城市浅埋暗挖隧道沉降控制与分析
浅埋暗挖法施工诱发地层沉降变形分析
浅埋暗挖法施工诱发地层沉降变形分析中铁二十三局长春地铁项目部曲艳强董岩陈国联摘要：结合长春地铁项目实例，首先总结了浅埋暗挖法施工的地层变形规律，随后分析了该类施工方法诱发地表变形的影响因素，最后根据施工经验提出控制地表变形的几个关键因素，可供同类施工工程参考。
关键词：浅埋暗挖法沉降变形分析浅埋暗挖法由于其具有对城市生活扰动小、适用于各种断面形式、不需要昂贵的设备、施工成本低等诸多优点，广泛应用于城市地下隧道的施工。
但采用暗挖法建造隧道将不可避免地对周围土体产生扰动，进而引起土体变形，导致地面建筑物倾斜、开裂乃至坍塌，既有隧道或地下管线断裂、破损，道路路面破损等一系列的地质环境问题。
因此针对该施工方式引起的地层变形沉降问题，需仔细分析其诱发原因，根据相关理论及施工经验制定可靠的控制预防措施。
1 浅埋暗挖法施工中的地层变形规律根据隧道施工诱发土体扰动的相关理论，结合浅埋暗挖法施工流程，可以将地层变形规律在施工过程中大致分为三个阶段。
1.1 土体开挖及初期支护阶段土体开挖后施作初期支护是第一阶段的主要内容。
这一阶段，隧道本身处于某种临空的状态，尤其是在土体开挖后和初期支护尚未达到规定强度要求的这段时间里，临空状态甚为明显。
一般分析理论假定土体在该阶段的移动是向内均匀收敛的，土体会在此阶段产生部分应力损失。
这是因为在土层开挖时，土体中积攒的应力随之释放，在支撑力较小的情况下，一定范围内未开挖的隧道土体会向隧道内部移动而引起地层整体变形。
1.2 初期支护后至二次衬砌前阶段初期支护强度达到规定要求以后至二次衬砌未达到规定强度前的这一段时间为第二阶段。
由于初期支护的强度不高，在周围水、土压力的共同作用下，初期支护会由圆形变为椭圆形，产生竖向收敛变形(形成椭圆形的短轴)，在水平方向向初期支护周围推挤土体(形成椭圆形的长轴)。
一般这种变形较断面收缩变形要滞后，并且会引起断面面积的减小，即土体应力损失。
但这种损失一般要远小于由于断面收缩变形引起的损失，可忽略其影响。
浅埋暗挖法施工引起的地表塌陷及控制措施
浅埋暗挖法施工引起的地表塌陷及控制措施摘要：在时代发展下，隧道施工的技术也在不断改善，而浅埋暗挖隧道施工技术中最重要的就是对地表塌陷进行控制，如果出现地表塌陷将会导致海水涌入隧道中，会产生不可设想的结果。
浅埋暗挖隧道施工是当前隧道工程中较为常见的一种，特点就是施工成本低、技术较为简单易实现，适用范围较广，但是在实际的施工过程中浅埋暗挖技术却容易对土体和岩石造成一定的损害，导致地层压力失衡从而出现变形的情况，一旦变形就会影响地下管线和建筑物的使用安全，甚至还会出现地表塌陷。
要避免地表塌陷的情况就要找出有针对性的控制措施，使隧道施工顺利进行。
本文主要通过分析地表塌陷的原因，并找出控制和预防塌陷的措施，以便于浅埋暗挖隧道施工作业的顺利进行。
关键词：浅埋暗挖；隧道施工；地表塌陷；控制措施在隧道工程的施工过程中，由于浅埋暗挖隧道施工技术适用范围广，受到了工程施工单位的广泛关注和认可。
浅埋暗挖隧道工程施工因受到地质条件以及施工环境因素的干扰，会造隧道工程出现地质塌陷问题，严重的情况下会直接影响到隧道工程的整体施工质量和施工安全性。
对此工程施工前要进行认真的分析和研究，对施工区域范围内的隧道施工地质条件进行有效的勘查，并且对可能造成隧道地表塌陷的因素进行预测，同时采取了相对应的预防控制措施来加以保障。
一、浅埋暗挖法概述由于浅埋暗挖法具备经济性高、施工简便灵活等优势，其在公路、铁路、地铁等工程中得到了广泛应用。
浅埋暗挖法主要是通过人工施工，虽然其机械化程度较低，但灵活性较高、且适应性极强，在地质条件较差的环境中也能适用。
在隧道工程的施工过程中土体很容易被扰动，使用浅埋暗挖法非常容易造成地表塌陷事故，而许多地铁隧道工程都会经过繁华地区和高层建筑，使用这种方法时，必须严格控制地表沉降，以保证现有建筑物和管道设施的安全。
如，但在浅埋暗挖隧道施工过程管理不当，则时常会发生地表塌陷和建筑物开裂等事故，严重的话还会出现塌方事故，造成人员伤亡。
浅埋暗挖隧道施工中的沉降监控测量
程的发展和施工 ，如果地面 的沉 降出现意外 ，将会对工程
