复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降研究

杨颖　齐延海

摘 要：本文主要针对在复杂条件下，城市地铁隧道施工地表沉降研究所具有的意义进行了简要的探究，从而得在复杂的条件下，城市地铁隧道施工地表沉降研究的具体内容和结论，希望通过本文的探究，可以为相关的人员提供一定的参考和借鉴。

关键词：复杂条件；城市；地铁隧道；地表沉降

为了改善城市的交通质量，城市开始大范围的实施地铁隧道施工，但是在对地铁隧道进行施工的过程中，很容易因为各种因素的影响，而使得地表出现沉降的现象，城市地铁隧道施工通常是在较为复杂的环境下展开的，其对地表沉降有着严重的负面影响，为了能够使得该问题可以得到良好的解决，就需要合理的对复杂条件下的城市地铁隧道施工地表沉降进行研究，以达到控制地表沉降以及保障地下管线安全的目的，这是目前城市地铁工程建设中最需要探讨的问题。下面本文就主要针对复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降进行深入的研究。

一、复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降研究的意义

随着中国经济的高速发展，中国的城市化水平正在快速提高。城市化的高速发展，正在我国形成“城市综合症”。根据预测和分析，我国特大城市的主要干道在21世纪初将达到巨大的高峰单向断面客流量，靠一般的公共电、汽车是不能解决的，只能选用高流量的有轨交通系统方案才行。高架道路对城市景观、噪声和震动的影响将是很难接受的，高架线的建设往往使沿线地价贬值，而地铁沿线的地价很快增值。因此，地铁的建设将是我国21世纪城市地下空间开发的重点。与此相关，也会涌现出大量的岩土工程技术问题需要解决。

城市地铁暗挖隧道工程是在岩土体内部进行的，无论其埋深大小，开挖施工不可避免地将扰动地下岩土体，使其失去原有的平衡状态，而向新的平衡状态转化，隧道在开挖过程中由于地层物质的被挖出，自洞室临空面向地层深处一定范围内地层应力将发生调整，宏观表现为地层物质的移动与变形，把因开挖形成的应力调整涉及有明显位移的地层范围称为施工影响范围，对于浅埋隧道情况，这一范围波及到地表，形成施工沉降槽。

施工沉降槽可能严重影响地面沉降和塌陷，从而导致道路路面破损、地下已有管道破坏以及建筑物、构筑物的损坏，这些问题严重影响人民生命财产安全及工程的建设，因此，城市中进行隧道施工时，要与保护城市中有历史意义和经济、社会意义的设施协调起来，根据地表保护的要求，采取有效措施来减小变形，以使地表房屋、道路、管线等不至造成损害，生态环境不至恶化。这就必须要研究隧道施工所引起的地表沉降，并对隧道施工所引起的地表沉降提出较为可靠的预计与控制方法。

二、复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降研究的主要内容

（一）针对引发地铁隧道在施工的过程中，出现的地表沉降的因素进行详尽的分析，就分析的结果可以了解到，引发地表沉降的主要因素就是隧道支护的力学效果。在运用这一理论的基础上，再结合二维接触单元力学理论，将这两种力学作用机理合理的应用到复杂条件下城市地铁隧道施工地表沉降研究中，可以有效的确保锚杆在受力上与测试上能够保持平衡，依据相关的数据实验手段，针对旋喷桩进行加固处理，在证明旋喷桩的超前加固效果以及围岩的稳定性上有着积极的影响作用。

（二）一般来说，城市地铁隧道的类型有很多种，其中在对复杂的群洞隧道进行施工的时候，需要合理的应用三维非线性动方针模式来进行施工模拟，根据模拟施工，来对复杂群洞地铁隧道在施工的过程中，可能导致的地表沉降进行系统的分析。通常而言，地铁隧道在施工上都有着非线性的特征，在施工的过程中，很容易会引发地表沉降，将地表沉降作为地铁隧道施工的具体依据，充分的将动态规划与理论结合在一起，构建相应的群洞隧道施工模型，同时构建完整的隧道施工对地表沉降产生影响的模型，将施工地表沉降尽可能的控制在标准的范围内，在此基础上，来对所采用的施工策略以及施工技术等进行更为有效的优化。将优化后的施工技术和施工策略合理的应用到地铁隧道施工中，根据各个数值计算可得，地表施工可产生的最大沉降量为26.521mm，在一定程度上符合环境控制的标准化需求。

（三）在对群洞隧道施工引发的地表沉降进行研究的过程中，可采用的研究方法就是离心实验研究法。针对群洞隧道施工所能够引发的地表沉降具有情况进行预估和评判，在此基础上可以了解到，时间越长，则地表沉降的固结沉降量占比就越大，地表沉降的最终值可以达到30mm以下。

（四）一些地铁隧道工程修建在软弱的岩土介质上，针对这样的隧道工程进行地表沉降研究，可以清楚了解到在引发地表沉降后，产生的流变效应。在对隧道进行开挖施工的时候，需要严格的依照弹-粘-塑性的有限元来进行施工排序，针对有限元程序进行详尽的分析，有效的对隧道实施施工，精确的设定好低保沉降产生的时空形态。根据相关的研究可以了解到，地表在出现横向沉降的时候，一般的影响范围都在隧道开挖最大尺寸的3倍范围内。而拱顶通常在沉降的时候，其沉降的量明显要比地表沉降的量大，而地表沉降与拱顶沉降均与掌子面有着明显的联系，在掌子面逐渐增加的情况下，地表沉降与拱顶沉降也会随之增加。相较于拱顶沉降和地表沉降来说，掌子面所能够产生影响的范围均在隧道开挖最大尺寸的1.5倍范围内，而后方受到掌子面影响的范围则在隧道开挖最大尺寸的2.5倍范围内。

三、结语

通过本文的分析就可以充分的了解到，在对复杂条件下的城市地铁隧道进行施工的过程中，要严格的对地表沉降进行分析和研究，清楚了解地表沉降所需要研究的内容，并针对其研究的意义和目的进行充分的了解，这样就能够使得复杂条件下的城市地铁隧道工程得到良好的施工，保障施工质量的同时，也能够对地下管线以及各种基础设施实施有效的安全防护，从而可以更进一步的推动城市地铁工程的建设和发展。

参考文献：

[1]吴波，刘维宁，高波，索晓明，史玉新.地铁分岔隧道施工性态的三维数值模拟与分析[J].岩石力学与工程学报，2014（18）.

[2]蒋正华，吴波，高波.地铁区间隧道施工对管线影响的数值模拟[J].现代隧道技术，2013（01）.

[3]周小文，濮家骝.砂土中隧洞开挖引起的地面沉降试验研究[J].岩土力学，2012（05）.

[4]阳军生，刘宝琛著.城市隧道施工引起的地表移动及变形[M].中国铁道出版社，2012.