浅析地铁隧道结构的沉降原因

浅析地铁隧道结构的沉降原因

陈博徐光卫邹光发

济南城建集团有限公司山东济南250000

摘要：地铁隧道发生的过量不均匀纵向沉降对隧道结构内力、变形、接头防水、以及隧道正常运营的影响已不容忽视。因此研究地铁盾构隧道的纵向结构性能和变形性态，是非常必要而且迫切的。本文分析了地铁隧道沉降的影响因素和作用机理。

关键词：地铁隧道；沉降；原因分析

1原因分析

1.1下卧土层的不均匀性

下卧土层的不均匀性是隧道产生纵向不均匀变形的基本原因。实际工程中，沿隧道纵向分布的各土层性质不同而且分层情况、土层过渡情况、隧道埋深也随时在变化。由于土性不同而决定的土层的扰动、回弹量、固结和次固结沉降量、沉降速率、沉降达到稳定时间等都有不同程度的差别，导致隧道发生不均匀沉降。一般情况下，隧道下卧土层类别变化处正是隧道发生较大不均匀沉降的地方。上海打浦路越江隧道在长期使用的16年中，下卧土层为接近砂性土的隧道段，沉降增量只有40-50mm；而下卧土层为松软的淤泥质粉质粘土的隧道段，其沉降增量大于100mm；两者相差接近一倍。

1.2隧道上方地面承受较大荷载

上方地面承受较大荷载也将导致隧道产生较大沉降。特别是当加载面积较大、压缩土层较厚时，在附加应力的作用下，隧道沉降量会大幅增加。由于隧道下部土体的反力总小于未修建隧道前此处土的自重应力，隧道下卧土层压缩模量比修建隧道以前有所降低，而且受施工扰动的隧道下卧土层的长期次固结在地面加载时依然在继续。地铁隧道一般都要穿越城市闹市区，市中心建筑密度大，高楼林立。这样大面积的建筑物尤其是高层建筑沿地铁隧道沿线排列，其建筑载荷产生的附加应力对地层沉降的影响是相当大的。

1.3地铁隧道邻近周边的施工影响

1.3.1地铁临近的建筑载荷

地铁隧道一般都要穿越城市闹市区，市中心建筑密度大，高楼林立。这样大面积的建筑物尤其是高层建筑沿地铁隧道沿线排列，其建筑载荷产生的附加应力对地层沉降的影响是相当大的。而且地铁隧道下部土层的性质和压缩土层的厚度也在变化，不同性质、厚度的土层对附加应力的固结作用的反应有很大的差异，从而导致隧道产生纵向不均匀沉降。

1.3.2地铁临近基坑开挖

高层建筑地下室一般采取深基坑开挖施工方法。深基坑开挖过程实际上是一卸载的过程，地铁隧道临近的深基坑开挖对隧道的影响主要是两个方面：

（1）由于基坑开挖引起围护的侧向位移和坑内隆起使得坑外地层沉降，导致隧道也随之沉降。

（2）基坑开挖引起围护向基坑内的侧向水平位移，导致隧道发生挠曲变形。临近基坑的隧道段和远离基坑的隧道段间将产生明显的纵向不均匀沉降。

1.3.3隧道近距离穿越

城市地下空间的有限和立体化综合开发、以及城市轨道交通网换乘的需要，使得不同隧道形成空间近距离交叉穿越的现象越来越多。后建隧道对周围土体的扰动，会在隧道横向的地层中形成一个近似正态分布的沉降槽，导致已建隧道产生纵向的不均匀沉降。

地铁隧道沉降量比较大的地方，也是地铁沿线原有高层建筑密集和高层建筑施工非常频繁的地区。因此必须严格控制隧道临近范围内的各种施工活动，做好隧道的监测工作，保护隧道的安全和正常营运。为此，上海地铁保护技术标准规定：周边环境加卸载引起地铁隧道总位移不得超过20mm，引起隧道变形曲线的曲率半径应大于15000m。