的 发 展 造 成 严 重 的损 失 ，只 有 对 施 工 进 行 监 控 测 量 才 能 够
有效的保障工程的正常施工。
一
、
浅埋暗挖施工监控测量
浅 埋 暗 挖 隧 道 在 施 工 的过 程 中 ， 不 可 避 免 地 会 对 地 面 造 成 扰 动 进 而 引起 地 面 的 变形 和 沉 降 ， 如 果 其 变 形 超 过 限 度 将 会 影 响地 面 建 筑 的 安 全 。 所 以 进 行 地 面 的 监 控 测 量 至
在 浅埋暗挖工程进行开挖之后 ，围岩的受力情况很容
易 影 响 到地 面 的 稳 定 ，而 且 容 易 使 得 地 面 变 形 进 而 产 生 沉
降。所 以要严格 保证对地面状况的监控和测量 ，才能够有 效 的保证地面建筑 的安全 ，才能够 有效地保证隧道工程的 稳定施工。 在 这个过程 中要注意三个方面的问题 ，首先 ，对于基 点 的铺设应该严格 的按 照施工的要求进行 ，同时需要注意
它们 都 是应 测 项 目的 内容 。 对 于 选 测 的项 目，相 对 于 应 测
工方法也得到 了巨大的发展 ，而浅埋暗挖隧道施工就是 其 中一项重要的隧道工程施工 方法 ，其对于我 国的现 代化 建
设 与 经 济 建 设 的 发 展 起 着 重 要 的作 用 。所 以 ，对 于 浅 埋 暗 挖隧道的施工来说 ，施工 中的沉 降监控测量 关系到整个工
准确 的检测量控 。 比如 ，对工程 中的水平位移监测和围岩
进行设置 的过程 中至 少要埋设 两个基点 以保证 这两个基点
压力 的检测要 区别使用监测工具 ，这样 才能够在工程施工
城市地铁隧道区间浅埋暗挖施工地表沉降控制施工技术
城市地铁隧道区间浅埋暗挖施工地表沉降控制施工技术◎李广洲随着城市建设及轨道交通的发展，地铁隧道采用浅埋暗挖法施工的工程越来越多，并且展现出明显的优越性，目前已经成为城市地铁施工采用的主要方法之一。
浅埋暗挖法主要通过采取超前加固、优化开挖顺序、改变开挖台阶长度等手段来提高地铁隧道的开挖质量和整体施工安全指标。
通过采用浅埋暗挖法，地铁隧道的多种技术难题得到了很好的解决，因此，浅埋暗挖法对于地铁隧道施工具有重要的作用。
一、浅埋暗挖法隧道施工技术（一）试验段施工在浅埋暗挖法施工中，由于隧道周围地层的复杂性、不稳定性特点，需要在隧道施工中进行试验段施工。
首先，在进行隧道结构设计、施工方案、试验段等计划后，需制定隧道开挖试验段，主要探测施工中围岩的变形规律、地面沉降、隧道支护等问题。
其次，从隧道试验段施工中获取的施工参数，可准确地分析出隧道围岩的地质类型、岩石性能，从而制定出合理有效的开挖方案、支护方式、地层加固等形式。
（二）隧道开挖在隧道工程采用浅埋暗挖工艺进行施工时，应结合工况特点、隧道围岩结构特征、周围建筑物下环境要求，以及施工承包单位等基础条件，确认具体的掘进开挖方法，如果施工组织要求较高，应考虑在试验段予以实践施工，从而论证作业成效。
一般情况下，山岭隧道多采取正台阶法进行施工，城市隧道则多采取短台阶法或上台阶分部开挖法进行施工。
施工中所有工序在进行作业时，应尽量不对围岩结构造成扰动影响，如果是应用爆发开挖，应坚持“弱爆破”与“短进尺”施工控制原则，且爆发尺寸一般控制在1米范围之内。
（三）隧道支护第一，利用初期支护来承担所有的荷载，而二期支护则是作为安全的储备工作；第二，将隧道工程初期支护作为临时支护，同时，将二次支护作为隧道工程支护主要结构；第三，初期和二期支护共同作为支护的承载结构，但支护方式的选取应根据工程的实际情况来进行判断，并在施工中根据数据和信息不断进行调整和完善。
通常情况下，隧道工程开挖施工是在浅层地表进行的，因此对于地质结构稳定性的要求比较高，一般情况下，隧道工程在浅埋暗挖地段施工中，双层超前小导管。
浅埋暗挖法风险控制措施
浅埋暗挖法风险控制措施浅埋暗挖法施工工程水文地质条件具有复杂性和不确定性，且空间条件有限。
因此，其风险具有高危险、偶然性、可变性、多样性的特点，需要从施工的全过程对隧道施工风险进行有效的管理和控制，以保证施工的安全。
一、加强施工安全体系建设项目应制定完善的应急管理体系。
一般根据工程特点，建立统一领导、分级负责的安全管理体系和应急组织体系，明确岗位职责，制定切实可行的应急方案等。
同时，确定专职安全管理人员配置、安全生产管理、安全生产教育、安全生产监督管理等配套制度。
