隧道开挖地表沉降动态预测及影响因素分析

隧道开挖地表沉降动态预测及影响因素分析

陈航

中铁九局集团第二工程有限公司

摘要：随着国家的发展越来越好，先进的技术应用到各领域。其中，利用浅埋和地下开挖实现隧道施工，可以在一定程度上提高隧道施工的施工效率和安全性。但在施工过程中，地面沉降问题会影响施工质量。因此，有必要对浅埋地下隧道的施工技术进行深入研究，探讨隧道施工过程中地面沉降的具体情况，制定科学合理的隧道沉降和沉降控制方案，确保施工顺利进行。

关键词：隧道开挖；地表沉降；动态预测；影响因素

引言

开挖工程是隧道工程施工的主要内容，对该施工内容进行质量控制能够有效减少人为超挖、超填、超喷现象，降本增效，提高施工效益，保障隧道开挖施工的顺利开展，防止出现岩体塌方、变形现象，为高速公路工程后续施工环节的顺利进行奠定基础。

1隧道工程的施工特点

隧道工程施工是一种野外作业，极易受到自然环境的影响。由于隧道工程工艺相对比较复杂，又涉及较多专业技术，在工程施工中离不开各种专业的同步作业，再加上工程结构比较复杂、相互交错着各个专业的施工，要求各个工种、专业部门之间必须进行有效的沟通、配合，在各个环节相互制约的影响下导致施工中的变数比较多。同时，由于公路隧道的施工时间比较长、涉及范围广，有时需要同时跨越多个地质环境，尤其是比较特殊的地质段，诸如黄土地、膨胀土与流沙层等，因而对于施工技术提出了很高、很严格的要求，一般情况下往往需要通过多道施工工序，即挖掘、运输、填埋等，受工作环境的影响比较大，也存在许多突发因素。如果在实际施工过程中不能严格按照设计要求，则极易出现类似于失稳与下陷等问题，从而对正常通行与安全造成严重影响。基于此，在隧道施工过程中为进一步强化隧道施工技术与工艺管理，必须结合实际情况采取一系列切实可行的措施，结合现有施工技术重视新型施工技术、先进设备的引进。此外，为更科学、合理地安排施工工序，有必要结合现场施工环境，以此促进隧道施工水平的不断提高，确保能够满足隧道工程的施工质量标准。

2隧道主要病害情况

由于隧道建造时间早，设计标准不高，结构存在缺陷、施工工艺落后，在列车运行扰动、环境变化、运营期间维养欠量等诸多因素影响下，隧道病害日益突出，其主要病害包括衬砌裂缝、拱顶剥落掉块、衬砌背后空洞不密实、衬砌混凝土劣化、局部变形侵限等。

2.1衬砌裂缝

隧道衬砌裂缝主要集中在隧道出口段约200m处，呈纵向、斜向、环向等多种形态，大量裂缝网状交织，拱顶裂缝附近有剥落掉块现象。

2.2衬砌混凝土强度情况

出口段混凝土离析、振捣不密实部位较多，相应部位混凝土强度多小于设计值。

2.3隧道出口地表情况

该隧道出口山体陡峭，地表植被稀疏，基岩裸露，在隧道出口段右侧形成了一道冲刷较深的冲沟。

2.4衬砌侵限情况

衬砌侵限多存在于刹尖口以下部位，刹尖口处尤为突出。由于响沙湾隧道施工采取先拱后墙法施工，拱部与边墙没有有效连接，相互约束作业有限，致使隧道边墙在围岩、水压力及冬季岩体冻胀等作用下内倾，形成明显错台。严重部位的错台相对错