1.4地铁隧道于车站的沉降差异

地铁隧道和车站在结构构造、施工方法和承受荷载等多个方面存在很大差异，因此隧道和车站之间不可避免地存在差异沉降，有时这种差异沉降足使隧道环缝漏水和管片开裂。地铁车站的修建使其底部的土体应力处于严重的卸荷状态。并且软土地铁车站常采用支撑地下连续墙明挖施工或逆做法施工，车站主体结构和地下连续墙结合为一体，施工对土体的挠动比较小，车站整体稳定在于抗浮稳定。而地铁隧道的施工虽然也对底部土体形成卸荷，但在量值上要小得多，由于施工中对周围软土的挠动，隧道位移一般是向下沉降，这样即在车站和隧道之间形成不均匀沉降。

1.5地震的影响

由于隧道存在结构与土共同作用的关系，地震的作用机理及结构反应极其复杂。由于地质环境差异，隧道轴线弯曲，临近工程的影响和周边约束条件的不同等因素，区间隧道会对地震做出的不同反应，引起隧道的纵向不均匀变形，所出现的后果也比较严重。对处于软土地层的隧道来说，饱和粉土与粉细砂土在地震中的液化问题特别应该重视。地层液化对隧道纵向不均匀变形的影响主要表现在土层大量震陷或地层液化对隧道产生向上的浮力，这样均会导致隧道结构纵向的巨大不均匀变形，使隧道结构内力急剧增大，从而导致隧道结构破坏。因此在易于产生地层液化的地区，应该采取适当的措施加用注浆等手段改良地层条件，用以加强结构措施来增强隧道结构性能。

1.6列车运行的振动

地铁隧道在正常营运期间，要受到地铁列车振动荷载的长期循环作用。虽然单次列车通过所产生的荷载引起的结构振动位移很小，但在列车振动荷载长期循环持续的作用下，必须注意隧道下卧的饱和砂土层液化的可能性以及饱和粘土震陷的可能性。

2地铁工程隧道施工引起地面沉降处理工艺

2.1监测方案

在实际施工中，需要对施工地进行地面沉降的监测。作者所在的项目工程中，计划是每隔200m就进行一次横断面的监测，像天府广场这样建筑物密集的地方，会缩短监测距离，每隔50m就进行一次横断面的监测，而每个横断面监测之间，可再细化到每个监测点。一般情况下，每个横断面监测间会设置10个监测点，并且为了监测所得的数据具有连续性，施工人员在隧道中还布置了沉降观测点，对施工周围的管线是否沉降也进行了相应的观察。

2.2具体计算及沉降各阶分析

（1）刚出现沉降的时间段，即前期沉降，其是工程刚刚施工的阶段，由于没有过多的挖土和破坏土层、地质，沉降的最大值不会超多2mm，地面的突起不会超过4mm。这也可以说明施工人员施工进度合理，给予地质的压力较小。

（2）开始运用盾构机的阶段，这时人们为了在规定的期限内完成此工程，开始加快工程的进程，于是就出现了大面积的沉降或者突起，不仅是对施工区有影响，甚至可能对施工点周围都有一定的影响。

（3）盾尾空隙沉降阶段，其为工程施工的尾部工作阶段，项目的主要施工工作已经完成，但由于人们在工程建设施工过程中地质、土层受到了破坏，出现很多的缝隙，导致土质松散，易出现沉降和下陷现象。但从总体看来，第一阶段和第三阶段沉降程度还较小，特别是第二阶段施工地沉降幅度较大，需要施工人员注意。

（4）处理工艺与施工。尽管盾构施工法在隧道建设施工方面有着良好的优势，但是也存着一定的安全隐患，怎样保证施工员的安全并且如何能快速获得隧道的安全状态，也成为了盾构施工法进一步发展而必须面对的问题。现如今，人们从施工自动监测、监测数据处理分析和安全状态预警报警等方面做出了研究，利用更加科学、有效的方式来保证隧道施工人员的安全。

3结语

地下铁道的建成极大地缓解了城市中心交通拥挤、阻塞状况，给广大市民出行提供安全、便捷、舒适、清洁的交通工具，对城市基础设施建设也起着极为重要的作用。但各类原因引起的地铁隧道沉降必须给予充分的重视。

参考文献：

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[2]徐绍才.地铁隧道结构沉降监测与分析[J].城市建设理论研究:电子版,2015,5(13).

[3]苏启德.浅析地铁隧道沉降原因[J].民营科技,2010(3):153-153.