典型风险管理流程如图4-3所示。
施工中落实进场教育、专项教育及工前教育，确保施工人员对作业空间、作业内容有清楚的认识和自我防护意识。
必须制定应急措施，发生紧急情况严格按照应急救援程序进行救援，不得盲目自救。
施工现场实行逐级防火责任制，全面负责消防安全工作，定期进行防火知识教育和灭火技术训练。
贯彻执行消防法规、规章和消防技术规范。
建立防火值班、巡逻制度。
图4-3 地下通道暗挖工程风险管理流程除了普通机械、机具、材料之外，现场要有应急资源准备。
例如，配备一套地质钻探和防塌专用机械设备、仪器、仪表；要按计划准备一定数量的专用支护材料、注浆材料及其他专用器材，隧道施工现场均预备医用急救包、担架等装备。
尤其对于水下隧道和城市房屋密集之处，应及早准备，以防不测。
定期召开安全例会，总结分析安全生产形势。
按照“四不放过”的原则，认真分析和研究制定安全措施，对下一步的安全工作提出指导性的方针和目标，并做出具体安排和部署。
二、重视前期勘察设计应在详细进行地质勘察的基础上，结合断面形式、规范、工程类比和必要的结构计算，提出结构设计。
在采用CD、CRD和双侧壁导洞法等分块开挖的大断面和特殊断面时，验算各施工步骤的初期支护强度和变形，提出施工要点和注意事项，使设计尽可能符合实际，并对施工真正起到指导作用。
在施工阶段，应根据实际开挖的地质条件和监控量测结果，实事求是地修正设计方案，使设计方案更完善。
浅埋暗挖法施工诱发地层沉降变形分析
浅埋暗挖 法施工诱发地 层沉 降变形分析
中铁二十三局集团公 司第二工程有限公 司 曲艳 强
［ 摘 要］ 本文首先 总结了浅埋 暗挖 法施 工的地层 变形规律 ， 随后 分析 了该类施工方 法诱发地表 变形的影响 因素 ， 最后根据施工经验 提 出控制地表 变形 的几个关键 因素， 可供 同类施 工工程参 考。 ［ 关键词 ］ 浅埋 暗挖 法 地层 沉降变形 施工方 法 浅埋 暗挖 法由于其具有对城市生活扰动小 、 适 用于各 种断面形式 、 不需要 昂贵 的设 备 、 施工成本低等诸多优点 ， 广泛 应用 于城市地下隧道 的施工 。但采用 暗挖法建造 隧道将不 可避免地对周 围土体产生 扰动 ， 进而 引起土体 变形 ， 导致地 面建筑物倾斜 、 开裂乃 至坍塌 ， 既有 隧道或 地下管线 断裂 、 破损 ， 道路路面破损等一 系列 的地质环境问题 。因此针 对该施工方式 引起 的地层变形沉降 问题 ， 需仔 细分析其诱发原因 ， 根据 质量及施工安全 。此 外 ， 尚需 采取环形开挖留核心土 ， 并施加辅助工法 等措施 。 （ ３ ） 隧道支护衬砌结构的影响 般情 况下 ， 浅埋 暗挖地铁 隧道经常采取施 作预支护措 施与复合 式衬 砌相结 合的方 式来控 制地层 变形 。预支护措 施可 以起到 加固 围 岩， 有效控制地表 沉降变形的作用。复合式衬砌考虑荷载分配时 ， 设计 由初 期支 护承受全 部荷 载。其 刚度对地 层变形 有较大 影响 。刚度愈 大， 抵抗 变形 的能力愈强 。初期 支护 中刚度 和相应的支护施 作时间与 地层 变形的关 系十分密切 ， 可根据地层变形 的监 测数据的控 制预 防措施 。 １ ． 浅埋暗挖法施工 中的地层变形规律 根据 隧道施工 诱发土 体扰 动 的相关 理论 ， 结 合浅埋暗挖法 施工流 程， 可 以将 地层 变形规律在施 工过程中大致 分为三个阶段。 调整 。 １ ． １ 土体开挖及初期 支护 阶段 ３ ＿ 控制地层沉降的几个关键因素 土 体开挖后施 作初期 支护是第一 阶段的主要 内容。这 一阶段 ， 隧 我 国在 浅埋暗挖 法隧道施工 实践中总结 了一套成熟 的工艺技术 ， 道本 身处于 某种临空 的状态 ， 尤其 是在土体开挖 后和初期 支护 尚未达 即 ： 管超前 、 严 注浆 、 短开挖 、 强 支护 、 快封 闭 、 勤量测 的“ 十八 字” 原则 。 十八字 ” 原 则充分体现 了该 施工工法 的精髓 ， 能够较好解 决施工过 到规 定强度要 求的这段 时间里 ， 临空状态甚为 明显。一般分 析理论假 这 “ 定 土体在该 阶段的移 动是向 内均 匀收敛的 ， 土体 会在此 阶段 产生部分 程 中出现的地 层沉降变形过大问题 ， 在具体工程实践应用 中， 有下列几 应力 损失。