3地面沉降控制框架

3.1开挖施工中的防沉降措施

在开挖过程中对地面沉降进行控制时，需要根据浅埋暗挖法隧道施工的具体情况进行深入分析。一般情况下，在浅埋暗挖法隧道施工过程中，很容易出现地面沉降问题。在开挖过程中需要利用有效的措施预防地面沉降问题。具体可以采取以下策略。（1）在开挖之前需要对施工区域的地质条件进行全面分析，制订科学合理的开挖方案。特别是要对开挖方式进行科学选择，防止因为开挖不当而导致地面沉降加剧。（2）在开挖过程中需要加强对地面沉降问题的监控工作，方便对地面沉降的具体变化进行分析。在具体的监测过程中，需要对现代化监测技术和装置进行应用，提高监测作业的实时性以及准确性，保证监测数据的可靠性。与此同时，需要根据实际沉降变化情况以及施工进度对地层加固和处理措施进行科学调整。从而提高在开挖过程中地层稳定性，降低地面沉降产生的负面影响。（3）在开挖过程中还需要对地质地层条件进行优化，尽可能降低开挖作业对周围岩体和地表结构产生的不良影响，从而对地面沉降进行有效控制。

3.2重视土体处理工作

在浅埋暗挖法隧道施工过程中，还需要注意对土体进行有效改良，提高土体自身的承载力和稳定性，这是降低地面沉降变形程度的重要措施和手段。在具体的操作过程中，需要确保土质正方向运动。可以在隧道局部区域加固土体形成仰拱结构，从而保证支护体系的质量。在实际施工中利用超前注浆、深层注浆等施工方法有效改善土体质量。利用化学浆或者水泥浆都能够提高土层结构的稳定性，防止在施工过程中土层大幅度移动。利用有效的土体改良措施，可以对隧道施工现场的地表进行固结强化，保证土体的稳定性以及整体强度，可以有效防止在浅埋暗挖法施工过程中，因为土体状况不良而产生的沉降变形问题。有利于充分发挥浅埋暗挖法施工技术的应用优势。可以对浅埋暗挖法隧道施工现场的地面沉降问题进行严格控制。

3.3适度排放地下水

在对地面沉降问题进行控制的过程中，还需要注意加强地下水排放工作，要确保隧道施工在无水条件下进行，这是降低地面沉降发生可能性的重要手段。因为软弱土层本身的含水量相对较大，在隧道施工过程中很容易出现沉降和塌陷问题，因此，在对地面沉降问题进行控制时，可以从减少土壤水含量这一角度出发，适度排放地下水，达到预防地面沉降变形的目的。在具体的操作过程中，可以利用水帷幕或者旋喷桩堵塞地下水，防止地下水渗入到结构中从而对地面沉降问题进行控制。为了确保隧道施工过程中，地下水能够顺利排出，还需要根据地下水文条件制订科学合理的地下水排放方案，可以利用一些仪器设备提高地下水的排放效果，也可以利用一些拦截结构预防地下水渗入到浅埋暗挖隧道施工区域，提高支护体系的稳定性和牢固性，降低地面沉降变形可能性。

3.4科学应用临时支撑体系

为了对地面沉降情况进行有效控制，还可以对临时支撑体系进行科学应用。在应用中需要根据隧道施工的具体情况进行科学选择。例如对交叉中隔壁法进行应用时，需要自上而下开展施工操作，在上下层工作面进行开挖施工时，要对时间间隔进行严格控制。而对相邻的开挖部位进行施工时，需要对上次开挖喷射完成后的混凝土强度进行观察，等到混凝土强度达到设计强度的70%后，才能够进行下一次开挖。并且要对开挖速度进行严格控制。利用有效的初期支护结构承载体系，能够保证区域围岩的稳定性和牢固性，防止出现地面沉降问题。在对临时支撑体系进行应用时，还需要注意要保证拆除工艺流程的规范性以及合理性，防止拆除不当而产生问题。

结语

当前，随着隧道工程数量的增加，隧道不良地质段的施工也随之增多，为了保证隧道工程的整体质量，必须强化隧道不良地质段的施工工艺与技术，相关施工单位与人员有必要强化学习相关技术，确保能够在科学分析不同地质情况的基础上采取恰当的施工技术。同时，优化施工方案，确保所采用的施工工艺安全、环保且经济，以此进一步加快隧道工程的施工进度和充分保证施工质量。

参考文献

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