降水导致地表变形的估算公式是：

在上述公式中，E 是指降水深度范围内土层的平均压缩模量， H∆ 是指降水的深度，也就是降水面和地下水原来的水面之间的数量差。

∆P 是降水产生的自重附加压力：

γw是指水的密度。

这样就能够换算出地铁隧道施工时，降水所带来的地表下沉的大概范围及趋势，有利于有关部门人员采取相应的应急措施和方案。

1.3 地铁隧道施工时所带来的地层损失

地层损失是指地铁隧道的施工中实际挖出的土的体积与竣工隧道体积之间的差数。地层损失能够使周围土体发生移动，然后引起地表变形。地层的损失是在施工的过程中所引起的，增加了施工的难度和地表建筑物的危险度数，应该引起施工单位的注意和重视。

1.4 地铁隧道施工的尺度和进度

在地铁隧道开挖的过程中，由于隧道的开挖大多是在岩土体内进行的，在施工的过程中不可避免的对影响岩土体的一些结构和紧密程度。由于岩土体的变动引起了地表的变形，使得依附于地表上的建筑物也随着变形，严重情况下会导致建筑物整体下沉的现象。

在地铁隧道的挖掘过程中，大多采用的是台阶方法，台阶的长度会对周围岩石和地表产生影响。开挖的尺度越大，造成周围岩石变形程度和地表下降也就越大，当台阶的长度达到一定时，就会使地表发生大范围的变形，进而造成地表上建筑物的变形。

施工的速度也会对变形的程度产生影响，一般情况下施工的速度越快，使得开挖面暴露的时间也就越短，相应的也会减小地应力的释放，进而使地表的变形程度减少。

1.5 地铁隧道施工预支护措施

在地铁隧道施工的过程中，会出现工作面不能自稳的状况，这时，就要在开挖轮廓线外进行支护或与开挖面后方的支架间组成相应的支护体系，这种体系就是预支护。预支护体系在隧道开挖后，支护结构产生之前支撑整个临空的土体，使得开挖面能够保持稳定的状态。

所以预支护措施一定要严格按照相关的规定进行，否则就有可能导致开挖面不稳定，造成地表变形。

地表的变形或者沉降不仅与上述因素有关，还可能会受到地层条件的影响。地铁隧道施工中引起地表变形的情况是不可避免的，关键是在于人们采取何种方法减少地表变形的情况以及对变形后的救助。

2 地铁隧道施工造成的地表变形特征

2.1 地表变形随着隧道施工的进行分阶段进行

当地铁隧道挖掘的工作面到距测点相差-3D 至1D 时候（D 表示隧道开挖的最大跨度），这时开挖对地表沉降产生的影响占总沉降量的5%至15%，这是地表变形的超前隆起或负下沉阶段。

当地铁隧道挖掘的工作面在-1D 至3D 的范围时，地表变形速度就会增开，该阶段所造成的沉降量约为55%至65%，这是地表的急剧变形阶段。

当地铁隧道挖掘的工作面在3D 至5D 范围内时，地表变形的速度就会减慢，这个阶段地表沉降量占总沉降量的15%至20%。

当地铁隧道工作面超过5D 之后，沉降的速度会更加缓慢，几乎没有什么大的变化，已经趋于稳定的状态，这个阶段的沉降量仅为5%。

综合上述，地铁隧道挖掘过程中沉降速度的变化，可以为采取相关的补救措施提供一定的思路，使得预防地表沉降的工作能够分清主次，有效的进行。

2.2 不同地形引起的地表变形不同

不同的地形状况以及挖掘方式，会给地表的变形程度产生不同的影响。地质结构比较密集的地方，地铁隧道的挖掘对地表变形产生的影响相对就小一些。当然先进稳固的挖掘方式也在一定程度上减少了地表变形的程度。这就预示着在不同地形挖掘地铁隧道的时候要根据当地地形的特点，采取最合理的挖掘方法，减少地表变形的程度，保障依附于地表上建筑物的安全程度。

3 地铁隧道施工对既有桥梁变形控制措施

3.1 严格按照相关规定进行开挖

在地铁隧道开挖前，有关部门会针对挖掘现场进行实地勘验，并且制定相关的挖掘方案。上文中提到，不同的地质会对地表沉降的程度产生不同的影响，这也就要求有关人员在遵守有关部门的相关规定时应该根据实际情况灵活应用相关规定。这样在施工的过程中，对于施工给地表带来的变形就会有一定的把握程度，并且能够及时的采取有效措施控制变形量。

3.2 减少地下水位的下降幅度

地下水位的降低毫无疑问会使整个工程难度增加，地下水位下降会导致整个土层结构发生改变，从而引起地表大范围的沉降。所以在地铁隧道开挖的过程中既要保证工作的正常进行，又要尽量减少地下水的水位下降幅度。在遇到地下水渗漏的情况时，可采取水帷幕或者旋喷桩等阻断地下水的继续下渗。

3.3 合理安排开挖尺度

工作面的稳定能够有效的控制地表下沉以及拱顶的下沉。因此在地铁隧道软弱的时候，要减小开挖的尺度。同时要根据地层的相关特征来安排合理的开挖尺度。还可以借鉴国外的优秀经营，将断面的开挖宽度控制在0.1 倍。

3.4 结合地形制定、选择最优的施工方案

由于各地地形状况不同，所以在施工过程中所遇到的状况也会不相同的。施工方要根据不同地形在地质特征，制定出适合此类地形的施工方案，并结合有关专家的意见和建议，及时有效的改进方案，为施工的进行提供最优的施工方案。实践证明，采取此类制定施工方案的方法，能有效抑制地表变形的程度。

3.5 加强预支护措施

对于预支护，一般采用的是增大超前小导管直径，减小布置间距，扩大注浆范围和严格注浆质量等措施加强。对于钢格栅，可以适当地缩小其间距。在间距一定的情况下，增大主筋的直径，从而增大预支护的刚度，起到很好的防护作用。

3.6 改善土体特征

地铁隧道的开挖还可以通过改善土体的特征，使其向好的方面转化来减少地表变形的程度。对于土质较差的施工处，可以采用深层注浆和超前注浆的方法使土体性质改变，也可以压注纯水泥浆和双液浆来改变土体性质，甚至还可以压注一些化学浆液，使土体性质加固。

另外，施工队还要提高施工的效率，保障施工工程安全、高效完成，使地层应力能够得到有效的控制，减少地表变形程度。

4 结论

地铁的修建能够加快城市化的进程，然而地铁是利用地下空间来发挥其应有的功能，所以会给地表变形产生一定影响，进而导致地表桥梁的变形。无限发挥地下空间加快人类的发展无疑是顺应时代发展潮流，但是由此带来的一系列的负面影响也应该引起有关部门的注意，所以，在地铁隧道施工过程中，加强对地铁施工时给地表造成影响的控制，才能更好的改善人们的生活水平。

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