这是 因为在土层 开挖 时 ， 土体中积攒的应力随之释放 ， 在支 个关键 因素需要尤 为注意 。 ３ ． １ 施 工 方 法 的合 理 选 择 撑 力较小 的情 况下 ， 一 定范 围内未 开挖的隧道 土体会 向隧道 内部移动 施 工中的开挖 工法对地层沉 降变形非 常敏 感。合理 的开挖工法 ， 而引起地层 整体变形。 可 以将 地层 沉降变形控制在设计规定限值之 内。针对城市 隧道 软弱围 １ － ２ 初 期支护后至二次衬 砌前阶段 初 期支护强度达到规定要求 以后至二次衬砌未达到规定强度前 的 岩施 工 ， 常用 的施工工法有 ： 眼镜法 、 中隔壁法 、 交叉 中隔壁法 、 洞桩法 这一段 时间为第二 阶段 。由于初期 支护 的强度不高 ， 在周 围水 、 土压力 等 。 的共同作用 下 ， 初期支 护会 由圆形 变为椭 圆形 ， 产生竖 向收敛变形 （ 形 眼镜法 的关键工序是两侧导洞形成后 ， 中间土体开挖 时的扣拱 ， 由 成椭圆形 的短轴 ） ， 在水平方 向向初期支护周 围推挤土体 （ 形成椭 圆形 于在进行两侧 导洞开挖时 ， 中间土体受到 较大扰动 ， 因此 ， 其 自稳能 力 的长 轴 ） 。一般这种变形较 断面收缩 变形要 滞后 ， 并且会引起断 面面积 会较 差 ， 在进行 中洞开挖时 ， 易引起 中间土体 的塌方 ， 若 能降低 中间土 的减小 ， 即土体应力 损失 。但 这种损失一般要 远小于 由于断面收缩 变 体开挖 跨度 ， 其 地层大幅度沉 降风险会 大大 降低 。 形引起的损失 ， 可忽略其影响 。 中隔壁法（ Ｃ Ｄ法 ） 和交叉 中隔壁法 （ Ｃ ＲＤ法 ） 适用范 围大致相 同 ， 主 １ ． ３二 次衬 砌 后 阶 段 要适 用于地层 较差软弱地层且 大断面 隧道 工程施工 中， 对地面沉 降要 在围岩 与初期支护 变形达到 基本稳定条件后 修筑二 次衬砌 ， 其 达 求严 格。两者既有联系又有 区别 ， 都是采用先开挖隧道 的一 侧 ， 并施 作 到规定强度后 的时 间段是第 三阶段。 。 在周围土 、 水压力 的作用下 ， 二 次 中隔壁 ， 然后再 开挖另一侧 的施工方法 。前者是用钢 支撑和喷混凝 土 衬砌也会 由正圆形变 为椭 圆， 土体 变形基本趋 于稳定 。由于一方 面前 的隔壁分割开进行开挖的方法 ， 后者则采用隔壁和仰拱把 断面上 下 、 左 期应力 释放 ， 此 时作用 的土 、 水压 力 已大 幅减 小 ； 另一方 面二次衬砌 具 右分割闭合进行开挖的方法 ， 唯一的 区别是在施工过程 中每一步 ， 都要 每一部分开挖均形成环形 自 封 闭支护体 系 ， 因 有较高强度 ， 因此二 次衬砌产 生的椭圆化形变 较小 ， 也可 忽略 。因此 ， 求用 临时仰拱封闭断面 ， 暗挖隧道施 工阶段 引起 的土体变 形主要 由第 一和第二 阶段 引起 ， 即土 此其能应 用于有偏 压的 围岩施工 。在 Ｃ Ｄ 法或Ｃ Ｒ Ｄ法中 ， 关 键工序 是 体损失引起的均匀收敛和隧道椭圆化形变 。 拆除中壁。一般来说 ， 中壁拆除 时期应在全 断面闭合后 ， 各断面的位移 ２ ． 施工诱 发地表变形的影响分析 充分稳 定后 ， 才能拆除。 由于地铁隧道施 工诱 发的地 表变形原因 ， 大致分为两类 ： 一是 内在 洞桩法 的关键工序是隧洞主体开挖时 的扣拱 。降低这一施 工风险 的因素 ， 如土体 自 身 特性 、 地下水 及地层应力 等地质 因素 的影响 ； 另 一 可采 取降低扣拱跨度 的办法 ， 若隧洞使用净宽不变 ， 则 可以加 大小导洞 类是人 为因素 ， 如施 工方法 、 支护方式 、 隧道形状及开挖 尺寸等施工 方 的跨 度 ， 或者从根本上对洞桩法进行改 良， 如可充分利 用已开挖完成的 面的影响。 小导洞 ， 在其内部打设水平旋喷桩并下钢筋笼 ， 在 中间土体 未开挖前 就 ２ ． １内 在 因 素 已形 成支护 ， 或采 用其 它方式 达到提前支护 的 目的。 （ １ ） 地层土体特性 的影响 ３ － ２ 施 工辅助措 施的合 理选择 土体本身力学特性 与开挖后隧道上覆土层形成 的 自然拱最小 土层 合理的施 工辅 助措施 能够 有效起 到减小地层沉 降形 变的作用 ， 有 厚度密切相关 。开 挖隧道后 能否形成 自然拱不仅对隧道支 护结构 有较 时甚至成为控制施 工风险的重要施 工手段 。 大影响 ， 对地层 和地表的沉降变形影响也很大 。能形成 自然拱 的土层 ， 城市地铁隧道 的埋深往往较大 ， 地下水位也较深 ， 土体在饱和状态 地表沉降的形变影响较小一些 ， 反之则大 。 下， 其 自稳能 力会有 较大损 失。 因此保 证开 挖面无水 ， 以降低施工 风 （ ２ ） 地 下 水 的 影 响 险， 已成为业内人士的共识 。 目 前主要有施工 降水 、 帷幕 止水 和土体冻 城市地 铁隧道一般 处在地下 水位 以下 ， 开挖排水后 易造成地下 水 结三种施工手段 。由于后两者造价较高 ， 一般 采用 降水 ， 而施 工降水往 的渗 出， 使 地层持续 失水 ， 土层 空隙及节理 裂隙固结 收缩 ， 导致地表 超 往对 上层滞水及某些层问水效果不 明显 ， 因此就 降水 而言 ， 需 重点在这 前、 超大范围沉降 ， 对隧道稳定产生直接的影响 。 方面有所 突破 ， 以保证降水 的彻底性 。 （ ３ ） 地层应力释放 的影响 采用合适的超前支护措施 ， 也可有效控制 隧洞周 围土体沉降 ， 降低 由地层 的受力特性 可知 ， 上覆 地层施加 到隧道结构 上的荷载 随地 施工诱发地层 变形 。一般 有小导管 、 大管 棚 、 管幕 、 水 平旋喷桩 等超前 层位移 的增 大而减小 。采用浅埋 暗挖法施工 的城市地铁 隧道 ， 为保 证 支护 工法 。虽然 其施 工工 艺不尽 相 同 ， 但其 目的 和作用 机理 基本 一 地表 的变形得到控 制 ， 原则上 不允许地表 出现超越规定 值的下沉 而换 致。采用何种超前支护措施基本 由地质情况或下 穿地 区沉降控制要求 取最佳支护 ， 控制地层应力释放度是解决下沉及波及范 围的关键 。 决定 。 ２ ． ２ 人
浅埋暗挖隧道施工引起的地表沉降研究
［］ 人民共 和国建设 部．Ｂ ００ —０ ２ １中华 Ｇ ５０ ７２ ０ ． 地基基 础设计 规范［］ 建筑 ｓ． 北京： 中国 建筑 工业 出版社，０ ２ ２０ ．
２２ 控 制 爆 破 ．
［１ ２中华人民共和国铁道部．Ｂ１１８ ２０ 铁路隧道喷锚构筑法技术规范［］ Ｔ ００ — ０２ ｓ． 北
一
２３ 初 期 支 护 ．
做好初期支护是确保施工安全 、控制地表沉降和防止塌方的一个重 要环节 ，初期支护要做到以下几点 ： １ ）喷锚支护要及 时 ，喷射混凝土质量 、厚度 ，锚杆长度 、锚 固力
要符合 要求 。２ 钢架 架设基 础采用 底脚垫钢 板 的方 法 ，确保 牢 固可 ） 靠 ；钢架 与纵 向连接 钢筋用满 焊连接 ，联 接钢板先用 Ｍ ０ 接 ，再用 ２． ￣ 点焊加 固。钢 架与岩面 间用 喷射混凝土填 塞密实 ，以免钢架 出现点支
３２ 施 工 顺 序 优 化 ．
２ 沉 降控 制技 术 施工时为避免隧道拱部覆盖层 自承载力差 ，造成 隧道拱部下沉 ，该 段施工按 “ 管超前 、严注浆 、短开挖 、弱爆破、强支护 、早封闭、勤量 测 、速反馈、紧衬砌”的施工原则施工。采用短开挖法减震控制爆破 ， 加强超前支护和初期支护 ，最大限度地减少对 围岩 的扰动 ，减少地 面沉 降、围岩变形和保护围岩的天然承载力 ， 并采取二衬紧跟的施工措施 。 在施工 中地表和洞 内每隔５ 布设一观测断面 ，加强量测工作。 ｍ
京： 中国铁道 出版社，０ ２ ２０ ．
的施 工措施进行 论述 ，以确 保控制地 面沉降达 到要求 。
关 键词 隧道 ；地表沉 降 ；浅埋 暗挖法 中 圈分 类号 Ｕ ５ 文 献 标识 码 Ａ ４５ 文 章编 号 １７—６ １（０００２０５ —ｌ ６济的发展 和城市人 口的快速增长 ，迫切需要解决普遍存在的 城市人口膨胀、交通拥挤等一系列环境 问题 。随之而来 的结果是城市建 筑群越来越密集 ， 地下设施越来越多 ， 地下工程所处的环境也越来越复 杂， 地面建筑对地下工程施工引起 的地表沉降和变形也越来越敏感 ，因 此隧道施工通常受 到环境影响的限制 。定性定量分析地 面沉降 、变形的 范围、大小等规律 ，研究在地下工程施工 中控制地表沉 降的方法成为 目 前地下工程领域研究 的热点。
浅埋暗挖法隧道施工技术的发展分析
浅埋暗挖法隧道施工技术的发展分析1. 引言1.1 背景介绍浅埋暗挖法隧道施工技术是指在地下隧道开挖过程中，采用地表覆盖浅埋的方式进行施工，不需要大规模地面开挖，减少对地表环境的影响。
随着城市化进程加快，城市地下空间的利用需求不断增加，浅埋暗挖法在城市地下综合管廊、地下铁路、地下公交等项目中得到广泛应用。
在过去，传统的隧道施工技术往往需要大面积地面开挖，给周边环境造成严重破坏，且施工周期长、成本高。
而浅埋暗挖法隧道施工技术的出现，有效解决了这些问题，成为现代隧道工程的重要发展方向。
浅埋暗挖法隧道施工技术在地下工程领域的应用范围不断拓展，同时也面临着一些挑战和问题。
对浅埋暗挖法隧道施工技术的发展进行深入研究和探讨，有助于进一步完善该技术，提高施工效率和质量，实现隧道工程的可持续发展和城市地下空间的合理利用。
1.2 问题意义浅埋暗挖法隧道施工技术是隧道工程中常用的一种施工方法，具有一定的发展历史和技术原理。
在现代化城市建设和交通基础设施建设中，隧道工程的施工技术一直是一个备受关注的话题。
浅埋暗挖法隧道施工技术的发展与现代化城市建设的需求密切相关，对于解决城市交通拥堵、促进经济发展、改善居民生活等方面具有重要意义。
随着城市化进程的加快和人口增长，城市交通压力日益加大。
浅埋暗挖法隧道施工技术的应用可以有效缓解城市道路拥堵问题，提高交通效率，为城市发展提供便利。
隧道工程在地下开发利用空间，可以更好地保护地面环境和建筑物，减少对城市景观的影响，保护城市生态环境。
隧道工程在地质复杂区域的施工中具有独特的优势，可以有效应对地下水、岩层等多种挑战，保障隧道工程的安全和稳定。
研究浅埋暗挖法隧道施工技术的发展，既能满足城市交通建设的需求，又能提升隧道工程的质量和效率，具有重要的现实意义和实用价值。
通过对浅埋暗挖法隧道施工技术的分析和研究，可以为提高城市交通建设水平、改善城市生活环境、推动城市可持续发展提供技术支撑和解决方案。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
城市浅埋暗挖地铁隧道沉降控制与分析中铁十三局集团二处南京地铁TA25项目部蒲开勇范文兴黄捷胜【摘要】本文按地面建筑物沉降、地面沉降变形的不同要求对沉降控制问题作出分析，给出了相关的控制基准经验公式，结合南京地铁鼓楼站-玄武门站区间具体情况，对浅埋暗挖隧道地表、建筑沉降进行细致监测，并根据现场实测数据进行较为深入的分析，阐述在设计及施工浅埋暗挖地铁隧道时应注意的事项，以供类似工程参考。
【关键词】地铁隧道浅埋暗挖沉降监测控制分析引言随着城市地铁在我国的陆续兴建，浅埋暗挖法在地铁隧道施工中得到广泛的应用，由于其埋置深度小，随着地层物质被挖出，自洞室临空面向地层深处一定范围内地层应力场将发生调整，宏观表现为地层物质的移动，施工引起的地层变位将波及地表，产生地面沉降，形成施工沉降槽，过大的地面沉降和地层变位将直接危及地面建筑物的正常使用，进而危及施工安全，因此施工中必须对有害沉降进行控制，这就要解决沉降的控制基准问题，并通过控制基准在施工过程中对地面建筑、地表沉降等，在理论分析指导下进行有计划的监测，以监测数据为依据，对暗挖隧道进行动态管理。
1.工程概况南京地铁南北线一期工程TA12标鼓楼站～玄武门站区间隧道开挖方法为矿山法,在鼓楼站北修建一停车渡线，其起始里程为K10+337.7,终点里程为K10+671.286，渡线段长333.586m，实际施工开挖最大断面（马蹄形）。
该段覆土厚度11.9～17.30m。
地质情况从上至下依次为松散～稍密状杂填土、软塑状粉质粘土、残积土、强风化安山岩、中风化破碎安山岩。
区间地下水主要为松散层的孔隙潜水和基岩裂隙水，地下水位埋深 1.2～4.5m。
渡线段地表建筑物、地下管线较密集且安全度较低。
地表有二层以上建筑物19幢，建筑物最早年代为1947年；部分建筑物已有多条裂缝；玄武门站南端有307.6 m的软～流塑地质段，该段土体具有高压缩性，高灵敏度，易产生土体流动、开挖面不稳等现象，地面有五层住宅楼3幢和两层砖房两处（为民国时期建筑）并穿越市区道路。
2.沉降控制基准值的确定沉降控制基准由两个方面确定：其一是出于环控的需要；其二是出于隧道工程结构稳定本身的需要。
实施的控制基准必须两者兼顾。
沉降对城市环境、隧道结构本身造成的危害主要表现在地面建筑物的过量倾斜及地下管线的变形、断裂而影响其正常使用和威胁结构安全。
通常的地面沉降控制值即是出于对环境和结构稳定要求的考虑，其根据主要来源于已有的建设规范及以往的工程实例。
但是由于地面建筑及地下管线种类繁多、结构等级各异，线路穿越的地层不同，若均用同一基准值控制，难免产生某些地段过于保守，造成经济损失，某些地段又出现危害性沉降的弊端。
为了使给出的沉降控制值基准既保证建筑物及地下管线的安全，又使建筑成本较为经济，有必要对控制基准作较深入的分析，使其尽量适应各类建筑及地中管线的需求及尽可能符合工程实际。
2.1.地表、地面建筑的沉降控制基准沉降对地面建筑的危害主要表现在地面的不均匀沉降引发的建筑物倾斜（或局部倾斜）。
在“建筑地基基础规范”中对各类建筑物的允许倾斜值已明确规定。
因此，对建筑物而言，允许最大差异沉降（不均匀下沉）作为地面沉降的控制条件，本文以横向沉降曲线分加以分析。
地下工程在施工时产生沉降，在其影响范围之内将对上部建筑物产生不良影响。
根据以往的经验，地表沉降规律（横向）可以采用著名的Peck 曲线描述（如图1所示）,Peck 方程为:)2ex p(22max ix s s -= （1） 式中：x —距隧道中心的距离；S —距隧道中心为x 的地面沉降量；max S —隧道中心处最大沉降量；i —沉降槽宽度系数，可通过回归求得，亦可采用经验公式： )245(2ϕπ-+=οtg RH i （2） ϕ—为弱面内摩擦角。
H —覆土厚度；R —计算半径；对于矩形结构，等效半径为：)(29.0b a R +=，其中a 、b 分别为矩形结构的长短边；对于其它非圆形结构，其等效半径为：πA R =，其中A 为非圆形结构的面积。
图1地表沉降横向预测示意图2.1.1建筑物相邻柱基间距小于或等于沉降槽拐点i 时由基础产生的倾斜值不大于相应建筑物允许倾斜值可知：][/f L S ≤∆ （3）式中：L —建筑物相邻柱基础间距；[]f —建筑物的允许倾斜；S ∆—差异沉降值。
由沉降槽曲线可知，在拐点i 处曲线斜率最大，以此极限条件下的坡度值不大于相应建筑物允许倾斜值作为限制条件。
此时，差异沉降（不均匀沉降）达到最大（如图2-a 所示），从而得允许最大沉降差为：][f S ≤∆i (4)由Peck 曲线可知，当x =i 时，得出地表下沉的最大斜率为： max max 61.0S iK =(5) 由极限条件max K ≤][f 即][61.0max f S i ≤，并假定建筑物最大允许倾斜与max K 相等，此时，地表最大允许沉降量为： ][61.0max f i S = (6) 2.1.2建筑物相邻柱基间距大于或等于2i 时此时，沉降对建筑物的影响除倾斜外还含有基础的挠曲变形，图（2-b ）表示了建筑物基础受弯的最不利位置，当沉降过大时，有可能导致建筑物基础的断裂及上部结构压性裂缝的产生。
由于不同建筑物基础结构的受力条件、荷载分布、建筑等级等不尽相同，难以准确地加以描述，本文以建筑基础的允许应变作为计算控制基准的极限条件。
即： 22)]([][i i i S -+=ε (7)式中：[][]E /σε=；[]σ—基础的极限抗拉强度；E —基础弹性模量。
图2-a 图2-b图2 隧道施工对建筑物影响示意图3.沉降控制预警值的确定根据上述计算公式并结合鼓-玄区间隧道埋深、地质水文情况以及各项物理指标，拟订如下沉降控制预警值供施工参考。
控制标准表隧道施工的安全标准以F 值确定F ＜0.8—安全; 0.8≤F ＜1.0—注意; F ＞1.0危险。
表中各项预警值仅供施工参考，应根据现场实测数据进行科学的调节。
4.监测方法（监测仪器、测点布设、监测频率以及监测方法、注意事项）本区间观测使用DSZ2精密水准仪+FS1平板测微器+因瓦水准标尺测量。
地表沉降测点使用电钻钻孔埋入Ф20钢筋头，地面露出1cm ，钢筋头埋下以后在周围空隙灌入水泥浆液，待凝固后测读初始数据；房屋沉降测点同样使用电钻钻孔，埋入Ф18膨胀螺栓，测点埋设在房屋拐角或房屋框架主要受力部位，螺栓必须拧紧，再测读数据。
地表和房屋沉降在隧道开挖掌子面超前30—40米开始观测，为1次/2-3天；隧道开挖至距离测点3倍洞径时正常情况为1次/1天；距离1倍洞径时2-3次/天，直到隧道成环并超过2倍洞径；后期为1次/天直到地面沉降及初支结构稳定。
以上监测频率仅限正常情况下，如有大的变形必须加大频率直至跟踪监测。
测点布设见3：大跨地质、测点布设断面图和软流塑测点布设断面图。
房屋、地表沉降使用二等水准仪观测方案（DSZ2+FS1+因瓦标尺）：基准点和观测点的首次测量为往返观测，以获得可靠的初始值；后期施工期间为单程观测，由所有的观测点组成附合水准路线，附合在基准点上。
基准点每月检测一次。
沉降监测、测站限差执行规范为《建筑变形测量规范》JGJ/T 8-97；拱顶沉降使用DSZ2精密水准仪+钢尺观测，施工期间为单程观测。
施工期间观测应注意：水准点要埋设在不受施工影响的区域，并定时较核；水准仪必须定时自较，i 角变化超过观测等级要求必须送检维修或调试。
管理允许值实测变形值F同深度和宽度的沉陷槽对地表周围环境造成一定的影响。
因此，对地表下沉的监测和控制，是暗挖矿山法在城市中进行隧道施工的一个重要环节。
地表的变形和围岩的物理力学性质有着密切的关系，随着围岩类别的降低，围岩的强度及自承能力降低，围岩松动圈向外扩展，土体间的压密变形增大，从而引起地表沉降值增大。
地层为匀质土层隧道的地表沉降规律（横向）可以采用著名的Peck曲线描述（如图4所示）南京地铁鼓楼—玄武门区间地质结构复杂，大跨停车线段穿越均为Ⅱ类围岩，软流塑段穿越中央路和旧楼房群，本区间地表沉降监测过程中，为更好的掌握隧道开挖对地面的影响情况，除正常在隧道纵向中心线布设沉降测点外，在大跨和软流塑段都布设了覆盖两条隧道的主测断面（如图3所示），以监测隧道横向影响范围。
图5是大跨和软流塑过楼房段的沉降槽横向分布图；图6为隧道纵向中心地表沉降测点随时间变化的曲线图。
由图4沉降槽预测示意图和图5鼓玄区间实测沉降槽数据可以说明：a.地表沉降横向影响范围约为5i ；两条隧道开挖造成的横向地表沉降槽可以认为分别是两条隧道单独开挖造成沉降槽的叠加，叠加率为30～50%，横向影响范围增长5～10米。
b.沉降曲线之变曲点i 位于距中线0.8D ～1.6D 处,随着所处围岩类别的提高而向中线靠拢,影响范围随之减少。
从图6中可以看出，地表下沉的变化过程可分为四个阶段：a. 微小变形阶段：当掌子面开挖到与测点距离-1.0D ～-2.0D 时，即开始对地表产生一定的影响，造成一定范围内的沉降，变形量约占总变形量的10～15%左右。
主要是由于工作面的开挖导致前方地层应力场发生变化以及地下水的流失而引起的轻微变形。
b. 变形急剧增大阶段：随着掌子面向前推进，距测点在-1D ～3D 内时,地表变形速率加速增长,变形量急剧增大,此阶段变形量约占总变形量的60～70%左右。
该阶段变形主要是由于隧道的开挖而造成边界条件发生改变，对覆盖层土体产生扰动，引起应力场的重分布，产生卸荷效应，为施工过程中主要沉降阶段。
c. 缓慢变形阶段：当掌子面向前开挖超过测点3.0D 以后,变形速率开始减缓,变形量缓慢增加,沉降曲线开始收敛,一直延续到5.0D,此阶段变形量约占总变形量的10～15%左右。
d. 变形基本稳定阶段：当掌子面距测点5.0D 后,沉降增长缓慢,直至延续到8.0D,地层趋向稳定状态,此阶段变形量约占总变形量的5%左右;沉降稳定于距掌子面5～8倍洞径处。
5.2.房屋沉降理论分析与实测数据南京地铁鼓-玄区间隧道房屋覆盖密集，沉降难以控制，应根据经验公式计算、并考虑工程具体情况确定建筑允许沉降值。
大跨段取[]f =0.003；覆土厚度H 取为：12.0m ，因其为非圆马蹄形结构，该区其等效半径为：πA R =，其中A 为非圆形结构的面积。
这里取大跨跨度最大的17.4m 断面的面积，等效半径按非圆形结构计算14.322.156=R =7.052；根据地质资料，ϕ值取为：18o 。
据式(2)得： )245(2ϕπ-+=οtg RH i =)21845(2052.70.12οο-+tg π=10461（mm ） 据式(6)得： 31.383(mm)104610.003][61.0max =⨯==f i S 考虑大跨的围岩较好，最后综合评定为35.0mm 。